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Vorhaben: Hydrothermale Fluide am Kermadec-Inselbogen und ihre Rolle für den Stoffeintrag in den Ozean

Das Projekt "Vorhaben: Hydrothermale Fluide am Kermadec-Inselbogen und ihre Rolle für den Stoffeintrag in den Ozean" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Zentrum für marine Umweltwissenschaften durchgeführt. Ziel des Verbundprojektes ist es, die Stoffeinträge von hydrothermalen Systemen des Kermadec-Vulkanbogens in den Ozean zu charakterisieren und deren Bedeutung für den globalen Stoffhaushalt der Meere sowie die lokalen chemischen und biologischen Prozesse in der Wassersäule und am Meeresboden zu verstehen. Insbesondere sollen folgende Schwerpunkte untersucht werden: - Geochemische Charakterisierung der hydrothermalen Fluide als Ausgangspunkt für hydrothermale Stoffeinträge in die Wassersäule. - Verfolgen und Quantifizieren des Materialexports von der hydrothermalen Quelle zum Ozean. - Erforschung der Energie- und Materialtransportpfade zwischen Fluiden und Vent-Gemeinschaften in den Hydrothermalfeldern des Kermadec-Bogens. Während der Ausfahrt sollen hydrothermale Fluide, Festphasen, Plumes und biologische Gemeinschaften von verschiedenartigen Hydrothermalquellen im südlichen und mittleren Kermadec-Bogen mit Hilfe des ROV Quest, CTD/Wasserschöpfern und Multicorern interdisziplinär untersucht werden. Das Teilprojekt der Universität Bremen (MARUM) trägt mit seiner Expertise im Bereich Wasser-Gesteins-Wechselwirkungen und der Untersuchung geochemischer Prozesse in submarinen Hydrothermalsystemen sowie der Analyse von Strömungsmessungen hydrothermaler Plumes und der Quantifizierung vertikaler Austauschprozesse im Ozean zum Verbundprojekt bei. Die Untersuchungen zielen auf ein besseres Verständnis der Rolle der Magmenentgasung im Metalltransport zum Meeresboden als auch des Flusses von Metallen in der Wassersäule in hydrothermalen Systemen ab. Auf längerer Sicht werden die daraus resultierenden Erkenntnisse zu bessere Prozessverständnisse des hydrothermalen Massentransfers führen, die sich auf die Exploration mariner Massivsulfidvorkommen und fossiler Analogsysteme auswirken können.

Vorhaben: Hydrothermale Fluide am Kermadec-Inselbogen und ihre Rolle für den Stoffeintrag in den Ozean

Das Projekt "Vorhaben: Hydrothermale Fluide am Kermadec-Inselbogen und ihre Rolle für den Stoffeintrag in den Ozean" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Jacobs University Bremen gGmbH, Focus Area Health - Physics & Earth Sciences durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es, zusammen mit den Kooperationspartnern die bisher wenig untersuchten Stoffeinträge von hydrothermalen Systemen des Kermadec-Vulkanbogens in den Ozean zu charakterisieren und deren Bedeutung für den globalen Stoffhaushalt der Meere sowie die lokalen chemischen und biologischen Prozesse in der Wassersäule und am Meeresboden zu verstehen. Ein besonderer Fokus wird auf die Bedeutung chemischer Speziierung und Komplexierung von Metallen und Spurenelementen (unter besonderer Berücksichtigung von Interaktionen mit gelöstem organischem Material) für den Export in den Ozean und die Bioverfügbarkeit gelegt. Um diese Ziele zu erreichen, sollen hydrothermale Fluide, Festphasen, und Plumes und biologische Gemeinschaften von verschiedenartigen Hydrothermalquellen im südlichen und mittleren Kermadec-Bogen mit Hilfe des ROVs Quest, CTD/Wasserschöpfern und Multicorern interdisziplinär untersucht werden. Neben der Probenaufbereitung und Konservierung werden an Bord Analysen von kurzlebigen chemischen Spezies durchgeführt, Weiterhin werden hydrothermale Schlüsselparameter wie pH, Eh, O2 und Mg direkt an Bord bestimmt. Für Fe-Isotopen Analysen im konzentrierten hydrothermalen Fluid, aufsteigender Plume, lateral verdriftender Plume werden Probenaliquote genommen. Eine Fraktionierung in gelöste, kolloidale und partikuläre Größenfraktionen wird mithilfe von gestaffelten Membranfiltern entsprechender Porengröße durchgeführt. Die Membranfilter werden direkt bei -20°C eingefroren. Sedimentproben werden unter Luftausschluss direkt eingefroren. Außerdem werden Proben für die organische und anorganische Speziierung von gelösten Schwermetallen (Fe, Cu, Zn und Ni) sowie die Bestimmung von den Gesamtgehalten in unterschiedlichen Größenfraktionen genommen. Die Beprobung für die Schwermetallspezifizierung wird flächendeckend an allen Arbeitsgebieten vom konzentrierten hydrothermalen Fluid bis zur Vermischungszone in der Plume und dem umliegenden Meerwasser erfolgen.

Vorhaben: Analysen stabiler Isotopen (H, O, C, S) des Hydrothermalsystems mit dem Fokus auf stabile Schwefelisotope

Das Projekt "Vorhaben: Analysen stabiler Isotopen (H, O, C, S) des Hydrothermalsystems mit dem Fokus auf stabile Schwefelisotope" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Münster, Institut für Geologie und Paläontologie durchgeführt. Übergeordnetes Ziel ist die Erforschung der Zusammenhänge zwischen Magmenentgasung, dem Transport von Metallen, dem Chemismus der hydrothermalen Fluide und dem hohen Eintrag von Metallen in den Ozean am Kermadec-Bogen. Definierte Ziele des Gesamtprojektes umfassen die 'Geochemische Charakterisierung der hydrothermalen Fluide als Ausgangspunkt für hydrothermale Stoffeinträge in die Wassersäule', 'Verfolgen und Quantifizieren des Materialexports von der hydrothermalen Quelle zum Ozean' und 'Erforschung der Energie- und Materialtransportpfade zwischen Fluiden und Vent-Gemeinschaften in den Hydrothermalfeldern des Kermadec-Bogens'. Grundlage der Bearbeitung der wissenschaftlichen Ziele bildet eine umfassende Probennahme von Festphasen, von Fluidproben und von biologischen Proben. Die stabilen Isotope von H, O, C und S sind ein essentielles analytisches Werkzeug um die genannten Ziele zu erreichen. Fragen zur Wasser-Gesteins-Wechselwirkung und die komplexen Transport- und Nutzungswege der gelösten Inhaltsstoffe werden adressiert. Besonderes Augenmerk wird auf den Schwefel gelegt als Schlüsselelement in Verbindung mit den gelösten Metallen und durch die mikrobielle Nutzung in diversen Stoffwechselpfaden. Die Untersuchung umfasst die Anwendung aller vier stabilen Schwefelisotope auf die verschiedenen gelösten und partikulären Schwefelspezies zur Identifikation der originären Herkunft des Schwefels und der verschiedenen Umsetzungsprozesse sowie der biogeochemischen Rahmenbedingungen. Schwerpunkt der Arbeiten an Bord sind Probenahme und Konservierung der Feststoff-, Fluid- und Bio-Proben für die Isotopenanalysen im Heimatlabor. Hinzu kommt die photometrische Bestimmung der Sulfidkonzentration im hydrothermalen Fluid. Im Heimatlabor werden untersucht: die H/O-Isotope der diversen Fluide, die C-Isotope des gelösten anorganischen Kohlenstoffs, die multiplen S-Isotope der diversen festen und gelösten S-Spezies sowie die O-Isotope des gelösten Sulfats und der Sulfatminerale.

Vorhaben: Analyse von Organismen und ihrer Stoffwechselwege (H2-Oxidation, Fe-Oxidation und CO2-Fixierung)

Das Projekt "Vorhaben: Analyse von Organismen und ihrer Stoffwechselwege (H2-Oxidation, Fe-Oxidation und CO2-Fixierung)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Fachbereich Biologie, Abteilung Entwicklungsbiologie und Biotechnologie durchgeführt. Analyse von Organismen (aus Inkubationsversuchen, Kulturen und Umweltproben) mit besonderem Fokus auf Stoffwechselwegen wie z.B. H2-Oxidation, Genen, die die Katalyse biologischer Fe-Oxidation kodieren sowie Schlüsselenzymen autotropher CO2-Fixierungswege; Analysen zur Aufklärung mikrobieller Gemeinschaftsverschiebung in Inkubationsversuchen und Kulturen (mittels 16S rRNA Analysen z.B. PCR, FISH). Es erfolgen mikrobiologische Untersuchungen von hydrothermalen Fluiden sowie anderen Substraten (z.B. hydrothermale Schlote, mikrobielle Matten) von 4 Arbeitsgebieten. Zunächst erfolgt die Bestimmung von Fe- und H2-Umsätzen sowie CO2-Fixierung in Inkubationsversuchen, außerdem die Kultivierung von Fe- und H2- Oxidierern. Im Heimatlabor folgen genetische Analysen der Proben.

Vorhaben: Biogeochemische Untersuchungen von Fluidflüssen in hydrothermalen Systemen (Ra-Isotope, DOM-Gehalt, Mn-Spezies)

Das Projekt "Vorhaben: Biogeochemische Untersuchungen von Fluidflüssen in hydrothermalen Systemen (Ra-Isotope, DOM-Gehalt, Mn-Spezies)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Oldenburg, Institut für Chemie und Biologie des Meeres, Arbeitsgruppe Mikrobiogeochemie durchgeführt. AG Brumsack: Flussratenbestimmung gelöster Nährstoffen, Metallen und Metallspezies, insbesondere auch das reaktive, gelöste Mn(III), an ausgewählten hydrothermalen Fluiden und der Plume zur Quantifizierung und Bedeutung des Materialexports in den Ozean; Bestimmung der Aufenthaltszeit von gelösten Komponenten in der Plume; Ausbreitung der exportierten Stoffe am Meeresboden, Phasenänderung gelöst-partikulär in der Plume; Fraktionierung der Partikel von der Quelle bis zur Sedimentation, Quantifizierung des Porenwasserflusses aus dem Sediment ins Bodenwasser. AG Dittmar: Bestimmung von DOC und DON mittels Elementaranalyse; Aminosäurebestimmung mittels chromatographischen UPLC-Verfahrens; Analyse von thermogenen molekularen Komponenten in DOM-Konzentraten (UPLC); Bestimmung von Summenformeln von größer als 10.000 Einzelkomponenten und Identifizierung von metall-organische Verbindungen auf molekularer Ebene mittels ultrahoch-auflösender Massenspektrometrie; Auswertung des detaillierten Geo-Metaboloms in Zusammenhang mit den mikrobiologischen Informationen. AG Brumsack: Beprobung, Konservierung und quantitativen Analyse von gelösten Metallen und Nährstoffen; Präparation und Analyse der reaktiven Manganspezies, Messung der Aktivität von kurz- und langlebigen Radiumisotopen in den hydrothermalen Fluiden und der Plume; Beprobung und quantitative Elementanalyse von metallhaltigen Sedimenten und dem Porenwasserinventar im Umfeld der hydrothermalen Felder. AG Dittmar: Wassersäulen- und Porenwasserproben werden an Bord für Elementar- und Molekularanalysen vorbereitet. Sie werden gefiltert (0.2Mikro m) und Aliquote (3x10mL) für Analysen von DOC und DON, sowie für die molekulare Aminosäurebestimmung in geglühten Glasampullen bei -20 Grad Celsius konserviert. Für detaillierte geo-metabolomische Untersuchungen werden die Proben (größer als 100mL) an Bord durch etablierte Festphasenextraktion (Dittmar et al., 2008) entsalzt und das DOM angereichert (-20 Grad Celsius Lagerung in MeOH).

Vorhaben: Diversität und Funktion von freilebenden und symbiontischen mikrobiellen Gemeinschaften an Hydrothermalquellen

Das Projekt "Vorhaben: Diversität und Funktion von freilebenden und symbiontischen mikrobiellen Gemeinschaften an Hydrothermalquellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie durchgeführt. Hydrothermalsysteme an vulkanischen Inselbögen unterscheiden sich von denen an mittelozeanischen Rücken durch ihre stark magmatisch geprägten heißen Fluide und hydrothermale Plumes, die aufgrund der oft geringen Wassertiefen bis in die photische Zone hineinreichen. Ziel unseres Vorhabens ist es, die in diesen Hydrothermalsystemen bisher kaum untersuchten Gemeinschaften freilebender und symbiontischer Mikroorganismen sowie deren wirbellose Wirtsorganismen zu untersuchen, die mit hydrothermalen Fluiden, Festphase und der hydrothermalen Plume assoziiert sind. Schwerpunkte liegen auf Untersuchungen der mikrobiellen Diversität und mikrobiellen Stoffwechsel- und Entgiftungsprozesse im Zusammenhang mit saurem pH, hohen Gehalten vulkanischer Gase, Schwefel und toxischer Schwermetalle, sowie unterschiedlichem Einfluss von phototrophem Kohlenstoff. Hydrothermale Organismen werden mit der CTD/Rosette aus der hydrothermalen Plume und an den Hydrothermalquellen mit dem ROV gesammelt (diffuse Fluide, Feststoffe, symbiontische Wirbellose). Die Probenorte werden anhand ihrer in situ mit dem Massenspektrometer bestimmten geochemischen Signatur ausgewählt und mit den Beprobungen für chemische Laboranalysen koordiniert. Arbeiten an Bord konzentrieren sich auf Inkubationsexperimente, Kultivierungen und Vorbereitungen für molekulare und isotopische Analysen. Untersuchungen im Heimatlabor umfassen Diversitätsanalysen anhand von phylogenetischen Markern und Fluoreszenzhybridisierungen, meta-genomische, -transcriptomische, -proteomische und metabolomische Analysen, sowie isotopische Untersuchungen auf Einzelzell-Niveau.

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