Masterarbeit

Polysulfide in Geothermalwässern des Yellowstone Nationalparks

Axel Müller (08/2011-07/2013)

Betreuer: Britta Planer-Friedrich, Regina Lohmayer

Polysulfide, Sn2-, sind zweifach negativ geladene Schwefelspezies, die vermutlich eine wichtige Rolle im geochemischen Schwefelkreislauf spielen und in suboxischen Wässern gefunden werden. Polysulfide können voltammetrisch oder chromatographisch mittels Derivatisierung mit Methyl-triflourmethansulfonat bestimmt werden. Für einen  Methodenvergleich wurden elf basische und saure Hydrothermalquellen im Yellowstone Nationalpark beprobt.

In vorangegangenen Laborexperimenten zeigte sich, dass die Bildung von Polysulfiden aus oxidiertem Sulfid durch erhöhte Temperaturen begünstigt wird. Tetrasulfid war die dominierende Polysulfidspezies. Im Feld hingegen wurde kein Zusammenhang zwischen Gesamtkonzentration und Wassertemperatur oder pH gefunden. Disulfid dominierte in allen beprobten Quellen. Bei Probennahmen entlang des Ablusskanals hatte zunehmender Kontakt zu atmosphärischem Sauerstoff keinen Einfluss auf die Polysulfidspeziierung oder die Gesamtkonzentrationen von 3μM bis 38μM. Standardabweichungen betrugen 17% bis 103%, für einzelne Kettenlängen bis zu 200%.

In Laborexperimenten wurden verschiedene Voltammetrietechniken auf ihre Eignung zur Polysulfidbestimmung getestet. Letzlich wurde Cyclovoltammetrie für In-situ-Messungen von Sulfid, Polysulfiden und Elementarschwefel gewählt. Hierfür wurde eine, mittels „Pilot“-Ionen-Methode kalibrierte, Gold-Amalgam-Mikroelektrode verwendet. Polysulfide wurden entweder durch direkte Signalbestimmung gemessen oder indirekt über die Messung von Sulfid, welches bei der Zersetzung von Polysulfiden, nach Ansäuerung der Probe, entsteht. Die direkte Polysulfidmessung lieferte Konzentrationen zwischen 370μM und 1450μM. Die indirekten Messungen ergaben einen Konzentrationsbereich von 38μM bis 560μM. Ferner zeigten voltammetrische Messungen innerhalb weniger Minuten schwankende Gesamtkonzentrationen
und variable Speziierungen. Letztendlich lieferten die beiden Methoden zwar keine vergleichbaren Ergebnisse, aber zum ersten Mal gelang ein qualitativer Nachweis von Polysulfiden in sowohl sauren als auch basischen Hydrothermalquellen.