Oliver Schmale

• Baltic Methane - Aerobic und anaerobic turnover of methane in the water column of the central Baltic Sea (Gotland-Deep und Landsort-Deep), DFG SCHM 2530/2-1.
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  Methane is an important atmospheric trace gas with a relevant impact on earth’s climate. Although aquatic systems represent the most significant source of atmospheric methane, the importance of the marine system seems to be marginal. One effective mechanism that is limiting the flux of methane from the sedimentary reservoir into the atmosphere is the microbial oxidation of methane in the sediment. Compared to the number of studies on the microbial processes of methane oxidation in sediments, water column studies are scarce. Long-time stagnation periods within the deep basins of the central Baltic Sea (Gotland- and Landsort-Deep) have caused anoxic conditions in the deep water with strongly elevated methane concentrations. The transition zone between the oxic and anoxic water bodies (redoxcline) allows a systematic sampling of the water depth that is relevant for the turnover of methane. Thus, the detailed study of the microbial methane oxidation in the Gotland- and Landsort-Deep enables us to get new insights into the cycle of methane in the Baltic Sea that may can be used for a better understanding of the methane turnover in other anoxic/oxic basins in the world. In our multidisciplinary approach we (1) quantify the processes of the turnover of methane in the water column of the Gotland- and Landsort-Deep, (2) identify the organisms which are relevant for the turnover of methane in the water column and study their footprint in the sedimentary geological record, (3) integrate our results into hydrodynamic-biochemical numerical model.

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• BuShu (Bubble Shuttle) - Transport Methan-oxidierender Mikroorganismen aus dem Sediment in die Wassersäule über Gasblasen (Bubble Shuttle), DFG SCHM 2530/3-1.
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  Der Prozess der mikrobiellen Methanotrophie in der Wassersäule und seine Bedeutung als Methansenke im lokalen Methankreislauf sind bislang nur wenig erforscht. Untersuchungen des Wasserkörpers in der Umgebung von Gasaustrittstellen (Seeps) zeigen, dass ein Großteil des vom Sediment freigesetzten Methans in unmittelbarer Nähe zum Seep mikrobiell oxidiert wird und nur ein geringer Teil in höhere Wasserschichten gelangt und in die Atmosphäre emittiert. Inwieweit die Prozesse der sedimentären und pelagischen Methanotrophie miteinander verknüpft sind, soll durch eine fächerübergreifende Arbeit beleuchtet werden. Hierbei wird angenommen, dass gasblasenfreisetzende Seeps ein besonders interessantes und wichtiges Bindeglied zwischen diesen beiden Prozessen darstellen. In der geplanten Arbeit soll die Hypothese untersucht werden, ob methanotrophe Mikroorganismen über Gasblasen aus dem Sediment in die Wassersäule transportiert werden können. Im Speziellen sollen an einem Seep-Gebiet (Coal Oil Point, Santa Barbara Becken, Kalifornien) über gaschemische und molekularbiologische Methoden (1) die Methan-umsetzenden Bereiche und Mikroorganismen im Sediment identifiziert, (2) die Methan-umsetzenden Prozesse in der Wassersäule nachgewiesen und (3) über das Auffangen von Gasblasen in unterschiedlichen Wassertiefen der Transport der im Sediment identifizierten methanotrophen Organismen über Gasblasen in die Wassersäule untersucht werden.

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• DFG-Schwerpunktprogramm 1144 "Vom Mantel zum Ozean: Energie-, Stoff- und Lebenszyklen an Spreizungsachsen" - Austritt und Transport von Methan und Wasserstoff am mittelatlantischen Rücken, DFG SCHM 2530/1-1.
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  Unsere Zielsetzung in der dritten Antragsphase des SPPs besteht darin, den Transport von Methan, Wasserstoff und 3-Helium in den Plumes zu bestimmen, die den hydrothermalen Austrittstellen am Logatchev-Feld (Mittelatlantischer Rücken) zugeordnet werden. Wir (IFM-GEOMAR und IOW) beabsichtigen Tow-yo CTD Untersuchungen dieser gelösten Gase innerhalb einer Distanz von wenigen Kilometern zu diesen hydrothermalen Austrittstellen vorzunehmen. Die hierbei gewonnen Informationen werden mit Langzeit-Strömungsmessungen verknüpft, die von den Herren Fischer und Visbek (IFM-GEOMAR) durchgeführt werden. Die genannten Tow-yo CTD Untersuchungen werden zu Beginn und Ende der Langzeit-Strömungsmessungen erfolgen, d.h. auf der F/S MERIAN Fahrt 06/2 und 10/3. Diese Beprobungsstrategie ermöglicht es, die Ergebnisse der Kurzzeitaufnahmen aus der Ermittlung der Gasverteilung mit denen der Zeitreihenaufzeichnungen der Stömungsmessungen zu verknüpfen. Des weiteren werden über eine Strecke von 100 km mit dem CTD-Rosettensystem Wasserproben entlang der Rückenachse genommen, welche an der Bruchzone bei 15°20’N einsetzt. Durch diese Untersuchung soll das Inventar dieser Gase in diesem Rückensegment abgeschätzt werden. Methan und Wasserstoff werden bereits während der beiden Expeditionen an Bord gemessen. Die Heliumisotopen-Analysen werden jeweils nach den Expeditionen an der Universität Bremen durchgeführt. Ein weiteres in Beziehung stehendes Ziel besteht in der Konzentrationsbestimmung des gelöste Methans und Wasserstoffs in Fluiden, die an den hydrothermalen Austrittsstellen während der Expeditionen genommen werden. Über diese Ziele hinaus werden wir mit M. Perner an kinetischen Inkubationsexperimenten arbeiten, um die Raten der Wasserstoffzehrung in Fluiden zu bestimmen, die sich aus der mikrobiellen Aktivität in hydrothermalen Lösungen ableitet.

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• BONUS Baltic Gas - Methane emission in the Baltic Sea: Gas storage and effects of climate change and eutrophication.
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  BALTIC GAS aims to understand how climate change and long-term eutrophication affect the accumulation of shallow gas and the emission of methane and hydrogen sulfide from the seabed to the water column and atmosphere. The outcome of the project will be a new understanding and quantitative synthesis of the dynamics and budget of methane in the seabed, an important but poorly understood component of the Baltic ecosystem response to natural and human- induced impacts. The project aims to develop a predictive model of gas accumulation and emission under realistic scenarios of climate change and eutrophication, which will improve the knowledge base for necessary future policy actions. The multidisciplinary project will involve 12 partner institutions from 5 nations and will apply modern advanced technology and novel combinations of approaches.

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