Verknüpfung hydrogeochemischer und mikrobiell katalysierter Prozesse in der Arsen-Schwefel-Redoxchemie alkalischer geothermaler Quellen im Yellowstone Nationalpark

DAAD Projektbezogener Personenaustausch 50021441 & 50749421

 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

Bilder von der Probenahme im August 2010 gibts hier