Eine innovative Methode zur Analyse von Phosphor-gebundenen stabilen Sauerstoffisotopenverhältnissen in Grundwasserökosystemen

01.01.2022 bis 31.12.2022

Die Rolle von Phosphat (PO4) in Grundwasser-Ökosystemen ist erst seit kurzem in den Fokus der Wissenschaft gelangt. Im Gegensatz zu gängigen Annahmen kann Grundwasser aufgrund biogeochemischer Prozesse erhebliche Konzentrationen an gelöstem PO4 enthalten. Ein Ansatz zur Untersuchung dieser Prozesse ist die Bestimmung von PO4-Pools in der festen (Aquifermatrix) und wässrigen Phase (Grundwasser) und deren Veränderungen im Laufe der Zeit. In jüngster Zeit hat sich die Analyse der stabilen Sauerstoffisotopenzusammensetzung von PO4 (δ18OPO4) in definierten Pools als neuartiges und vielversprechendes analytisches Werkzeug herausgestellt. Die Kombination der δ18OPO4 Analyse definierter Pools mit Isotopen Markierungsversuchen ermöglicht es sowohl mikrobielle als auch abiotische Prozesse zu überwachen, die gemeinsam das Schicksal von PO4 im Grundwasser steuern. Trotz der zahllosen experimentellen Möglichkeiten, die sich aus diesem Ansatz ergeben, gibt es bis heute kein gründlich getestetes Analyseprotokoll für Grundwassersysteme, das sequenzielle Extraktionen mit der δ18OPO4 Analyse kombiniert. Gegenwärtig konzentrieren sich die existierenden Analyseprotokolle für Böden und Sedimente auf die Probenvorbereitung, d. h. die Reinigung, um organisches Material und andere Verunreinigungen aus dem extrahierten PO4 zu entfernen. Was jedoch fehlt, ist eine kombinierte Prüfung von potenziellen Isotopen Signalveränderungen und der Selektivität der jeweiligen Extraktionsschritte. Eine gründliche Methodenprüfung hinsichtlich dieser möglichen Störungen ist elementar, da Aquifermaterialien und Grundwasser ein breites Spektrum an physikochemischen Eigenschaften aufweisen können (z. B. Gehalt an organischen Stoffen, Karbonaten, vorherrschender Redox Zustand und pH-Wert), die die Isotopenanalyse und Signalinterpretation beeinträchtigen könnten.
Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung und Erprobung eines methodischen Ansatzes zur zuverlässigen Bestimmung und Interpretation von δ18OPO4 Signalen in festen (Aquifermaterialien) und wässrigen (Grundwasser) PO4 Pools in Grundwassersystemen. Das vorgeschlagene Testschema wird es ermöglichen zu bewerten, ob und inwieweit Einschränkungen hinsichtlich der Anwendbarkeit für Proben mit einer hohen Konzentration an organischem Material, CaCO3 und Proben aus Aquiferen mit reduzierenden Redox Bedingungen und erhöhten Konzentrationen von gelöstem Fe2+ im Grundwasser bestehen. Die hier entwickelte und getestete Methode wird für Isotopenmarkierungs- und Inkubationsexperimente, aber auch für die Bestimmung der natürlichen Isotopen Abundanzen in Grundwasser und Aquifermaterialien von großem Wert sein.
Zusammenfassend wird das Projekt einen innovativen methodischen Ansatz liefern, um die biogeochemischen Prozesse und Transformationen von PO4 Pools in Grundwassersystemen zuverlässig zu untersuchen.