Lignin-Nanopartikel als Eisen-Komplexbildner im Ozean
Abstract
Eisen ist als essentielles Spurenelement für alle marinen Organismen lebenswichtig. Jedoch befindet sich das Element Eisen im offenen Ozean, infolge der dort vorhandenen hohen Konzentration an gelöstem Sauerstoff, hauptsächlich im Oxidationszustand +III, wo es stark zur Hydrolyse zum schwerlöslichen Eisenhydroxid neigt, sowie auch zur Adsorption an Partikel. Infolge der extremen Schwerlöslichkeit des Eisenhydroxids, und der damit verbundenen Sedimentation von Eisen-reichen Partikeln, sind die Eisenkonzentrationen im Oberflächenwasser des offenen Ozeans äußerst gering. Sie können im Prinzip sogar so gering werden, dass Leben nicht mehr möglich ist. Zum Glück ist im Ozeanwasser die Löslichkeit von Eisen(III)hydroxid gegenüber dem theoretischen Wert oft bedeutend erhöht. Dafür zuständig sind organische Liganden, die das Eisen in Lösung halten und verhindern, dass sich festes Eisenhydroxid bildet. Bisher wurden erst einige wenige marine Eisenträger isoliert und strukturell charakterisiert. Dabei hat sich gezeigt, dass die Anwesenheit von Plankton-Lebensgemeinschaften die marine Eisenchemie beeinflusst. So werden durch Bakterien Siderophore gebildet und ins Wasser freigesetzt, und zum Teil wirken auch Ausscheidungs- oder Abbauprodukte von Zooplankton und Phytoplankton als Eisen-Komplexbildner. Das vorliegende Projekt beschäftigt sich mit einer weiteren, bisher nicht identifizierten Klasse von marinen Eisen-Chelatoren. Unsere Hypothese lautet, dass nicht nur die vom Ozean selbst hervorgebrachten organischen Komplexbildner, sondern auch vom Land kommende Lignin-Abbauprodukte eine Rolle für die marine Eisenchemie spielen. (Lignine sind Anzeiger für vom Land kommendes organisches Material, da es im Ozean keine Quelle für Lignin gibt). Die Untersuchung und Untermauerung dieser Hypothese erfordert die Entwicklung hochsensitiver und selektiver analytische Methoden, um Eisen und organische Eisenverbindungen im Meerwasser unter den natürlichen Bedingungen, d.h. im extrem niedrigen (sub-nanomolaren) Konzentrationsbereich untersuchen zu können. Mit dem Ziel der Entdeckung und Untersuchung von geringen bis ultra-geringen Konzentrationen organischer Eisenkomplexe werden wir Element- und molekulare Massenspektrometrie orthogonal kombinieren. Für die Aufklärung unbekannter Strukturen mariner Eisenkomplexe wird die Methode der Röntgenabsorptionsfeinstruktur Spektroskopie (EXAFS) verwendet werden, um Bindungslängen und –Winkel, sowie den Oxidationszustand des Eisens in den verschiedenen Ligninfraktionen zu bestimmen.
Publikationen
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Stephan Hann
Univ.Prof. Dr. Stephan Hann
stephan.hann@boku.ac.at
Tel: +43 1 47654-77001, 77191
Projektleiter*in
01.08.2013 - 31.07.2016
BOKU Partner
Externe Partner
Universität Wien, Institut für Anorganische Chemie
Ao. Univ.Prof. Dr. Regina Krachler
Koordinator