Oliver Schmale

• Quellen und Senken im marinen Methankreislauf von Randmeeren (Ostsee, Schwarzes Meer)
• Organische Geochemie des marinen Methankreislaufs (Lipidbiomarker)
• Methantransport an der Grenzschicht Ozean - Atmosphäre
• Gaschemie hydrothermaler Systeme und ihren Einfluss auf die umgebende Wassersäule

• Baltic Methane - Aerober und anaerober Methanumsatz in der Wassersäule der zentralen Ostsee (Gotland-Tief und Landsort-Tief), DFG SCHM 2530/2-1.
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  Methan ist eines der wichtigsten klimabestimmenden Spurengase unserer Erde. Obwohl aquatische Systeme die größte natürliche Quelle atmosphärischen Methans darstellen, wird die Bedeutung mariner Systeme als relativ gering eingeschätzt. Hierfür maßgeblich sind mikrobiologische Umsetzungen in Methan-reichen anoxischen Sedimenten. Die Prozesse der aeroben und anaeroben Methanotrophie in der Wassersäule sind bislang nur wenig erforscht. Im Gotland- und Landsort-Tief der zentralen Ostsee haben sich durch lang anhaltende Stratifizierung der Wassersäule im stagnierenden Tiefenwasser anoxische Bedingungen herausgebildet, die sich durch hohe Methankonzentrationen auszeichnen. Der in beiden Gebieten deutlich ausgebildete Übergangsbereich in der Wassersäule (Redoxkline) ermöglicht eine gezielte Beprobung der für den Methanumsatz potenziell relevanten Tiefenbereiche. Damit liefern diese tiefen Becken optimale Voraussetzungen, um das gesamte Spektrum der bislang in der Ostsee kaum verstandenen mikrobiellen Methanoxidation zu erforschen. Durch eine fachübergreifende Arbeit sollen (1) die Methan-umsetzenden Prozesse in der Wassersäule des Gotland-Tiefs und des Landsort-Tiefs quantitativ beschrieben werden, (2) wichtige an Methan-umsetzenden Prozessen beteiligte Mikroorganismen über molekularbiologische und organisch-geochemische Methoden identifiziert und die Übertragbarkeit dieser Wassersäulensignale in den geologischen Bericht in den Sedimenten untersucht werden und (3) die erzielten Prozessdaten in ein hydrodynamisch-biochemisches Modell integriert werden.

Ausgewählte Ergebnisse (nur englisch)

• 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.

Ausgewählte Ergebnisse (nur englisch)

• 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.

• 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.