Verbundprojekt: SO289 – S Pacific GEOTRACES; Biogeochemie von Spurenmetallen und deren Isotopen im Südpazifik; Vorhaben II: Konzentration und Speziierung von gelösten Spurenmetallen im Südpazifik

Abstract

Im Rahmen dieses Projektes wurden auf Basis der Forschungsfahrt SO289 die Quellen und Prozesse verschiedener Gruppen von Spurenmetallen im südlichen Pazifik untersucht: konservative Elemente (Uran (U), Rubidium (Rb), Molybdän (Mo)), sogenannte High-Field-Strength-Elemente (Zirkon (Zr), Hafnium (Hf), Niob (Nb), Wolfram (W)), Kupfer (Cu) und Cu-bindende organische Moleküle (Liganden), und Redox-Spezies von Chrom (Cr) und Vanadium (V). Für das komplexe Auftriebsgebiet vor der chilenischen Küste konnten wir zeigen, dass U an den küstennahen Stationen durch leichte Abweichung vom konservativen Verhalten vermutlich durch Reduktion in der Sauerstoffminimumzone ein verändertes chemisches Verhalten zeigt. Für die Bestimmung der HFSE konnte eine Vorkonzentrierungsmethode etabliert werden, welche reproduzierbar hohe Wiederfindungen zeigt. Erste Tiefenprofile aus dem Südpazifik zeigen geringere Konzentrationen in der Oberfläche und einen leichten Anstieg der Konzentration mit der Tiefe für Zr, Nb und Hf und ein weitgehend konservatives Profil für W. Eine erfolgreiche Methodenoptimierung für V-Redoxspezies ermöglichte die Anwendung auf erste Tiefenprofile, die zeigen, dass beide Spezies durchgehend in der Wassersäule vorhanden sind, die geringen Sauerstoffkonzentrationen im Auftriebsgebiet die Redoxfraktionierung von V jedoch nicht signifikant beeinflussen. Ergebnisse der sequentiellen Filtration deuten darauf hin, dass im Gegensatz zur V(V)-Form, die weitgehend echt gelöst vorliegt, für V(IV) auch ein kolloidaler Pool vorhanden ist. Ein deutlicher Anstieg der reduzierten Cr-Redoxspezies, Cr(III) in den küstennahen Stationen ist durch den geringen Sauerstoffgehalt zu erklären, ein leichter Anstieg in größerer Tiefe über dem East Pacific Rise durch einen möglichen hydrothermalen Einfluss. Am East Pacific Rise ist ein möglicher Eintrag von Mo, jedoch nicht für U, und Rb. Unsere Untersuchungen an Cu-bindenden Liganden zeigt, dass der Großteil der Liganden rein gelöst ist und eher zu den schwachen Liganden zählt. Sie sind stets Überschuss im Vergleich zu Cu vorhanden, was bedeutet, dass Cu durch die Komplexierung ausreichend detoxifiziert ist. Da einige der untersuchten Parameter in Isotopenstudien genutzt werden, dienen unsere Erkenntnisse dem Verständnis der Quellen und Prozesse dieser Metalle in verschiedenen marinen Systemen (Auftriebsgebiet, hydrothermale Quellen), was durchaus Einfluss auf die Verteilung der Isotope haben kann. Weiterhin sind einige der hier untersuchten Spurenmetalle als Mikronährstoffe eingebunden in die biologische Produktivität. Mit der Intensivierung von Sauerstoffminimumzonen weltweit sind diese Untersuchungen richtungsweisend für weitere Detailstudien, um den Einfluss von anthropogen verursachten Veränderungen auf das Verhalten und somit auch auf die Bioverfügbarkeit der Metalle abschätzen zu können. Datei-Upload durch TIB As part of this project, the sources and processes of various groups for trace metals in the southern Pacific were investigated on the basis of the SO289 research cruise: conservative elements (uranium (U), rubidium (Rb), molybdenum (Mo)), so-called high-field-strength elements (zirconium (Zr), hafnium (Hf), niobium (Nb), tungsten (W)), copper (Cu) and Cu-binding organic molecules (ligands), and redox species of chromium (Cr) and vanadium (V). For the complex upwelling region off the Chilean coast, we were able to show that U exhibits a changed chemical behaviour at the coastal stations due to a slight deviation from conservative behaviour, presumably due to reduction in the oxygen minimum zone. A pre-concentration method was established for the determination of HFSE, which shows reproducibly high recoveries. Initial depth profiles from the South Pacific show lower concentrations in the surface and a slight increase in concentration with depth for Zr, Nb and Hf and a largely conservative profile for W. Successful method optimisation for V redox species and application to initial depth profiles showed that both species are consistently present in the water column, but that the low oxygen concentrations in the upwelling region do not significantly affect the redox fractionation of V. Sequential filtration results indicate that, in contrast to the V(V) form, which is largely present in true solution, a colloidal pool is also present for V(IV). A clear increase in the reduced Cr redox species, Cr(III) in the coastal stations can be explained by the low oxygen content, a slight increase at greater depths above the East Pacific Rise by a possible hydrothermal influence. The East Pacific Rise shows a possible input of Mo, but not for U and Rb. Our investigations of Cu-binding ligands show that the majority of the ligands are purely dissolved and tend to be weak ligands. They are always present in excess compared to Cu, which means that Cu is sufficiently detoxified by complexation. As some of the investigated parameters are used in isotope studies, our findings serve to understand the sources and processes of these metals in different marine systems (upwelling area, hydrothermal vents), which may well have an influence on the distribution of the isotopes. Furthermore, some of the trace metals analysed here are involved in biological productivity as micronutrients. With the intensification of oxygen minimum zones worldwide, these investigations point the way for further detailed studies in order to be able to assess the influence of anthropogenic changes on the behaviour and thus also on the bioavailability of the metals.