Eine innovative Methode zur Analyse von Phosphor-gebundenen stabilen Sauerstoffisotopenverhältnissen in Grundwasserökosystemen

• Antragsteller: Dr. Harald Neidhardt
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491020408

Die Rolle von Phosphat (PO4) in Grundwasser-Ökosystemen ist erst seit kurzem in den Fokus der Wissenschaft gelangt. Im Gegensatz zu gängigen Annahmen kann Grundwasser aufgrund biogeochemischer Prozesse erhebliche Konzentrationen an gelöstem PO4 enthalten. Ein Ansatz zur Untersuchung dieser Prozesse ist die Bestimmung von PO4-Pools in der festen (Aquifermatrix) und wässrigen Phase (Grundwasser) und deren Veränderungen im Laufe der Zeit. In jüngster Zeit hat sich die Analyse der stabilen Sauerstoffisotopenzusammensetzung von PO4 (δ18OPO4) in definierten Pools als vielversprechendes analytisches Werkzeug herausgestellt. Die Kombination der δ18OPO4 Analyse definierter Pools mit Isotopen Markierungsversuchen ermöglicht es sowohl mikrobielle als auch abiotische Prozesse zu verfolgen, die gemeinsam das Schicksal von PO4 in Grundwassersystemen steuern. Trotz der zahllosen experimentellen Möglichkeiten, die sich aus diesem analytischen Ansatz heraus ergeben, existiert bis dato kein Analyseprotokoll für Grundwassersysteme, welches sequenzielle Extraktionen mit der δ18OPO4 Analyse kombiniert. Gegenwärtig konzentrieren existierende Analyseprotokolle für Böden und Seesedimente auf die Probenvorbereitung, d. h. die Reinigung, um organisches Material und andere Verunreinigungen aus dem extrahierten PO4 zu entfernen. Was bisher fehlt, ist eine kombinierte Prüfung von potenziellen Isotopen Signalveränderungen und der Selektivität der jeweiligen Extraktionsschritte. Eine gründliche Methodenprüfung hinsichtlich dieser möglichen Störungen ist elementar, da Aquifermaterialien und Grundwasser ein breites Spektrum an physikochemischen Eigenschaften aufweisen können (z. B. Gehalt an organischen Stoffen, Calciumcarbonat, vorherrschender Redox Zustand und pH-Wert), die die Isotopenanalyse und Signalinterpretation beeinträchtigen könnten. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung und Erprobung eines methodischen Ansatzes zur zuverlässigen Bestimmung und Interpretation von δ18OPO4 Signalen in festen (Aquifermaterialien) und wässrigen (Grundwasser) PO4 Pools in Grundwassersystemen. Das vorgeschlagene Testschema wird es ermöglichen zu bewerten, ob und inwieweit Einschränkungen hinsichtlich der Anwendbarkeit für Proben mit einer hohen Konzentration an organischem Material, Calciumcarbonat und Proben aus Aquiferen mit Eisen-reduzierenden Bedingungen bestehen. Die hier entwickelte und getestete Methode wird für Isotopenmarkierungs- und Inkubationsexperimente, aber auch für die Bestimmung der natürlichen Isotopen Abundanzen in Grundwasser und Aquifermaterialien von großem Wert sein.Zusammenfassend wird das Projekt einen innovativen methodischen Ansatz liefern, um die biogeochemischen Prozesse und das Schicksal von PO4 in Grundwassersystemen zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen