Bedeutung und Umweltverhalten von methylthiolierten Arsenaten in Geothermalwässern

Description: Geothermalwässer sind eine der wichtigsten Quellen im geochemischen Arsen-Kreislauf. Untersuchungen konzentrieren sich häufig auf Arsenit und Arsenat, die sich nach dem Austritt aus Geothermalquellen weit ausbreiten und z.B. die Qualität von Trinkwasser-Aquiferen negativ beeinflussen können. Erst kürzlich wurde gezeigt, dass nicht Arsenit und Arsenat, sondern Thioarsenate (AsVSnO4-n3-; n = 1 - 4), die sich aus Arsenit und reduziertem Schwefel bilden, die häufigsten Arsenspezies an Geothermalquellen sind. Allerdings ist deren Ausbreitung durch Reaktivität gegenüber Sauerstoff begrenzt. Für das vorliegende Projekt postulieren wir, dass Methylierung ein viel häufigerer Prozess an Geothermalquellen ist als bisher angenommen und dass methylthiolierte Arsenate signifikanten Anteil am Gesamtarsengehalt haben, v.a. bei leicht saurem pH und hohen Gehalten an Sulfid und gelöstem organischem Kohlenstoff. Wir postulieren weiter, dass methylthiolierte Arsenate im Vergleich zu anorganischen Thioarsenaten geringere abiotische und mikrobielle Umwandlungen zeigen und im Vergleich zu Arsenit und Arsenat geringere und langsamere Sorption an Eisenminerale und organische Substanz. All dies würde zu einem potentiell hohen Austrag aus Geothermalgebieten führen. Um unsere Hypothesen zu testen, werden wir an zwei Geothermalgebieten in China (Rehai, Yunnan und Daggyai, Tibet) Arsenspezies an den Quellen bestimmen und ihre Umwandlung entlang der natürlichen Abflusskanäle sowie in on-site Inkubationsstudien verfolgen. Wir werden dabei auch klären, welche anderen abiotischen oder biotischen Faktoren zur Arsenspeziesumwandlung beitragen. Im Labor werden wir methylthiolierte Arsenate synthetisieren und ihre Bildung und Stabilität unter verschiedenen S/As Verhältnissen, Temperaturen, pH und in Anwesenheit von Oxidationsmitteln untersuchen. Desweiteren werden wir Ausmaß und Kinetik von Sorption an häufig vorkommenden Eisenmineralen (Ferrihydrit, Goethit, Mackinawit, Pyrit) und an einer organischen Modelsubstanz untersuchen. Um natürliche Bedingungen besser abzubilden, werden wir das Sorptionspotential für methylthiolierte Arsenate auch an natürlichen Sedimenten von Geothermalquellen und ihren Abflusskanälen bestimmen. Das Projekt wird in enger Zusammenarbeit zwischen Prof. Dr. Britta Planer-Friedrich (Deutschland), Expertin für Thioarsenchemie und -analytik, und Prof. Dr. Qinghai Guo (China), Experte für Geothermalwasserchemie, durchgeführt. Die Zusammenarbeit schliesst gemeinsam betreute Promotions- und Masterarbeiten ein, gemeinsame Geländearbeiten in China und Laborarbeiten in Deutschland, ein kickoff meeting in Deutschland sowie ein Abschlusstreffen in China. Das übergeordnete Ziel des Projekts ist es, ein neues Modell für die Bildung, den Transport und die Umwandlung von Arsenspezies in Geothermalgebieten zu entwickeln sowie das mögliche Vorkommen von methylthiolierten Arsenaten auch für andere natürliche Systeme vorhersagen zu können.

SupportProgram

Tags: Arsenat ? Gelöster organischer Kohlenstoff ? Sulfid ? Geochemie ? Oxidationsmittel ? Sauerstoff ? Schwefel ? Deutschland ? China ? Tibet ? Eisenerz ? Methylierung ? On-Site-Verfahren ? Temperatur ? Abiotischer Faktor ? Biotischer Faktor ? Hydrochemie ? Hydrogeologie ? Limnologie ? Siedlungswasserwirtschaft ? Sorption ? Sediment ? Hydrologie ? Zusammenarbeit ? Umweltverhalten ? Analytik ? Integrierte Wasser-Ressourcen Bewirtschaftung ? Pyrit ?

Region: Bayern Bayern

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License: Creative Commons Namensnennung-keine Bearbeitung-Nichtkommerziell 4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Finanzielle Förderung)
• National Natural Science Foundation of China (Mitwirkung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)
• University of Geosciences Wuhan (Mitwirkung)
• Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften - Umweltgeochemie (Projektverantwortung)

Last harvest: 01.09.2026 01:26

Time ranges: 2019-01-01 - 2026-09-14

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Relevance and environmental fate of methylthiolated arsenates in geothermal waters
  Description: Geothermal waters are one of the most important sources in the geochemical arsenic cycle. Investigations typically cover arsenite and arsenate, which can travel considerable distances from a hot spring discharge with negative impact on downstream sediments, rivers, or groundwaters used as drinking water. Lately, it has been shown that thioarsenates (AsVSnO4-n3-; n = 1 - 4) which form from arsenite and reduced sulfur can dominate geothermal arsenic speciation. Their long-distance transport, however, is likely limited by their reactivity towards oxygen. Here, we postulate that methylation is a much more common process at geothermal springs than currently assumed and that methylthiolated arsenates can contribute significantly to total arsenic, especially at slightly acidic pH, high sulfide and dissolved organic carbon concentrations. We further postulate that compared to inorganic thioarsenates, methylthiolated arsenates are less susceptible to abiotic and microbially mediated species transformation and that compared to arsenite and arsenate they show less and slower sorption to iron mineral phases and natural organic matter, enhancing their mobility in the environment and long-distance impact away from geothermal sources. To test our hypotheses, we will carry out field studies at two geothermal areas in China (Rehai, Yunnan and Daggyai, Tibet) investigating arsenic speciation at the geothermal vents and following their fate and transformation along natural drainage channels as well as in on-site incubation studies. We will identify other abiotic or biotic factors contributing to arsenic species transformation. In the laboratory, we will synthesize methylthiolated arsenates and study their formation and stability varying S/As ratios, temperatures, pH, and presence and amount of oxidizing agents. We will further study sorption extent and kinetics on commonly occurring iron mineral phases (ferrihydrite, goethite, mackinawite, pyrite) and a model natural organic matter compound in batch experiments. Adding complexity, we will identify the mineralogical and chemical compositions of sediments in the hot spring vents and their outflow channels and determine their sorption potential for methylthiolated arsenates. The study will be carried out in close cooperation between Prof. Dr. Britta Planer-Friedrich (Germany), an expert in thioarsenic chemistry and analytics, and Prof. Dr. Qinghai Guo (China), an expert in geothermal water geochemistry. Cooperation includes co-supervised PhD and MSc students, joint field trips in China, and joint lab experiments in Germany. A kickoff meeting in Germany and a closing workshop in China will frame the project. The overall output of the present proposal will be to derive a new model for geothermal arsenic species formation, transport, transformation, and fate, illustrate the importance, and predict occurrence of methylthiolated arsenates also in other environments.
  URL: https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1083691

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/410123522 (Webseite) ✓

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Aktiv

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