FOR 580:  Electron transfer processes in anoxic aquifers

• Fachliche Zuordnung: Geowissenschaften
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5471696

Mit dem Ab- und Umbau von organischer Substanz im Grundwasser ist eine Vielzahl von Elektronentransferprozessen verknüpft, die eine zentrale Rolle für die Selbstreinigungskraft des Grundwassers spielen. Die Verfügbarkeit von Sauerstoff für diese Prozesse ist dabei häufig begrenzt, so dass anaerobe Vorgänge im Vergleich zu aeroben im Grundwasser eine prominente Rolle spielen. Unser gegenwärtiges Verständnis der dabei zugrunde liegenden mikrobiellen und chemischen Prozesse und ihrer Wechselwirkungen ist jedoch nur rudimentär. Unsere Forschergruppe zielt darauf ab, grundlegende Konzepte über die Regulation der Elektronentransferprozesse in anoxischen Grundwasserleitern zu erarbeiten. Von besonderer Bedeutung ist dabei das Element Eisen, welches in den meisten Grundwasserleitern geogen vorkommt und welches aufgrund seiner Redoxeigenschaften sehr eng verknüpft ist mit den Redoxkreisläufen der Elemente Kohlenstoff, Stickstoff und Schwefel.
Zur Aufschlüsselung dieses metabolischen Netzwerks haben sich Wissenschaftler aus verschiedenen Fachdisziplinen zusammengetan, um die beiden Haupthypothesen zu untersuchen:
(1) Immobile Elektronenakzeptoren, insbesondere Eisenoxide, spielen eine besondere Rolle bei der Oxidation organischen Kohlenstoffs. Sie können sowohl als Elektronenakzeptoren für die Kohlenstoffmineralisation als auch für das Recycling reduzierter Spezies fungieren.
(2) Mobile reduzierte Spezies, die im Aquifer in Zonen hoher Reaktivität entweder durch Sulfat- oder Eisenreduktion oder aus der Metabolisierung organischer Verbindungen (z.B. Methan, aber auch andere Metabolite) gebildet werden, sind wichtige Elektronen-Carrier, die abstromig als Elektronendonoren in Zonen höheren Oxidationszustands fungieren.
Diese Hypothesen werden in sechs Teilprojekten anhand einer Reihe kontrollierter Experimente untersucht, die hauptsächlich im Labor, zum Teil aber auch im Feld stattfinden. Insgesamt strebt diese Forschergruppe an, eine breitere wissenschaftliche Basis für ein umfassendes biogeochemisches Modell der Regulation des anaeroben Kohlenstoffumsatzes in Grundwasserleitern zu erstellen, welcher mit dem Eisen- und Schwefelkreislauf gekoppelt ist.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen

Projekte

• A novel mechanism of electron transfer from microorganisms to insoluble iron phases (Antragsteller Meckenstock, Rainer Udo )
• Characterization of redox reactions and phase transformation processes at iron mineral surfaces (Antragsteller Haderlein, Stefan )
• Coupling and competitiveness of iron-, sulfate-, and CO2-reduction along gradients (Antragsteller Knorr, Klaus-Holger )
• Electron transfer reactions at iron mineral surfaces in the presence of organic sorbates (Antragsteller Haderlein, Stefan )
• Fluxes of redox equivalents in metabolic networks at active zones in aquifers (Antragsteller Richnow, Hans Hermann )
• Identification of polysulfides and their importance as intermediate sulfur species for electron transfers processes in anoxic aquifers (Antragstellerin Planer-Friedrich, Britta )
• Interaction of iron species and colloids with dissolved organic matter (DOM), dissolved organic sulfur compounds (DOSC) and low-molecular weight acids (LMWA) (Antragsteller Zwiener, Christian )
• Redox activity of humic substances and their role as electron shuttles between microorganisms and Fe(III)-minerals (Antragsteller Kappler, Andreas )
• Support in Mössbauer spectroscopy and chemical speciation modelling for elucidation of reactive iron species in geochemically heterogeneous anoxic aquifer systems, scientific coordination and management of the DFG-Research Group: Electron transfer processes in anoxic aquifers (Antragsteller Haderlein, Stefan ;  Peiffer, Stefan )
• The effect of iron(III)-sulfide interactions on electron transfer processes in anoxic aquifers (Antragsteller Peiffer, Stefan )

• Sprecher: Professor Dr. Stefan Peiffer