Bachelorarbeit

Einfluss von CO2 auf die Mobilisierung von Fe und As durch abiotische und mikrobiell getriggerte Auflösung von Ferrihydrit

Rouven Metz (03/2016-09/2016)

Betreuer: Britta Planer-Friedrich, Judith Forberg

Ein mögliches Risiko von geologischen CO2-Speichern (geological carbon storage) ist eine Leckage in der Deckschicht. Das entweichende CO2 könnte sich stark auf die Bodenchemie auswirken. Mögliche Folgen wären die reduktive Auflösung von Fe (hydr)oxiden und das Freisetzten von sorbierten toxischen Elementen wie As. Diese Arbeit untersucht die Auswirkungen von CO2 auf die reduktive Auflösung von Eisen(hydr-)oxiden. Ferrihydrit, als verbreitetes Eisen(hydr-)oxid im Fluvisol wurde mit As beladen und mit dem acidophilen, fakultativ anaeroben, Fe(III)-reduzierenden Bakterium Acidiphilium SJH (A.SJH) bei verschiedenen pH-Werten und Gasphasen inkubiert. Die Gasphasen im headspace stellen dabei aerobe (Luft), anaerobe (100 % N2) sowie anaerobe Bedingungen unter hohem CO2-Konzentration (100 % CO2) nach. Die Fe-mobilisierung war in den abiotischen Ansätzen vernachlässigbar gering, selbst bei niedrigem pH-Wert von 3.0, und es wurde auch kein Unterschied zwischen den einzelnen Gasphasen beobachtet. Dagegen konnte in allen Proben mit A.SJH, unabhängig der Gasphase, eine signifikant höhere Fe-mobilisierung als in den abiotischen Ansätzen beobachtet werden. Dabei zeigten die Ansätze mit CO2 im headspace die höchste Fe-mobilisierung (bis zu 1.3 ± 0.5 % Fe(tot) nach 31 h). Jedoch ist dies vermutlich auf den niedrigeren pH von 4.2 zurückzuführen, verursacht durch die erhöhte Bildung und Dissoziation von Kohlensäure, verglichen mit den Luft- oder N2- Ansätzen (pH 5.5). Denn es konnte kein eindeutiger Unterschied zwischen den verschiedenen Gasphasen ausgemacht werden, war der pH in allen biotischen Ansätzen auf den gleich niedrigen pH-Wert forciert (pH 3.0). Dies weist darauf hin, dass die Aktivität des acidophilen A.SJH, und somit die Fe-mobilisierung, hauptsächlich durch den pH bestimmt wurden. Einhergehend mit der biotischen Auflösung von Ferrihydrit, wurde adsorbiertes As ebenfalls mobilisiert. Jedoch wurde die mikrobiell verursachte As-mobilisierung von der schnellen (innerhalb 1 h) und starken abiotischen Desorption überlagert und war am höchsten bei niedrigen pH-Werten. CO2 Leckagen in Böden führen kurzfristig wohl nicht zur abiotischen Auflösung von Fe (hydr)oxiden. Allerdings könnten die anoxischen und versauerten Bodenbedingungen die Aktivität von Fe-reduzierenden Mikroorganismen erhöhen, was wiederum zu einer erhöhten Mobilisierung von Fe und As führen könnte.