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Mikrobiell katalysierte Redoxreaktionen und Geochemie von Eisenverbindungen im Bodensee-Sediment

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2004

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Gerhardt, Simone Daniela

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Microbially catalyzed redoxreactions and geochemistry of iron compounds in sediment of Lake Constance
Publikationstyp
Dissertation
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Zusammenfassung

In der Dissertation wurde die mikrobielle Nutzung sowie die Geochemie von Eisenverbindungen in Bodensee-Sediment untersucht.

Lithotrophe Eisen-oxidierende Bakterien und phototrophe Eisen-oxidierende Bakterien wurden aus Bodensee-Sediment angereichert bzw. isoliert und charakterisiert. Mittels MPN-Technik wurde die Zahl der anaeroben lithotrophen oder mixotrophen Eisen-oxidierenden Bakterien im Profundalsediment des Bodensees bestimmt. Die genannten anaeroben Eisen-oxidierenden Bakterien halten durch Reoxidation reduzierter Eisenverbindungen den Eisenkreislauf in anoxischen Sedimentschichten aufrecht. Damit besitzen sie eine große Bedeutung für die Verfügbarkeit von oxidierten Eisenverbindungen als Elektronenakzeptoren bei der bakteriell katalysierten anaeroben Mineralisation organischer Substanz.

In Litoral- und Profundalsediment wurden Tiefenprofile von Sauerstoff, Nitrat, Phosphat und Sulfid, des pHs und Redoxpotentials gemessen, sowie die Dichte und Porosität bestimmt. Durch diese physiko-chemischen Untersuchungen wurde gezeigt, dass sich die Redoxschichtung von Verbindungen im Litoralsediment nicht prinzipiell von der im profundalen Sediment unterscheidet.

Die für Litoralsediment charakteristische Änderung der Lichtverhältnisse sowie mechanische Störungen des Sediments wie Erosion, Resuspension und Sedimentation beeinflussen das dynamische Gleichgewicht der biogeochemischen Prozesse im Litoralsediment. Die Auswirkungen solcher Störungen auf die Konzentration und die Eindringtiefe von Sauerstoff im Sediment, auf die Tiefenverteilung reduzierter und oxidierter Eisenverbindungen im Sediment, sowie auf die Freisetzung von Phosphat aus dem Sediment in die Wassersäule wurden unter naturnahen Bedingungen im Labor untersucht. Durch die Litoral-charakteristischen Störungen vertieft sich die Übergangszone im Sediment, die wechselnden oxischen und anoxischen, oxidierenden und reduzierenden Bedingungen unterworfen ist. Damit stellt Litoralsediment einen gegenüber Profundalsediment erweiterten Lebensraum für Eisen-oxidierende Bakterien dar, dessen chemisches Potential für Eisen-oxidierende Stoffwechselprozesse größer ist.

Zusammenfassung in einer weiteren Sprache

In this thesis the microbial use and geochemistry of iron compounds in Lake Constance sediment were investigated.

Lithotrophic iron-oxidizing bacteria and phototrophic iron-oxidizing bacteria were enriched from Lake Constance sediment, new stains were isolated and characterized. The number of lithotrophic and mixotrophic iron-oxidizing bacteria in profundal sediment was determined by mpn-technique. Anaerobic iron-oxidizing bacteria support the redox-cycling of iron in anoxic sediment by re-oxidation of ferrous-iron without oxygen. This process enhances the availability of ferric iron used as electron acceptor for the anaerobic mineralization of organic substances in anoxic sediment.

Depth profiles of oxygen, nitrate, phosphate and sulfide in littoral and profundal sediment were measured; the pH, redox potential, density and porosity of the sediment was determined. This investigations showed that littoral and profundal sediments of Lake Constance have substantial similarity concerning the sequence of redox-active compounds.

The changes in light intensity and mechanical disturbances like erosion, resuspension and sedimentation of littoral sediment have an effect on the biochemical processes taking place in the sediment. The consequences of such changes and disturbances on the concentration and depth distribution of oxygen in the sediment, on the depth profiles of ferrous and ferric iron in the sediment and on the release of phosphate from the sediment into the overlaying water were investigated at near-natural conditions in the lab. The experiments showed that the oxic-anoxic transition zone of the sediment is extended by such disturbances. This enlarges the layer in littoral sediment where anaerobic bacteria may use an iron-oxidizing metabolism.

Fachgebiet (DDC)
570 Biowissenschaften, Biologie

Schlagwörter

Resuspension, Erosion, Sedimentation, Litoral, resuspension, erosion, sedimentation, littoral

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ISO 690GERHARDT, Simone Daniela, 2004. Mikrobiell katalysierte Redoxreaktionen und Geochemie von Eisenverbindungen im Bodensee-Sediment [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz
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June 15, 2004
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