Sonderforschungsbereich (SFB) 1076: Forschungsverbund zum Verständnis der Verknüpfungen zwischen der oberirdischen und unterirdischen Biogeosphäre

Description: Die Critical Zone (CZ) ist die poröse Haut der Erde, wo Luft, Wasser und Gestein sich überschneiden und mit dem Leben interagieren. Sie wird Critical Zone genannt, weil wir Menschen in ihr leben und von ihren Ressourcen abhängig sind, von sauberem Wasser bis hin zur Nahrungsmittelproduktion und Klimaregulierung. Die CZ erstreckt sich von der Vegetation durch den Boden bis zum verwitterten Gestein und zum Grundwasser in Hunderten von Metern Tiefe und ist durch Flüssigkeitsströmung und Stofftransport miteinander verbunden. Umweltverschmutzung, Landnutzung und Klimawandel verändern zunehmend die oberirdischen Lebensräume der CZ, aber wir verstehen die Folgen für die tiefe Biosphäre nicht. Das Hauptziel des SFB AquaDiva ist unser Verständnis zu erweitern, wie Wasser (Aqua) oberirdische und unterirdische Lebensräume verbindet, und wie lokale Geologie und Oberflächenbedingungen die funktionelle Diversität (Diva) der unterirdischen Lebensräume bestimmen. In der ersten Förderperiode haben wir das "Hainich Critical Zone Exploratory" (CZE) eingerichtet, das zwei Grundwasserstockwerke entlang eines ~6 km langen Hangtransekts in abwechselndem Kalk- und Mergelgestein umfasst. Oberflächen- und Grundwassereigenschaften wurden mittels Geochemie, Isotopenmessungen und einer Reihe von "Omics"-Ansätzen zur Katalogisierung des unterirdischen Lebens, einschließlich Bakterien, Archaeen, Pilze, Viren und Grundwasserfauna, analysiert. Genomische Informationen wurden mit aktiven Proteinen (Proteom), Stoffwechselprodukten (Metabolom, Gase) und gezielten Untersuchungen von Kolloiden und gelöster organischer Substanz (DOM) verknüpft. Alle methodischen Ansätze identifizierten übereinstimmend sechs verschiedene Grundwasserzonen. Während der zweiten Förderperiode zielte unsere Forschung darauf ab, die Mechanismen aufzuklären, wie sich diese Zonen entwickelt haben, indem wir Isotopenanalysen und Modelle einsetzten, um den Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf mit mikrobiellen Gemeinschaften zu verknüpfen. Darüber hinaus richteten wir das „Saale-Elster-Sandsteinplatte Observatory“ (SESO) in saurem Sandsteingestein mit ähnlicher Landnutzung als geologischen Kontraststandort ein. In der dritten Förderperiode werden wir unsere Beobachtungen generalisieren und die riesige Menge an Informationen synthetisieren, um (1) biotische und chemische "Fingerabdrücke" spezifisch für Oberflächeneigenschaften zu erstellen und zu zeigen, wie diese Oberflächensignale transportiert und transformiert werden auf ihrem Weg zum Grundwasser, und (2) zu untersuchen, wie sich zeitliche Variationen der Oberflächeneinträge auswirken. Der Vergleich der kontrastierenden Geologie ermöglicht es uns, unsere Konzepte zu verallgemeinern und Vorhersagen über die Reaktion der tiefen Biosphäre auf Szenarien des Klimawandels und die Folgen für die Wasserressourcen zu entwickeln. Schließlich werden wir die massiven Infrastrukturinvestitionen und Datensätze als Plattformen für die internationale CZ-Forschung sichern.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Hainich ? Main ? Bodenvegetation ? Vegetation ? Geochemie ? Nahrungsproduktion ? Biologie ? Kolloid ? Organisches Material ? Szenario ? Chemie ? Bakterien ? Gasförmiger Stoff ? Agrarwissenschaften ? Geologie ? Grundwasserleiter ? Grundwasserstockwerk ? Haut ? Stickstoffkreislauf ? Umweltverschmutzung ? Virus ? Pilz ? Grundwasser ? Flächennutzung ? Klimafolgen ? Grundwasserfauna ? Terrestrische Biosphäre ? Biosphäre ? Geowissenschaften ? Investition ? Landwirtschaft ? Wasserressourcen ? Gestein ? Forstwirtschaft ? Klimaregulierung ? Forstwissenschaften ?

Region: Thuringia

Bounding boxes: 11° .. 11° x 50.91667° .. 50.91667°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Finanzielle Förderung)
• Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Gruppe Lebenswissenschaften 1: Molekulare und Organismische Biologie (Mitwirkung)
• Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Geowissenschaften (Mitwirkung)
• Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Geowissenschaften, Lehrstuhl für Angewandte Geologie (Mitwirkung)
• Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH (Mitwirkung)
• Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Department Molekulare Systembiologie (Mitwirkung)
• Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Department Umweltmikrobiologie (Mitwirkung)
• Leibniz-Institut für Photonische Technologien e.V. (Mitwirkung)
• Max-Planck-Institut für Biogeochemie (Mitwirkung)
• Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Abteilung Biogeochemische Prozesse (Mitwirkung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)
• Universität Jena, Institut für Biodiversität, Lehrstuhl Aquatische Geomikrobiologie (Projektverantwortung)
• Universität Jena, Institut für Geowissenschaften, Lehrstuhl für Hydrogeologie (Mitwirkung)
• Universität Jena, Institut für Germanistische Sprachwissenschaft (Mitwirkung)
• Universität Jena, Institut für Informatik, Professur für Bioinformatik für Hochdurchsatzverfahren (Mitwirkung)
• Universität Jena, Institut für Organische Chemie und Makromolekulare Chemie (IOMC) , Lehrstuhl für Organische Chemie II, Arbeitsgruppe Schubert (Mitwirkung)
• Universität Jena, Institut für Ökologie, Professur Ökologie (Mitwirkung)
• Universität Leipzig, Deutsches Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung Halle-Jena-Leipzig (Mitwirkung)
• Universität Potsdam, Institut für Geowissenschaften, Lehrstuhl für Mathematische Hydrologie (Mitwirkung)

Time ranges: 2013-01-01 - 2025-12-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Special research area (SFB) 1076: Understanding the Links between Surface and Subsurface Biogeosphere
  Description: The Critical Zone (CZ) is the Earth's porous skin where air, water, and rock intersect and interact with life. It is critical because this is the zone where humans live, and we depend on its resources, from clean water to food production and climate regulation. The CZ extends downward from the vegetation through soil to the subsurface, including deep soil, weathered rock, and groundwater, hundreds of meters deep. Although these different compartments are connected by fluid flow and matter transport, they are mostly studied separately. Pollution, land-use, and climate change increasingly impact and alter CZ's surface compartments, but we do not understand the consequences for the subsurface. The principle aim of the CRC AquaDiva is to increase our understanding of how water (Aqua) links surface and subsurface and how local geology and surface conditions set subsurface functional diversity (Diva) and ecology. In the first funding period, we established the Hainich Critical Zone Exploratory (CZE), which encompasses two main aquifer assemblages along a ~6 km hillslope transect in alternating limestone–mudstone rock. The CRC projects characterized distinct surface and groundwater properties, from geochemical and isotope measurements to a suite of 'omics' tools to catalog subsurface life, including bacteria, archaea, fungi, viruses, and groundwater fauna. Genomic information was linked to active proteins (proteome), products (metabolome, gases), and targeted investigations of the chemistry of colloids and dissolved organic matter (DOM). Together, these very different analyses identified six distinct groundwater zones. During the second funding period, our main research targeted understanding how these zones developed and are sustained, applying isotopic tools and developing models to better link the cycling of carbon and nitrogen to microbial community and environment. In addition, we established the Saale-Elster-Sandsteinplatte Observatory (SESO) in acidic sandstone rock with similar surface land cover as a contrasting geological site, and made initial observations. With the third funding period of the CRC AquaDiva, we propose to expand observations at SESO and synthesize the vast amount of information from the Hainich CZE to (1) produce a suite of biotic and chemical "fingerprints" specific to surface properties or biotic processes that indicate how signals are transported and transformed as they transit the unsaturated zone ('aeration zone') into aquifers and (2) investigate how temporal variations in surface inputs alter the subsurface and how this feeds back to influence surface conditions. We will use models and comparison of the contrasting geologic settings to generalize our concepts and to develop predictions about the response of subsurface life to climate change scenarios and the consequences for water resources. Finally, we will secure the massive infrastructure investments and data sets as platforms for international CZ research.In the first phase, a suite of biotic and chemical “fingerprints” specific to surface properties or biotic processes were developed to indicate how signals are transported and transformed as they transit the unsaturated zone into aquifers. We investigated the role of temporal variations and extremes in surface inputs of water and matter impacting the subsurface. Important and surprising results demonstrate dramatic spatial differences in how surface and subsurface are coupled. Based on results of hydrochemistry and omics technologies, we identified several distinct biogeochemical zones that reflect differences in geology, structure, fluid flow, and land-use in their respective recharge areas. In the second phase of the CRC AquaDiva, we will move from characterization of differences to explaining how they evolve. Our plan to link observations to biogeochemical fluxes provides the chance to understand the ecology of the subsurface, especially how subsurface biota in turn shape their environment an https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1113901

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/218627073 (Webseite)

• Webseite zum Förderprojekt

  https://www.aquadiva.uni-jena.de/ (Webseite)

Status

Aktiv

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