{"id":85,"date":"2024-05-09T16:24:14","date_gmt":"2024-05-09T14:24:14","guid":{"rendered":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/so305-biocat-iioe2\/?p=85"},"modified":"2024-05-09T16:24:18","modified_gmt":"2024-05-09T14:24:18","slug":"isotope-das-multitool-der-biogeochemie-und-ihr-einsatz-auf-der-so305","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/so305-biocat-iioe2\/2024\/05\/09\/isotope-das-multitool-der-biogeochemie-und-ihr-einsatz-auf-der-so305\/","title":{"rendered":"Isotope \u2013 das Multitool der Biogeochemie und ihr Einsatz auf der SO305"},"content":{"rendered":"\n<p>von Dr. Gesa Schulz, Universit\u00e4t Hamburg<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-gallery columns-2 is-cropped wp-block-gallery-1 is-layout-flex wp-block-gallery-is-layout-flex\"><ul class=\"blocks-gallery-grid\"><li class=\"blocks-gallery-item\"><figure><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1280\" height=\"854\" src=\"https:\/\/www.oceanblogs.org\/so305-biocat-iioe2\/wp-content\/uploads\/sites\/101\/2024\/05\/DSCF9281-2-1.jpeg\" alt=\"\" data-id=\"146\" data-link=\"https:\/\/www.oceanblogs.org\/so305-biocat-iioe2\/2024\/05\/06\/isotope-das-multitool-der-biogeochemie-und-ihr-einsatz-auf-der-so305\/dscf9281-2-1\/#main\" class=\"wp-image-146\" \/><\/figure><\/li><li class=\"blocks-gallery-item\"><figure><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1280\" height=\"854\" src=\"https:\/\/www.oceanblogs.org\/so305-biocat-iioe2\/wp-content\/uploads\/sites\/101\/2024\/05\/VR2_3398-1.jpeg\" alt=\"\" data-id=\"147\" data-link=\"https:\/\/www.oceanblogs.org\/so305-biocat-iioe2\/2024\/05\/06\/isotope-das-multitool-der-biogeochemie-und-ihr-einsatz-auf-der-so305\/vr2_3398-1\/#main\" class=\"wp-image-147\" \/><\/figure><\/li><\/ul><figcaption class=\"blocks-gallery-caption\"><strong>Gruppenfoto der Wissenchafttler*innen der Universit\u00e4t Hamburg \u2013 Leandro Nazzari, Tjark Andersch, und Dr. Gesa Schulz. <\/strong>(Foto: Riel Ingeniero und Isabell Schlangen)<br><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>Isotope sind verschiedene Atome eines Elements, die die gleiche Anzahl von Protonen aber unterschiedlich viele Neutronen im Atomkern haben und sich somit in ihrer atomaren Masse unterscheiden. &nbsp;Unterteilt werden sie in stabile und instabile Isotope, wobei letztere \u00fcber die Zeit radioaktiven Zerfall vorweisen. Die Analyse von stabilen Isotopen ist in den Naturwissenschaften ein h\u00e4ufig und vielseitig eingesetztes Werkzeug, denn durch sie ist es m\u00f6glich herauszufinden, wo ein Stoff herkommt und welche Umwandlungsprozesse stattgefunden haben. Denn auch wenn die Unterschiede in den atomaren Massen winzig klein sind, f\u00fchren sie dennoch zu einer unterschiedlichen \u201eReaktionsfreudigkeit\u201c der verschiedenen Isotope eines Elementes. Die chemischen Bindungen zwischen so genannten \u201eschweren\u201c Isotopen, die mehr Protonen haben als ihre \u201eleichten\u201c Verwandten, sind st\u00e4rker und daher reagieren schwere Isotope langsamer. Ein Beispiel: bei mikrobiologischer Umsetzung verwenden die Mikroorganismen in der Regel lieber die leichten Isotope, und lassen die st\u00e4rker gebundenen, schweren Isotope zur\u00fcck. Diesen Prozess nennt man \u201ekinetische Fraktionierung\u201c und er erm\u00f6glicht uns anhand von Isotopenanalytik Umsatzprozesse und Quellen von Elementen mit stabilen Isotopen zu untersuchen.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1237\" height=\"650\" src=\"https:\/\/www.oceanblogs.org\/so305-biocat-iioe2\/wp-content\/uploads\/sites\/101\/2024\/05\/Isotope.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-88\" \/><figcaption><strong>Stickstoffisotope: Das leichtere <sup>14<\/sup>N hat neben sieben Protonen nur sieben Neutronen im Atomkern, <sup>15<\/sup>N dagegen besitzt acht Neutronen und ist somit schwerer.<\/strong><br><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>Auf der SO305 untersuchen wir unteranderem den Stickstoffkreislauf. Stickstoff ist eines der wichtigsten Elemente f\u00fcr biologische Systeme, denn er ist ein lebensnotwendiger N\u00e4hrstoff f\u00fcr alle Organismen. Stickstoff existiert in verschiedenen Formen, die reaktiv oder nicht reaktiv sein k\u00f6nnen, und kann schnell von Mikroorganismen umgesetzt werden. Die meisten Organismen k\u00f6nnen aber nur den reaktiven Stickstoff aufnehmen und verarbeiten. Ist zu wenig reaktiver Stickstoff verf\u00fcgbar, ist das Leben im Ozean \u201eStickstofflimitiert\u201c. Stickstoff besitzt zwei stabile Isotope: das viel h\u00e4ufiger vorkommende leichte <sup>14<\/sup>N (99.635&nbsp;%) und das seltene schwere <sup>15<\/sup>N (0.365&nbsp;%).<\/p>\n\n\n\n<p>In der Bucht von Bengalen ist Stickstoff wichtig, da seine Umsatzprozesse abh\u00e4ngig vom Sauerstoff sind. Hier gibt es bereits eine ausgepr\u00e4gte sauerstoffarme Zone, und wir untersuchen derzeit, wie der zunehmende Stickstoffeintrag durch anthropogene Einfl\u00fcsse die ablaufenden Prozesse ver\u00e4ndert. Denn wird eine kritische Schwelle von Sauerstoff im Wasser unterschritten, kann es zu einem Stickstoffabbau kommen, bei dem an niedrigen Sauerstoffkonzentrationen angepasste Mikroorganismen reaktiven Stickstoff zu N<sub>2<\/sub> umwandeln. So findet aktuell etwa 30-50 % aller reaktiver Stickstoffverluste in Sauerstoffminimumzonen statt, obwohl sie nur etwa 0.1&nbsp;% des Meeresvolumens ausmachen. In der Bucht von Bengalen ist diese kritische Schwelle bisher noch nicht unterschritten, aber durch zunehmenden Eintr\u00e4ge und den Klimawandel steht das System m\u00f6glicherweise vor einem Kipppunkt.<\/p>\n\n\n\n<p>Als Arbeitsgruppe \u201eBiogeochemie im Erdsystem\u201c der Universit\u00e4t Hamburg in Kooperation mit \u201eAquatische N\u00e4hrstoffkreisl\u00e4ufe\u201c des Helmholtz-Zentrum Hereon widmen wir uns dem Stickstoffkreislauf mit Hilfe von stabilen Isotopen: wir nehmen Proben f\u00fcr die nat\u00fcrlichen stabilen Isotope in der Wassers\u00e4ule, und filtrieren gro\u00dfe Mengen Wasser, um auch die Isotope des Stickstoffs gebunden an die Partikel im Wasser zu bestimmen. An Bord k\u00f6nnen wir die Isotope nicht messen, wir nehmen unsere Proben alle mit zur\u00fcck nach Deutschland. W\u00e4hrend der Fahrt sind wir vor allem am Filtrieren. Entweder in kleinen Mengen \u00fcber Spritzenvorsatzfilter, um das Filtrat eingefroren mitzunehmen, oder in gro\u00dfen Mengen f\u00fcr die Filter, an denen wir den partikul\u00e4ren Stickstoff untersuchen.&nbsp;<br><\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-group\"><div class=\"wp-block-group__inner-container is-layout-flow wp-block-group-is-layout-flow\">\n<div class=\"wp-block-columns is-layout-flex wp-container-core-columns-is-layout-9d6595d7 wp-block-columns-is-layout-flex\">\n<div class=\"wp-block-column is-layout-flow wp-block-column-is-layout-flow\" style=\"flex-basis:100%\">\n<div class=\"wp-block-columns is-layout-flex wp-container-core-columns-is-layout-9d6595d7 wp-block-columns-is-layout-flex\">\n<div class=\"wp-block-column is-layout-flow wp-block-column-is-layout-flow\" style=\"flex-basis:100%\">\n<figure class=\"wp-block-gallery columns-1 is-cropped wp-block-gallery-2 is-layout-flex wp-block-gallery-is-layout-flex\"><ul class=\"blocks-gallery-grid\"><li class=\"blocks-gallery-item\"><figure><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"4160\" height=\"6240\" src=\"https:\/\/www.oceanblogs.org\/so305-biocat-iioe2\/wp-content\/uploads\/sites\/101\/2024\/05\/DSCF9292-1.jpeg\" alt=\"\" data-id=\"89\" data-link=\"https:\/\/www.oceanblogs.org\/so305-biocat-iioe2\/?attachment_id=89#main\" class=\"wp-image-89\" \/><\/figure><\/li><li class=\"blocks-gallery-item\"><figure><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"8256\" height=\"5504\" src=\"https:\/\/www.oceanblogs.org\/so305-biocat-iioe2\/wp-content\/uploads\/sites\/101\/2024\/05\/VR2_3815-1-1.jpeg\" alt=\"\" data-id=\"95\" data-link=\"https:\/\/www.oceanblogs.org\/so305-biocat-iioe2\/2024\/05\/06\/isotope-das-multitool-der-biogeochemie-und-ihr-einsatz-auf-der-so305\/vr2_3815-1-1\/#main\" class=\"wp-image-95\" \/><\/figure><\/li><\/ul><figcaption class=\"blocks-gallery-caption\"><strong>Tjark bereitet die Filtrationsanlage vor. <\/strong>(Foto: Riel Ingeniero und Isabell Schlangen)<br><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n<p>Neben der ganzen Filtration nutzen wir auch Isotope in Inkubationsversuchen, bei denen wir Prozessraten bestimmen. Dabei messen wir nicht, welche Isotope nat\u00fcrlich vorkommen, sondern markieren unsere Proben gezielt mit schwerem <sup>15<\/sup>N-Stickstoff. \u00dcber die Zeit k\u00f6nnen wir dann verfolgen, in welchen Stoffen wir das schwere Isotop wiederfinden und dar\u00fcber die Prozessraten berechnen.<\/p>\n\n\n\n<p>Am Ende der Fahrt stehen wir also vor gro\u00dfen Mengen gefrorener und gek\u00fchlter Proben (planm\u00e4\u00dfig ca. 80 L Wasser und 200 Filter), die zur\u00fcck nach Deutschland transportiert werden m\u00fcssen, um dann ihre Isotopensignatur im Labor zu messen.&nbsp;<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>von Dr. Gesa Schulz, Universit\u00e4t Hamburg Isotope sind verschiedene Atome eines Elements, die die gleiche Anzahl von Protonen aber unterschiedlich viele Neutronen im Atomkern haben und sich somit in ihrer atomaren Masse unterscheiden. &nbsp;Unterteilt werden sie in stabile und instabile Isotope, wobei letztere \u00fcber die Zeit radioaktiven Zerfall vorweisen. Die Analyse von stabilen Isotopen ist [&hellip;]<\/p>\n","protected":false},"author":257,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[9],"tags":[],"class_list":["post-85","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-at-sea"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/so305-biocat-iioe2\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/85","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/so305-biocat-iioe2\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/so305-biocat-iioe2\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/so305-biocat-iioe2\/wp-json\/wp\/v2\/users\/257"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/so305-biocat-iioe2\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=85"}],"version-history":[{"count":6,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/so305-biocat-iioe2\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/85\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":148,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/so305-biocat-iioe2\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/85\/revisions\/148"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/so305-biocat-iioe2\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=85"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/so305-biocat-iioe2\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=85"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/so305-biocat-iioe2\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=85"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}