Der benthische biogeochemische Eisenzyklus in arktischen Fjorden
Gletschereis und subglaziales Schmelzwasser sind aufgrund von physikalischer und chemischer subglazialer Verwitterung reich an lithogenem Material, das auch viel Eisen enthalten kann. Gletscher sind daher eine wichtige Eisenquelle f眉r den Ozean. Gletscher, die bis ins Meer reichen (Meeresgletscher), liefern Eisen 眉ber subglaziales Schmelzwasser und durch Eisberge, die w盲hrend ihrer Reise durch den Fjord und den Ozean langsam schmelzen sobald sie vom Gletscher abgekalbt sind. Ein Gro脽teil des Eisens in Gletschermaterial ist partikul盲r oder wird partikul盲r, sobald es beim Kontakt mit sauerstoff- und salzhaltigem Fjordwasser zu Oxidations- und Flockungsprozessen kommt. Es wird gesch盲tzt, dass sich deshalb bis zu 95% des aus Gletschern stammenden Eisens in Sedimenten nahe den Gletschern absetzt. Nachdem das Eisen in den Sedimenten abgelagert wurde, wird es durch ein Zusammenspiel von mikrobiellen und abiotischen Reaktionen, die zusammen den benthischen biogeochemischen Eisenkreislauf bilden, umgesetzt. Dadurch 盲ndern sich nicht nur die Eigenschaften des Eisens aus den Gletschern, sondern dies beeinflusst auch was mit dem Eisen passiert, d.h. ob es schlussendlich in den Sedimenten begraben oder in die Wassers盲ule zur眉ckgef眉hrt wird.
Die Arktis weist derzeit die weltweit h枚chste Erw盲rmungsrate auf, was zu einer zunehmenden Schrumpfungs- und R眉ckzugsrate der Gletscher f眉hrt. Wenn sich Gletscher vom Meer auf das Land zur眉ckziehen, 盲ndern sich die Eigenschaften des Gletschermaterials, da Schmelzwasser vor dem Eintritt in den Fjord nun durch einen terrestrisches Gletschervorfeld flie脽t. Der R眉ckzug der Gletscher auf das Land ver盲ndert au脽erdem die Hydrologie und Biogeochemie des gesamten Fjordes.
Die Treibende Kraft f眉r die biogeochemischen Kreisl盲ufe in Fjord-Sedimenten, einschlie脽lich des Eisenzyklus, sind Mikroorganismen. Es ist jedoch nicht genau bekannt, wie ihre Aktivit盲t in diesen Sedimenten gesteuert wird und wie dies durch den R眉ckzug der Gletscher beeinflusst werden k枚nnte. Das Verst盲ndnis davon ist aber wichtig, auch um Vorhersagen 眉ber die Folgen k眉nftiger 脛nderungen treffen zu k枚nnen.
Das Ziel meiner Forschung ist es, die Rolle von Fjord-Sedimenten als biogeochemisch aktive Grenzfl盲che, die Gletscher mit dem ozeanischen Schelf und dem offenen Ozean verbindet, besser zu verstehen. Dazu geh枚rt zu verstehen, wie sich die Funktion mikrobieller Gemeinschaften in Fjord-Sedimenten gesteuert ist und wie sie sich aufgrund des Gletscherr眉ckzugs 盲ndern kann. Der Schwerpunkt liegt aus mehreren Gr眉nden auf dem benthischen biogeochemischen Eisenkreislauf. (i) Eisen ist ein redoxaktives Element und kann von vielen Mikroorganismen zur Energieerzeugung und zum Wachstum verwendet werden. (ii) Der benthische Eisenzyklus ist durch verschiedene biotische und abiotische Reaktionen mit vielen anderen Elementzyklen verbunden, wie dem Schwefel-, Kohlenstoff- oder Stickstoffkreislauf. (iii) In der Wassers盲ule ist Eisen ein wichtiger aber h盲ufig limitierender N盲hrstoff f眉r Phytoplankton. W盲hrend eisenreiche Fjordsedimente das Potenzial haben, eine Eisquelle f眉r die Wassers盲ule zu sein. Daher ist es auch wichtig, die benthisch-pelagische Kopplung zu untersuchen. (iv) Dar眉ber hinaus kontrolliert die Bildung und Aufl枚sung von Eisenmineralien in Sedimenten das Schicksal anderer N盲hrstoffe, aber auch von Schadstoffen in der Umwelt.
Aktuelle Untersuchungsgebiete dieses Projekts sind Fjorde an der Westk眉ste von Spitzbergen und an der Ostk眉ste Gr枚nlands. Diese Gebiete bieten die M枚glichkeit, Fjorde mit unterschiedlichen Gletscher- und Muttergesteinstypen zu untersuchen. Dies gibt uns die M枚glichkeit besser zu verstehen wie sich diese Faktoren, z.B. auch der R眉ckzug der Gletscher auf das Land, auf die Biogeochemie von Fjord-Sedimenten auswirken k枚nnten.
Projektbezogene Publikationen:
- Wiedmann I, Paulsen ML, Holding JM, Winding MS, R酶y H, Sejr M, Laufer-Meiser K (in review). Impact of different types of meltwater runoff on pelagic and benthic processes in Young Sound, NE Greenland. Global Biogeochemical Cycles.
- Zhu X, Hopwood MJ, Laufer鈥怣eiser K, & Achterberg EP (2024). Incubation experiments characterize turbid glacier plumes as a major source of Mn and Co, and a minor source of Fe and Si, to seawater. Global Biogeochemical Cycles, 38(10), e2024GB008144.Herbert LC, Zhu Q, Michaud AB, Laufer-Meiser K, Jones CK, Riedinger N,
- Stooksbury ZS, Aller RC, J酶rgensen BB, Wehrmann LM (in review). Benthic iron flux influenced by climate-sensitive interplay between organic carbon availability and sedimentation rate in Arctic fjords.
- Laufer-Meiser K, Michaud AB, Maisch M, Byrne JM, Kappler A, Patterson MO, R酶y H and J酶rgensen BB. Potentially bioavailable iron produced through benthic cycling in glaciated Arctic fjords of Svalbard. Nature Communications, 12, 1349. DOI:
- J酶rgensen BB, Laufer K, Michaud, AB, Wehrmann, LM (2021). Biogeochemistry and microbiology of high Arctic marine sediment ecosystems 鈥� case study Svalbard fjords. Limnology and Oceanography 66,273-292.
- Herbert LC, Riedinger N, Michaud AB, Laufer K, R酶y H, J酶rgensen BB, Heilbrun C, Aller RC, Cochran KJ, Wehrmann LM. 2020. Glacial controls on redox-sensitive trace element cycling in Arctic fjord sediments (Spitsbergen, Svalbard). Geochim. Cosmochim. Acta 271: 33鈥�60. DOI:
- Michaud AB, Laufer K, Findlay A, Pellerin A, Antler G, Turchyn AV, R酶y H, Wehrmann LM and J酶rgensen BB (2020). Glacial influence on the iron and sulfur cycles in Arctic fjord sediments (Svalbard). Geochimica et Cosmochimica Acta. DOI:
- Carlson DF, Pasma J, Jacobsen ME, Hansen MH, Thomsen S, Lillethorup JP, Tirsgaard ST., Flytkjaer A, Melvad C, Laufer K, Lund-Hansen C, Meire L, Rysgaard S. (2019) Retrieval of Ice Samples Using the Ice Drone. Frontiers in Earth Science, Vol. 7, p. 287. DOI:
- Laufer K, Michaud AB, R酶y H and J酶rgensen BB. (2020) Reactivity of Iron Minerals in the Seabed Toward Microbial Reduction 鈥� A Comparison of Different Extraction Techniques. Geomicrobiology Journal, 37:2, 170-189. DOI:
- Buongiorno J, Herbert L, Wehrmann L, Michaud AB, Laufer K, R酶y H, J酶rgensen BB, Szynkiewicz A, Faiia A, Yeager K, Schindler K, Lloyd K. (2019) Complex microbial communities drive iron and sulfur cycling in Arctic fjord sediments. Applied and Environmental Microbiology. DOI:
Kontakt:
