von Herrn Reinhard Wilms - ICBM

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EINLEITUNG refraktär sein und stellt für die mikrobiellen Gemeinschaften einen schwer zugänglichen Elektronendonator dar. 1.2 Vergleich der Wattsedimente mit Sedimenten des offenen Ozeans Während die Sedimentation in den Wattenmeeren nicht kontinuierlich erfolgt und immer wieder starken Veränderungen unterliegt, ist der Meeresboden der offenen Ozeane einer kontinuierlichen Sedimentation unterworfen. Das Fehlen von erosiven Prozessen im offenen Ozean führt zu einem stetigen Aufwuchs der Sedimente von 0,1 – 1,0 Zentimeter pro 1.000 Jahre (Backman et al., 2006). Altersbestimmungen dieser Sedimente sind demnach sehr viel einfacher durchzuführen als für Wattenmeersedimente. Zusätzlich findet man im offenen Ozean feingeschichtete Sedimente, deren geologische Ablagerungsprozesse genau datiert werden können. Rückschlüsse auf das Klima und die Sedimentationsbedingungen zum Zeitpunkt der Ablagerung sind demnach möglich. Zusätzlich sind Umweltbedingungen wie Temperatur, Druck, Salinität ect. der Sedimente des offenen Ozeans nur geringen Schwankungen unterworfen. Die Temperatur der Ozeansedimente nimmt z. B. nur im Laufe von Jahrtausenden kontinuierlich zu und bleibt an der Wassergrenze mit 1-3 °C konstant (Stephens et al., 2002). Dies erfolgt durch konstante Wassertemperaturen der Tiefsee und der zunehmenden Temperatur von Sedimenten mit der Tiefe (Erdwärme). Im Gegensatz zu den Sedimenten des offenen Ozeans können die Oberflächensedimente des Wattenmeeres im Sommer an einem Tag bis zu 20 °C Temperaturunterschied aufzeigen (Harrison & Rhizacklea, 1987). Jahreszeitliche Schwankungen von 8 °C treten sogar noch in fünf Metern Tiefe auf (4 °C im Winter und 12 °C im Sommer). Der Nährstoffeintrag im offenen Ozean ist im Vergleich zu den küstennahen Wattgebieten sehr viel geringer, da jeglicher Sedimentationseintrag (Marine Snow) größere Strecken zurück legt und dabei schon diversen mikrobiellen Remineralisierungsprozessen unterworfen ist (Simon et al., 2002). Die Wattsedimente der Nordsee werden dagegen von hohen Nährstoffeinträgen aus den umliegenden Landmassen über Siele und Flüsse versorgt. Der geringe Nährstoffeintrag für die Sedimente des offenen Ozeans führt zu chemischen Gradienten, die sich über bis zu hunderten von Metern ausbilden können (D'Hondt et al., 2004; Parkes et al., 2005). Die Sedimente des Wattenmeeres zeigen ähnliche chemische Profile, allerdings über eine geringere Tiefenskala und sind somit sehr viel steiler (Böttcher 7
EINLEITUNG et al., 2000; Llobet-Brossa et al., 2002). Das wird auch durch Aktivitätsmessungen deutlich, die im Watt viel höher sind als im offenen Ozean (Thomsen et al., 2001; D'Hondt et al., 2004; Köpke et al., 2005; Parkes et al., 2005). Dennoch sind die Bedingungen in mehreren Metern Tiefe des Watts auch über mehrere Jahrhunderte konstant, so dass die mikrobiellen Gemeinschaften Strategien entwickeln müssen, um längere Zeiten mit geringsten metabolischen Aktivitäten überleben zu können. So zeigen sich in beiden Habitaten hohe Zellzahlen von über 10 7 Zellen pro gram Sediment (Köpke et al., 2005; Parkes et al., 2005), was vermuten lässt, dass in der „deep biosphere“ der Ozeane und in der „subsurface“ des Watts metabolisch aktive Mikroorganismen vorhanden sind. Man geht sogar davon aus, dass ein Großteil der Mikroorganismen der Welt im tiefen Untergrund zu finden sind (Whitman et al., 1998). Trotz ihrer eher geringen Aktivität haben sie aber durch ihre enorme Anzahl einen entscheidenden Einfluss auf den Gesamthaushalt an den Remineralisierungsprozessen der Welt. 1.3 Remineralisierungsprozesse in Sedimenten des Wattenmeeres Die Wattenmeergebiete gehören zu den produktivsten Flächen der Erde. Dabei wird Sauerstoff als Elektronenakzeptor für die Remineralisierung organischen Materials schon in den ersten Millimetern durch aerobe Atmungsprozesse verbraucht (Böttcher et al., 2000). Eisen und Nitrat werden ebenfalls in den obersten Zentimetern des Sedimentes reduziert, wodurch Sulfat zum wichtigsten Elektronenakzeptor für die anaeroben Atmungsprozesse bis in mehreren Metern Tiefe wird. Unterhalb der sulfathaltigen Sedimente kommt es zur Bildung von nicht unbedeutenden Mengen an Methan durch die Methanogenese. Da das Sediment in mehreren Metern Tiefe schon vor einigen hundert Jahren abgelagert worden ist (Flemming & Nyandwi, 1994), stehen unter anderem Elektronendonatoren wie Einfachzucker, Acetat, Wasserstoff und Kohlendioxid für sulfatreduzierende Prokaryoten und methanogene Archaeen nicht in ausreichender Menge zur Verfügung (Volkman et al., 2000). Die verfügbaren Elektronendonatoren, die in diesen Tiefen vorkommen, sind meist sehr refraktär und schwer abbaubar (Freese & Rullkötter, 2003). Sie dienen fermentativen Bakterien, die mit ihren Gärprodukten Sulfatreduzierern und auch methanogenen Archaeen die Elektronendonatoren zur Sulfatreduktion und Methanogenese zur Verfügung stellen, als Substratgrundlage (Madigan et al., 2003). Diese mikrobiellen Aktivitäten laufen unter den beschriebenen Bedingungen aber dennoch so schnell ab, dass sich konstante chemische 8
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