Primärproduktion in Permafrost beeinflussten Aquatischen Ökosystemen der Arktis (PROPERAQUA)

• Antragstellerin: Professorin Dr. Kirsten Küsel, seit 12/2022
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung ; Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 396657413

Dieses Projekt zielt darauf ab, im Kolyma Fluss (Sibirische Tundra, Russland) den Einfluss des organischen Material, welches aus auftauenden Permafrostböden freigesetzt wird, auf die Primärproduktivität zu untersuchen. Permafrostböden in der Arktis tauen aufgrund des Klimawechsels zunehmend auf, und entlassen dabei große Mengen an organischem Material in die Umwelt. Das Kolyma Flusssystem ist ein idealer Standort, um Prozesse bedingt durch den Klimawechsel an den Schnittstellen zwischen Land, Fluss und Ozean zu erforschen. Im Frühjahr wird das organische Material aus den auftauenden Permafrostböden in den Kolyma Fluss gespült und bildet somit eine zusätzliche Quelle von Kohlenstoff für bakterielle Abbauprozesse sowie Photodegradation. Infolgedessen steigt die CO2 Produktion in diesen aquatischen Ökosystemen. Allerdings wurde der CO2 Verbrauch durch phototrophe Organismen und die damit einhergehende Biomasse-Produktion (biologische Primärproduktion) im arktischen Kohlenstoffkreislauf bislang nicht systematisch untersucht. Zwei wesentliche Parameter des Kohlenstoffkreislaufes werden im Rahmen dieses Forschungsvorhabens gemessen: (i) die Bruttoproduktion von Sauerstoff (GOP) und (ii) die Nettoprimärproduktion der Gesamtpopulation (NCP). GOP ist definiert als die Produktionsrate von Sauerstoff, und kann als eine Näherung für die Bruttoprimärproduktion genutzt werden. NCP ist die Nettoaufnahmerate von Kohlenstoff verringert um den GOP-Betrag und den Verlust durch Respiration in der Gesamtpopulation. Saisonale und räumliche Änderungen von GOP und NCP sollen vom Frühjahr bis Herbst gemessen werden. Um dieses Ziel zu erreichen, werden State-of-the-Art Methoden, die für marine Systeme entwickelt worden sind, zum ersten Mal für arktische Binnengewässer angewendet. Diese Methoden beruhen sowohl auf Messungen des Sauerstoff-zu-Argon Verhältnisses (O2/Ar) als auch auf Bestimmungen der Isotopenverhältnisse von gelösten Sauerstoff (17O/16O und 18O/16O). Mit diesem Ansatz kann zwischen physikalischen und biologischen Sauerstoffquellen im Wasser des Kolyma Flusses unterschieden werden. Schließlich werden diese neuen Datensätze zur Primärproduktivität zusammen mit Messungen des p(CO2), des Gelösten organischen Kohlenstoff und des Nährstoffgehalts genutzt, um sie in hydrologische und biogeochemische Modellberechnungen zu integrieren. Dadurch werden die Hauptkomponenten des Kohlstoffkreislaufes und die assoziierten hydrologischen Prozesse im Kolyma Fluss miteinander verknüpft. PROPERAQUA wird nicht nur den Umsatz und Beitrag des aus dem Permafrostboden freigesetzten organischen Materials und der Nährstoffe bestimmen, sondern auch die Primärproduktion mit dem Kohlenstoffbudget in der Arktis abgleichen. Die Ergebnisse werden als wichtige Grundlagen für weitere Studien dienen, die auf die Charakterisierung des Einflusses von zukünftigen Umwelteinflüssen im Rahmen des Klimawandels auf den arktischen aquatischen Kohlenstoffkreislauf abzielen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Kooperationspartner: Dr. Mathias Göckede; Professor Dr. Jan Kaiser
• Ehemalige Antragstellerin: Karel Castro Morales, Ph.D., bis 11/2022