Das Projekt "Die Bedeutung volatiler Arsen-Emissionen aus vulkanischen Gebieten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften - Umweltgeochemie durchgeführt. Arsen ist durch sein ubiquitäres Vorkommen eines der bestuntersuchten Elemente in Gestein, Boden und Wasser. Über Arsen in der Atmosphäre ist dagegen wenig bekannt. Die größten Freisetzungen stammen aus Punktquellen, wobei vulkanische Gebiete die wichtigsten natürlichen Quellen sind. Meist wird angenommen, dass die atmosphärische Ausbreitung von partikulärem Arsen abhängt, während volatile Arsenspezies ignoriert wurden trotz hoher Toxizität schon bei geringen Konzentrationen. Sie wurden als exotisch und zu kurzlebig, um umweltrelevant zu sein, eingestuft. Neuere Untersuchungen zeigen aber, dass die Stabilität volatilen Arsens bislang unterschätzt wurde. Ein Mangel an Probenahme-, Stabilisierungs- und Analysetechniken verhinderte auch, dass speziesselektive Massenbilanzen für atmosphärisches Arsen aufgestellt und abiotische von biotischen Bildungsmechanismen unterschieden werden konnten. Die Hypothese des vorliegenden Antrags ist, dass volatile Arsenspezies mehr zum globalen biogeochemischen Kreislauf beitragen und über größere Distanzen transportiert werden als bisher angenommen. Desweiteren wird postuliert, dass neben primärer abiotischer Freisetzung mikrobielle Gemeinschaften sekundär Arsen volatilisieren und die Speziierung bestimmen. Ein erstes Ziel ist die Entwicklung einer neuen, feldtauglichen Methode zur Beprobung volatiler Arsenspezies. Dafür werden Extraktionsfallen aus Stahlnadeln gefüllt mit Polymersorbenten verwendet (Needle Trap Devices, NTDs). NTDs werden durch aktives Pumpen beladen, was die Quantifizierung der Flussrate und Berechnung absoluter Konzentrationen ermöglicht. NTDs werden in der organischen Chemie routinemäßig eingesetzt. Ihr Potential, volatiles Arsen quantitativ und spezieserhaltend zu sorbieren, ist unbekannt. Sorptionsmaterial, Pumpraten, Lagerbedingungen müssen optimiert und Konkurrenzsorption anderer volatiler Metall(oid)e oder vulkanischer Gase (H2O, SO2, H2S) eliminiert werden. Zur Analyse wird eine moderne Kopplungstechnik verwendet (GC-MS split ICP-MS): Nach gaschromatographischer Trennung wird der Probenfluss gesplittet; ein Massenspektrometer ermöglicht die molekulare Identifikation unbekannter Spezies, ein induktiv-gekoppeltes Plasma-MS die Element-Quantifizierung. Das zweite Ziel ist die Erfassung der Bedeutung volatiler Arsenfreisetzung und -verteilung in drei Gebieten unterschiedlicher vulkanischer Aktivität (Mt.Etna - Vulcano - Yellowstone National Park). Messungen entlang von Transekten sollen die Veränderung der volatilen Arsenmenge und -speziierung während des Transports aufzeigen. On-site Inkubationstests mit extremophilen Bakterien sollen zeigen, ob es zu mikrobieller Volatilisierung methylierter Arsenate und Methylierung von Arsin in der Gasphase kommt. Gesamtziel ist, durch das Bereitstellen einer Methode und den Nachweis der Rolle von volatilem Arsen exemplarisch in vulkanischen Gebieten eine neue Bewertung der Bedeutung volatiler Metall(oid)e für globale Stoffkreisläufe anzustoßen
Das Projekt "Die Einheiten der Ökologie - Analyse, Methodenentwicklung und Anwendung in Ökologie und Naturschutz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH, Projektbereich Naturnahe Landschaften,Ländliche Räume durchgeführt. Die Arbeit behandelt die begrifflichen und methodologischen Grundlagen der Einheiten der Ökologie, d.h. jener Einheiten, die mehr als einen Organismus umfassen und Forschungsgegenstand der Ökologie sind, also Population, Biozönose, Ökosystem etc. In Bezug auf diese Einheiten herrschen beträchtliche begriffliche Unklarheiten, die wichtige Konsequenzen für die Theoriebildung und Empirie der Ökologie und für die darauf aufbauenden angewandten Disziplinen haben. Es werden zunächst die verschiedenen Kriterien nach denen ökologische Einheiten definiert werden herausgearbeitet und systematisiert. Auf dieser unter wissenschaftstheoretischer Perspektive durchgeführten Analyse aufbauend werden dann Methoden zur klaren und intersubjektiven Definition dieser Begriffe erarbeitet. In einem abschließenden Teil werden die Konsequenzen unterschiedlicher Verständnisse von ökologischen Einheiten für den Naturschutz diskutiert und anhand eines aktuellen Fallbeispiels (Ökosystemmanagement im Yellowstone-Nationalpark) illustriert.
Das Projekt "Verknüpfung hydrogeochemischer und mikrobiell katalysierter Prozesse in der Arsen-Schwefel-Redoxchemie alkalischer geothermaler Quellen im Yellowstone Nationalpark" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften - Umweltgeochemie durchgeführt. Zielstellung des vorliegenden Projektes ist es, das Zusammenspiel zwischen abiotischen und mikrobiell katalysierten Umwandlungen von Arsen- und Schwefelspezies unter Zunahme des Sauerstoffs und Abnahme der Temperatur zu bestimmen. Dazu werden insgesamt ca. 5-10 alkalische heiße Quellen und deren Abflusssysteme im Yellowstone National Park ausgewählt und folgende Einzelprojekte durchgeführt: - Charakterisierung mikrobieller Gemeinschaften aus hoch auflösenden (0.1-0.5 cm Pixelgröße) Luftbildern, die mittels eines Heliumballons selbst über den Quellen aufgenommen werden (Erfahrungen dazu hat meine Gruppe aus 3 anderen Projekten zur Kartierung hydrothermaler Features in Yellowstone); Kartierung und Wasserprobenahme zur Charakterisierung mittels DGGE (denaturierende Gradientengelelektrophorese, vorhanden an Uni Bozeman) - Speziierung von Arsen und Schwefel mittels IC-ICP-MS (Gerät wird 2008 angeschafft im Rahmen meiner DFG Emmy Noether Förderung) in kurzen Abständen von der Quelle entlang des Abflusskanals - Sequenzierung ausgewählter OTU-Bänder (OTU = operational taxonomic unit; in erster Näherung einer phylogenetischen Einheit entsprechend) aus der DGGE-Trennung zur Identifikation der Mikroorganismen (Uni Bozeman) à Korrelation mit der hydrogeochemischen Speziierung - Laborexperimente, in denen ausgewählte, aus den heißen Quellen isolierte Mikroorganismen Thioarsenat-Standard-Lösungen ausgesetzt werden zur Bestimmung der Umsatzraten einzelner Spezies (in meinem Labor) - Isotopenanalyse an Thioarsenaten mittels Elektrospray-Time-of-Flight-Massenspektrometrie (Trent University, Kanada) zur Bestimmung der 32S/34S Verhältnisse, die Hinweis auf abiotische oder biotische Fraktionierung geben und im Vergleich mit den mikrobiellen Untersuchungen helfen, abiotische von mikrobiell gesteuerten Umwandlungen zu unterscheiden - Bestimmung volatiler Arsenspezies mittels Sorption auf solid phase micro extraction fibers im Gelände und anschließender Analyse mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie zur Überprüfung der Arsenbilanz und möglicher Verschiebung der Redoxgleichgewichte durch Überführung von Spezies in die gasförmige Phase (Erfahrung zu Probenahme und Analyse bestehen aus meinem eigenen Promotionsprojekt); wenn möglich auch Korrelation mit dem Auftreten bestimmter Mikroorganismen