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Dissolved methane concentration variability along freshwater-sea continuum at Heligoland, Southern North Sea, 2021

The dataset is about temporal variability of dissolved methane along the freshwater-sea continuum in northern Germany. Sensors were installed at fixed stations at in total three sites at different water depths. This dataset is from the station in Heligoland (54.1833 N, 7.8667 E) at about 9-12m depth (depending on the tide). The data was obtained between 27 April and 28 October in high frequency measurements (1 min) with a methane sensor from Kongsberg (4H Jena model CONTROS HydroC CH4,). Methane concentrations were calculated according to manufacturer's instructions, based on temperature and salinity values from UW-node Heligoland (Fischer, Philipp; Happel, Lea; Brand, Markus; Eickelmann, Laura; Lienkämper, Miriam; Bussmann, Ingeborg; Anselm, Norbert; Brix, Holger (2022): Hydrographical time series data of Helgoland, Southern North Sea, 2021. PANGAEA, https://doi.org/10.1594/PANGAEA.950173). A gap in the salinity data was replaced with the median value of the observed time span (31.66). For the quality control of the data a local range of 0.1 – 1000 nmol/L was set, a technical range for the pump power 2 – 8. Watt, a spike and gradient value of 1. For a more detailed description see the article cited in References.

Führt eine gesteigerte Siliziumverfügbarkeit zu eine Erhöhung der Mineralisierung von organischem Material in Niedermooren?

Silizium (Si) spielt eine wichtige Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf. Die Si-Verfügbarkeit in Ökosystemen ist dabei sehr unterschiedlich, abhängig von Ökosystemtyp, Ausgangsgestein, Vegetation und weiteren Faktoren. Aktuelle Forschung hat gezeigt, dass die Si-Verfügbarkeit entscheidend für Nährstoffgehalt und Nährstoffstöchiometrie von pflanzlicher Streu ist; besonders deutlich ist dieser Zusammenhang in Gräser-dominierten Systemen. Bedeutend in dem Zusammenhang ist eine gesteigerte Abbaurate von organischem Material bei gesteigerter Si-Verfügbarkeit. Pflanzenstreu mit geringen Nährstoffgehalten wird bekanntermaßen langsamer abgebaut als nährstoffreiche Streu. Allerdings konnte kürzlich gezeigt werden, dass nährstoffarme Streu mit hohen Si-Gehalten schneller abgebaut wird als nährstoffreiche Streu mit wenig Si. Dabei wurde gleichzeitig durch die Erhöhung des Si-Gehaltes der Streu die Biomasse der abbauenden Pilze stark reduziert. Dies beweist die Bedeutung von Si für den Kohlenstoffkreislauf und die mikrobielle Abbaugemeinschaft in von Gräsern dominierten Ökosystemen. Niedermore, als wichtige Kohlenstoffspeicher und bedeutende Treibhausgas-emittenden, sind solche von Gräsern dominierten Ökosysteme mit einem potentiell hohen Einfluss von Si auf den Kohlenstoffkreislauf. Eine Vorabstudie, welche den Einfluss von Si auf den Kohlenstoffkreislauf in einem Niedermoor untersuchte, zeigte eine verstärkte Respiration mit einer Vordopplung der Methangehalte im Torfkörper auf Si gedüngten Flächen. Allerdings wurde gleichzeitig zu den erhöhten Respirationsraten auch ein Anstieg der Phosphorgehalte (P) in der Bodenlösung gemessen. Eine Erhöhung des verfügbaren P führt bekanntermaßen ebenfalls zu einer Erhöhung der Respiration. Das Ziel des beantragten Projektes ist die direkten Effekte von Si auf den Kohlenstoffkreislauf von den indirekten Effekten (durch die Si bedingte P-Mobilisierung) zu trennen und eine Quantifizierung beider Prozesse vorzunehmen. Unsere Hypothesen sind (i) eine höhere Si Verfügbarkeit führt zu einer Steigerung der Respiration organischer Substanz (Torf), durch (ii) direkte Si-Effekte und indirekte Si-Effekte durch eine Steigerung der P-Verfügbarkeit, (iii) die Steigerung der Respiration durch Si wird vorrangig durch Bakterien als durch Pilze erzielt und (iv) eine Steigerung der Si Verfügbarkeit führt zu einer Steigerung von P und N Verfügbarkeit, Umsatz und Aufnahme durch Pflanzen und damit zu labilerer Streu. Die Mechanismen zu verstehen auf welche Weise Si den Kohlenstoffkreislauf in Niedermooren beeinflusst ist ein wichtiger Teil eines verbesserten Verständnisses des terrestrischen Kohlenstoffkreislaufs.

Dissolved methane concentration variability along freshwater-sea continuum at Cuxhaven, northern Germany, 2021

The dataset is about temporal variability of dissolved methane along the freshwater-sea continuum in northern Germany. Sensors were installed at fixed stations at in total three sites at different water depths. This dataset is from the station in Cuxhaven (53.8771 N, 8.7048 E) taken at about 2-7m depth (depending on the tide). The data was obtained between 11 April and 28 August 2021 in high frequency measurements (1 min) with a methane sensor from Kongsberg (4H Jena model CONTROS HydroC CH4). Methane concentrations were calculated according to manufacturer's instructions, based on temperature and salinity values from COSYNA Container Cuxhaven. For the quality control of the data a local range of 0.1 – 1000 nmol/L was set, a technical range for the pump power 2 – 8 Watt, a spike and gradient value of 1. Due to heavy biofouling the external pump of the sensor failed, resulting in data gaps. For a more detailed description see the article cited in References.

Methan-Hintergrundwerte im Grundwasser von Niedersachsen 1 : 500.000

Im Rahmen eines Verbundvorhabens (LBEG, BGR) wurden für die Hydrogeologischen Teilräume Niedersachsens Hintergrundwerte für gelöstes Methan im Grundwasser von Niedersachsen ermittelt. Die Hintergrundwerte von gelöstem Methan umfassen die Gehalte, welche sich unter natürlichen Bedingungen im Grundwasser einstellen. Methan wird im Grundwasser hauptsächlich in-situ durch Mikroorganismen gebildet und abgebaut. Die Karte zeigt farblich differenziert die Methan-Hintergrundwerte (90%-Perzentile) der unterschiedlichen Teilräume bzw. Teilraumgruppen. Detaillierte Informationen sind im GeoBericht 35 zu finden.

Methan-Hintergrundwerte im Grundwasser von Niedersachsen 1 : 500.000 (WMS Dienst)

Im Rahmen eines Verbundvorhabens (LBEG, BGR) wurden für die Hydrogeologischen Teilräume Niedersachsens Hintergrundwerte für gelöstes Methan im Grundwasser von Niedersachsen ermittelt. Die Hintergrundwerte von gelöstem Methan umfassen die Gehalte, welche sich unter natürlichen Bedingungen im Grundwasser einstellen. Methan wird im Grundwasser hauptsächlich in-situ durch Mikroorganismen gebildet und abgebaut. Die Karte zeigt farblich differenziert die Methan-Hintergrundwerte (90%-Perzentile) der unterschiedlichen Teilräume bzw. Teilraumgruppen. Detaillierte Informationen sind im GeoBericht 35 zu finden.

Dissolved methane concentrations, diffusive methane flux and Essential Ocean Variables (EOVs) in the German Bight in January 2024 (Sternfahrt 11)

In January 2024 a river flood by the Elbe and Weser resulted in very high discharge of freshwater into the German Bight. To follow this river, plume the RV Mya II cruised from Sylt and between Helgoland, Cuxhaven, Büsum. All instruments were set up in the MOSES laboratory container. Standard hydrographic parameters were determined with a pocket ferrybox running with ship's surface water supply. In addition, dissolved methane was determined continuously. We used a degassing unit which was using surface water from the ship's water supply. The gas mixture was subsequently analysed with a Greenhouse Gas Analyzer from LosGatos. Conversion to methane concentration was performed with water samples, from which the methane content was determined with gas chromatography. Atmospheric methane concentrations were obtained from the ICOS-station Helgoland. Wind speed was obtained from the ships meteorological system. The diffusive flux was calculated as outlined in the additional meta data description.

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

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.

Moisture, temperature and light modualte methane oxidation from dry riverbeds - A mesocosms experiment

In this study, under lab conditions (Jan-Apr 2022) in we examined how three key drivers of methane oxidation in soils also modulate methane oxidation (i.e. methanotrophy) in dry riverbed sediments: gravimetric water content (GWC, as proxy of moisture), temperature, and light quality and intensity. We measured potential methane oxidation rates (PMO) as proxy of methanotrophy across a gradient of GWC, temperature (10, 20 and 30ºC), and under different light conditions (green and growth light) from dry (8% GWC) and wet (100%GWC) sediments collected in early Spring 2022 in the Queich River in Offenbach an der Queich (Germany). We used incubation vials (125mL) with about 10 mL sediment and spiked it with 120uL of pure methane gas following Bodmer et al. (2020). Incubations lasted for a week (until methane concentrations were below detection limit) and we replicated each treatment level four times (except for 10ºC that had just three).

Dissolved methane concentration and diffusive flux near Sylt, North Sea in summer 2023

In July 2023 a cruise with RV Mya_II took place to investigate if the dredging of sand off Sylt influences the atmospheric and dissolved methane concentrations. With the ship's system water temperature and salinity was recoreded, as well as the wind speed. Atmospheric concentrations were measured with a LICOR trace gas analyzer. Dissolved methane was determined via a degassing system connected to a greenhouse gas analyzer as online measurements. Theses relative concentrations were converted to concentrations with water samples analyzed with gas chromatography.

Dissolved methane concentrations, diffusive methane flux and EOVs in the German Bight in February 2025 (Sternfahrt 13)

In continuation of the previous cruises (Sternfahrten) we covered a similar area with the RV Heincke. All instruments were set up in the MOSES laboratory container. Standard hydrographic parameters were determined with a pocket ferrybox running with ship's surface water supply. In addition, dissolved methane was determined continuously. We used a degassing unit which was using surface water from the ship's water supply. The gas mixture was subsequently analysed with a Greenhouse Gas Analyzer from LosGatos. Conversion to methane concentration was performed with water samples, from which the methane content was determined with gas chromatography. Atmospheric methane concentrations were obtained from the ICOS-station Helgoland. Wind speed was obtained from the ships meteorological systems. The diffusive flux was calculated as outlined in the additional meta data description.

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