Können eisenmetabolisierende Bakterien das Schicksal des Kohlenstoffs beim Auftauen des Permafrosts kontrollieren?

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Kappler
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448755787

Permafrostmoore in hohen Breitengraden speichern etwa 14% des Bodenkohlenstoffvorrats der Erde, obwohl sie nur etwa 3% der Landoberfläche bedecken. Diese großen organischen Kohlenstoffspeicher machen Moore in hohen Breitengraden überproportional wichtig für die Mechanismen des Klimafeedbacks, insbesondere wenn man bedenkt, dass die Nordhalbkugel überdurchschnittliche Erwärmungsraten aufweist. Es besteht die große Sorge, dass das Auftauen des Permafrosts den gespeicherten organischen Kohlenstoff freisetzen und als CO2 und CH4 emittieren könnte, was die Klimaerwärmung möglicherweise noch weiter verschlimmern würde. Darüber hinaus führen die mit dem Auftauen des Permafrosts verbundenen hydrologischen Veränderungen zu wassergesättigten Böden, unter denen hohe Methanemissionen beobachtet werden. Von uns und anderen Wissenschaftlern wurde beobachtet, dass reaktive Bodenminerale eine Schlüsselrolle bei der Kohlenstoffstabilisierung in intaktem Permafrost spielen können, wie es auch schon in vielen anderen Boden- und Sediment-Habitaten beobachtet wurde. In unseren früheren Arbeiten haben wir in der Tat gezeigt, dass bis zu 20% des Kohlenstoffs in bestimmten Bodenhorizonten an unserem Modell-Feldstandort, einem schwedischen Permafrost-Torfgebiet, an reaktive, wenig-kristalline Fe(III)-(Oxyhydr)Oxide gebunden sein könnten. Die Stabilität dieser "rusty carbon sink" wird jedoch während des Auftauens des Permafrosts aufgrund der mikrobiellen Reduktion der Eisenminerale schnell verringert. Dies wirft viele unbeantwortete Fragen darüber auf, die wir in diesem Projekt behandeln möchten, z.B. wie sich die Dynamik der Fe- und C-Zyklen während des Auftauens des Permafrostbodens verändert, sowie was die Auswirkungen der Bildung und Auflösung von Eisenmineralien auf die Kohlenstoffbindung und die Treibhausgasemissionen sind. Konkret werden wir in einem ersten Schritt die Menge, Identität, Qualität und Bioverfügbarkeit von Kohlenstoff (organischen Verbindungen) bestimmen, der mit Eisenmineralen in verschiedenen Auftaustadien assoziiert ist. Ebenfalls werden wir die Eisen(II)-oxidierenden und Fe(III)-reduzierenden Mikroorganismen identifizieren, quantifizieren und isolieren, die an der Bildung und Zerstörung von kohlenstoffbindenden Eisenmineralen beteiligt sind. In einem zweiten Schritt werden wir dann quantifizieren, bis zu welchem Ausmaß die Bildung und Auflösung von Eisenmineralen und damit die Kohlenstofffreisetzung und erhöhte Bioverfügbarkeit die Treibhausgasemissionen (CO2 und CH4) beeinflussen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen