Auf den Spuren der Lachgasbildung im Ozean

March 28, 2019 Erstmals messen Forscher Hydroxylamin im offenen Ozean

Wann und wo in der Natur welche Form von Stickstoff auftritt, beeinflusst nicht nur das Leben an Land und in den Ozeanen, sondern auch das Klima. Viele Faktoren im Stickstoffkreislauf sind noch nicht bekannt oder ausreichend verstanden. Meereschemikerinnen und Meereschemiker des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel konnten nun erstmals einen direkten Indikator für einen Schlüsselprozess des Stickstoffkreislaufs im Ozean nachweisen.

Stickstoff ist, genau wie Sauerstoff, grundlegend für das Leben auf der Erde. Je nachdem, in welchen Formen und Bindungen Stickstoff vorkommt, kann er das Leben fördern, aber auch einschränken. Außerdem sind einige Stickstoffverbindungen wie Distickstoffoxid in der Atmosphäre äußerst effektive Treibhausgase. Deshalb ist es wichtig, die Bildung und chemische Umwandlung verschiedener Stickstoffverbindungen in der Natur im Detail zu verstehen und die Faktoren zu kennen, die diesen Stickstoffkreislauf beeinflussen.

GEOMAR-Forschern ist es nun erstmals gelungen, mit Hilfe der kurzlebigen Verbindung Hydroxylamin einen für den Stickstoffkreislauf grundlegenden Prozess, die sogenannte Nitrifikation, im offenen Ozean direkt nachzuweisen. "Dieser Nachweis ist sonst nur mit sehr aufwändigen Analysen in Speziallabors an Land möglich. Mit der neuen Methode konnten wir die Messungen an Bord durchführen", erklärt die Meereschemikerin Dr. med. Frederike Korth vom GEOMAR. Sie ist die Hauptautorin der Studie, die jetzt in der internationalen Fachzeitschrift Geophysical Research Letters erschienen ist.

Hydroxylamin (NH2OH) ist eine Verbindung von Stickstoff mit Wasserstoff und Sauerstoff, die sich aber sehr schnell zersetzt, wenn mehr Sauerstoff vorhanden ist. "Deshalb gibt es keine Messungen von Hydroxylamin aus den Ozeanen", erklärt Prof. Dr. med. Hermann Bange vom GEOMAR, Leiter der Arbeitsgruppe und Mitautor der neuen Studie.

Während mehrerer Expeditionen der deutschen Forschungsschiffe "MARIA S. MERIAN" und "METEOR" konnten die Kieler Chemiker an zahlreichen Stationen im Pazifik und Atlantik Wasserproben auf Hydroxylamin untersuchen. "Die Verbindung kann ein Vorläufer von Lachgas im Stickstoffkreislauf sein, aber nur im Umwandlungsprozess, den wir Nitrifikation nennen", erklärt Korth. Ein Vergleich der Lachgas- und Hydroxylamingehalte im Meerwasser liefert daher relativ schnell und einfach einen Hinweis auf das Auftreten dieses Prozesses an Bord.

Die verwendete Methode war theoretisch schon vorher bekannt, aber es gab noch Probleme bei der praktischen Umsetzung an Bord. "Für unsere Studie haben wir nun erstmals einen Weg gefunden, die Hydroxylaminwerte mit den an Bord verfügbaren Mitteln sicher zu bestimmen", sagt Professor Bange.