Arsenmobilisierung im Grundwasser durch mikrobielle Eisen(III)-Reduktion in Verbindung mit Methanoxidation im dem Delta des Roten Flusses in Vietnam

Description: Geogene Arsenverunreinigung (As) ist ein Problem in vielen Aquiferen in Südostasien und stellt eine Bedrohung für die Gesundheit von Millionen von Menschen dar. Das Verständnis der Mechanismen, die die As-Freisetzung im Grundwasser steuern, ist entscheidend, aber aufgrund der komplexen mineralogischen, geochemischen und hydrologischen Bedingungen oft begrenzt. Die reduktive mikrobielle Auflösung von As-haltigen Eisen(Fe)(III)-(Oxyhydr)oxid-Mineralen gekoppelt an die Oxidation von natürlichem organischen Material (NOM) ist ein bekannter Mechanismus für die As-Mobilisierung im Grundwasser. In den letzten Jahren wurden in verschiedenen Arsen-kontaminierten Aquiferen erhöhte Konzentrationen von gelöstem Methan (CH4) detektiert; das gelöste As korrelierte dabei direkt mit CH4 und Fe(II) im Grundwasser. Diese Ergebnisse werfen die Frage auf, ob CH4 als Elektronendonor für die mikrobielle Reduktion von As-haltigen Fe(III)-Mineralen dienen kann. Untersuchungen in unserem vorigen, DFG-Projekt "AdvectAs" haben Hinweise auf den Zusammenhang zwischen Fe(III)-abhängiger anaerober Oxidation von CH4 (AOM) und Mobilisierung von As im Red River Delta (Vietnam) geliefert. Mehrere Fragen blieben aber unbeantwortet: i) In welchem Ausmaß trägt Fe(III)-abhängige AOM zur As-Mobilisierung an verschiedenen Standorten im Red River Delta bei? ii) Welches sind die wichtigsten Stoffwechselwege und aktiven mikrobiellen Gemeinschaften in Aquiferen, in denen Fe(III)-abhängige AOM vorkommt? iii) Welche Identität haben die Mikroorganismen, die für die Fe(III)-abhängige AOM verantwortlich sind? Können wir sie isolieren? iv) Welche Gene und Stoffwechselwege tragen zur Fe(III)-abhängigen AOM in angereicherten Kulturen bei? Daher ist das Hauptziel dieses Projekts, die Rolle der Fe(III)-abhängigen AOM für die As-Mobilisierung im Red River Delta zu untersuchen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden wir biogeochemische Analysen und molekularbiologische (Omics)Methoden einsetzen. Das Projekt ist in sechs Arbeitspakete (WPs) unterteilt. In den WPs 1 und 4 werden Feldkampagnen zur Probenahme durchgeführt, gefolgt von der Charakterisierung geochemischer Parameter und mikrobieller Gemeinschaften in Grundwasser und Sedimenten. WPs 2 und 5 werden sich auf die Isolierung von Fe(III)-abhängigen AOM-Mikroorganismen, die Charakterisierung ihrer Substratprofile und die Aufklärung der Stoffwechselwege und Genexpressionen der angereicherten Kulturen oder Isolate konzentrieren. WPs 3 und 6 werden die CH4-Oxidationsraten unter verschiedenen geochemischen Bedingungen quantifizieren und Metagenomik (und, falls möglich, Metatranskriptomik) ausgewählter Sedimentproben anwenden, um die dominanten und aktiven Stoffwechselwege zu identifizieren, die die As-Mobilisierung an den Feldstandorten beeinflussen. Unsere Ergebnisse werden Aufschluss über die Bedeutung der Fe(III)-abhängigen AOM zur As-Mobilisierung geben und zu unserem Verständnis der globalen Methanreduktion durch Fe(III)-abhängige AOM beitragen.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Flussmündung ? Methangehalt ? Eisen ? Geochemie ? Vietnam ? Hydrogeologie ? Methan ? Organisches Material ? Südostasien ? Grundwasserleiter ? Hydrochemie ? Limnologie ? Mineralogie ? Siedlungswasserwirtschaft ? Mikroorganismen ? Sediment ? Grundwasser ? Hydrologie ? Mineral ? Integrated Water Resources Management ? Integrierte Wasserressourcen-BewirtschaftungMineralogie ? Petrologie ? Petrology ? Urban Water Management ? Water Chemistry ?

Region: Baden-Württemberg

Bounding boxes: 9° .. 9° x 48.5° .. 48.5°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Umweltbundesamt (Bereitstellung)
• Universität Stuttgart, Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft, Abteilung Umweltmikrobiologie (Projektverantwortung)
• Universität Tübingen, Zentrum für Angewandte Geowissenschaften (ZAG), Arbeitsgruppe Geomikrobiologie (Projektverantwortung)

Time ranges: 2024-01-01 - 2025-09-10

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Arsenic mobilization into groundwater caused by microbial iron(III) mineral reduction coupled to methane oxidation in the Red River delta in Vietnam
  Description: Geogenic arsenic (As) contamination is a pervasive issue in many aquifers in southeast Asia, posing a significant threat to the health of millions of people. Understanding mechanisms controlling As mobilization into groundwater is crucial but is oftentimes limited due to the complex mineralogical, geochemical and hydrological conditions. The reductive microbial dissolution of As-bearing iron (Fe) (III) (oxyhydr)oxide minerals, coupled to the oxidation of natural organic matter (NOM), is a widely accepted mechanism for As mobilization into groundwater. In the last years, elevated dissolved methane (CH4) concentrations have been detected in various As-contaminated aquifers, and dissolved As strongly correlated with CH4 and Fe(II) in groundwater. These findings raise questions about whether CH4 can serve as an electron donor (instead of NOM) for microbial reduction of As-bearing Fe(III) (oxyhydr)oxide minerals. Investigations conducted as part of our previous, DFG-funded project "AdvectAs" have provided first evidence on the link between Fe(III)-dependent anaerobic oxidation of CH4 (AOM) and As mobilization in the Red River Delta (Vietnam). Nonetheless, several critical questions remained unanswered: i) To which extent does Fe(III)-dependent AOM contribute to As mobilization in different locations along the Red River Delta? ii) Which are the predominant metabolic pathways and active microbial communities present in aquifers where Fe(III)-dependent AOM is observed? iii) What is the identity of and can we isolate the microorganisms responsible for Fe(III)-dependent AOM? iv) What are the identity of the genes and metabolic pathways associated with Fe(III)-dependent AOM in (pure or enrichment) cultures? Hence, the primary objective of this project is to investigate the role of Fe(III)-dependent AOM for As mobilization within the Red River Delta. To accomplish this, we will employ biogeochemistry tools and biomolecular analysis (including omics). The project is organized into six work packages (WPs). Field campaigns will be conducted in WPs 1 and 4 for sample collection, followed by the characterization of geochemical parameters and microbial communities in groundwater and sediments. WPs 2 and 5 will focus on isolating Fe(III)-dependent AOM microorganisms, characterizing their substrate profiles, and elucidating the metabolic pathways and gene expression profiles of (pure or enrichment) cultures. WPs 3 and 6 will quantify the rates of CH4 oxidation under various geochemical conditions and perform metagenomic (and, if feasible, metatranscriptomic) analyses on selected sediment samples to identify the dominant and active metabolic pathways influencing As mobilization at the field sites. We anticipate that the outcomes of this project will elucidate the significance of Fe(III)-dependent AOM leading to As mobilization and contribute to our understanding of the global methane sink by Fe(III)-dependent AOM microorganisms. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1138907

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/540514573 (Webseite)

Status

Aktiv

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