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Die Akkumulation von Methan (CH4) in sauerstoffhaltigen Wasserschichten wurde kürzlich für viele Binnengewässern und Ozeangebiete beschrieben. In unserem DFG-Projekt Aquameth (GR1540/21-1) haben wir daher die wichtigste Literatur in einem Review zusammengefasst und die möglichen Mechanismen für dieses Phänomen im Stechlinsee evaluiert. Indem wir ein online System für CH4 Messungen entwickelt haben, konnten wir die enge Kopplung der räumlich-zeitlichen Dynamik von Algen (z.B. Blaualgen und Cryptophyten) und CH4 in den oxischen Wasserschichten des Sees zeigen. Obwohl der vor kurzem beschriebene Methylphosphonat-Metabolismus im See vorkommt, haben wir zahlreiche Hinweise, dass Algen das CH4 während der Photosynthese direkt produzieren. Jedoch sind die genauen Mechanismen sowie der Anteil des im sauerstoffreichen Wasser gebildeten CH4 am gesamten CH4 Fluss in die Atmosphäre unklar. Durch die Kombination der Expertise von zwei etablierten Arbeitsgruppen, die sich ideal ergänzen, möchten wir die genaue Chemie und Biologie der CH4 Bildungs- und Oxidations-prozesse untersuchen, um die Rolle von Seen für den regionalen und globalen CH4 Kreislauf besser zu verstehen. Daher soll das komplette CH4 Budget von zwei Seen detailliert quantifiziert werden, d.h. CH4-Quellen und -Senken werden mit einem Massenbalance-Ansatz untersucht und mit in situ Inkubationsexperimenten verknüpft. Unsere zwei ausgesuchten Seen (Stechlinsee und Willersinnweiher) repräsentieren zwei Hauptseentypen der gemäßigten Zone (tief/Nährstoff-arm und flach /Nährstoff-reich), die gut von beiden Institutionen untersucht und biogeochemisch charakterisiert wurden. In diesen Seen hängen die spezifischen Prozesse der CH4 Bildung, Akkumulation und Freisetzung in die Atmosphäre von dem komplizierten Wechselspiel von physikalischen, chemischen und biologischen Faktoren sowie bestimmten Organismen ab. Daher ist unser Hauptziel, dieses komplizierte Wechselspiel zwischen Umweltvariablen und den CH4 Prozessen und ihre globale Bedeutung zu entschlüsseln. Unser Hypothesen sind: (1) Die Methanproduktion ist direkt mit der Photosynthese verbunden und CH4 kann bei bestimmten Umweltbedingungen, z.B. Nährstofflimitation, direkt von photo-autotrophen Organismen gebildet werden. (2) Die Methanbildung ist von der -oxidation durch die räumlich-zeitliche Trennung der methanotrophen Aktivität in sauerstoffhaltigen Wasserkörpern entkoppelt. (3) Methan an der Temperatursprungschicht ist das Produkt aus einem komplizierten Wechselspiel von biologischen, chemischen und physikalischen Prozessen. (4) Die erhöhten CH4 Konzentration in der oberen oxischen Wasserschicht erleichtert den Gasaustausch mit der Atmosphäre. Obwohl die CH4 Anreicherung in den oberen Wasserschichten stark vernachlässigt wurde, könnte sie eine wichtige fehlende Verbindung im globalen CH4 Budget sein. Um diese Hypothesen zu überprüfen, sollen Feld- und Labormessungen gemeinsam durch beide Teams durchgeführt werden.
Im Rahmen des Projekts Chemie Interaktiv wurden bisher mehr als 100 verschieden umfangreiche Flash-Animationen zu etablierten (galvanische Zellen, NaCl-Synthese) und innovativen Fachinhalten (z.B. photogalvanischen Zellen, organischen Leuchtdioden, Photostationarität) konzipiert, programmiert, getestet und optimiert. Die Animationen erstrecken sich über kurze Flash-Folien, größere lineare und verzweigte Lernnetze bis hin zu sehr umfangreichen Hypermedia-Bausteinen mit integrierten Videos und interaktiven Aufgabenstellungen. Sie sind überwiegend auf Deutsch, zum Teil aber auch deutsch und englisch formuliert und so international einsetzbar. Die Flash-Animationen werden über den Server der Wuppertaler Chemiedidaktik und das dafür eingerichtete Internet Portal www.chemie-interaktiv.net veröffentlicht. Allein auf letzterem wurden pro Monat Daten von durchschnittlich 21 GB Transfervolumen aufgerufen, was einer Zahl von durchschnittlich 500 Dateien pro Tag entspricht (Erhebungszeitraum: Januar - Juni 2009) wobei es sich zu 80% um deutsche, zu 15% um österreichische und schweizerische Nutzer und zu 5% um Nutzer aus dem englischsprachigen Ausland handelt. Bildungsportale wie 'Lehrer-Online', der 'Hamburger Bildungsserver', der 'Landesbildungsserver Baden-Württemberg', der 'Hessische Bildungsserver', der 'deutsche Bildungsserver' u.a. haben inzwischen dazu Kurzkommentare, Beschreibungen und z.T. auch didaktische Erläuterungen auf ihren Internetseiten verfasst und die Elemente von Chemie Interaktiv durch entsprechende Hyperlinks mit ihren Homepages verknüpft. Ferner wurde im Rahmen des BMBF geförderten Projekts 'Naturwissenschaften entdecken' anlässlich des Wissenschaftsjahres 2009 - Expedition Deutschland ein Materialordner mit Handreichungen für Lehrkräfte zu Themen des Wissenschaftsjahres erstellt, in dem Medien aus dem Projekt Chemie Interaktiv veröffentlicht sind.
Die Forschung im Teilantrag P4 befasst sich mit den Einflüssen von Kulturpflanzen auf Prozesse und Raten der Denitrifikation in landwirtschaftlichen Böden. Diese Effekte konzentrieren sich auf Aktivitäten von Wurzeln, die erheblichen Einfluss auf die Bedingungen für Prozesse, Raten und Organismen der Denitrifikation ausüben. Die Wirkungen der Pflanzen werden systematisch nach vier Gruppen analysiert: Rhizodeposition, Stickstoffaufnahme durch Wurzeln, Wasseraufnahme und Wirkungen residualer Biomasse im Nach-Erntezeitraum. Da diese Wirkungen z.T. massive Verschiebungen in der Verfügbarkeit und im Verhältnis der Substrate verursachen, wird in die Stöchiometrie der Denitrifkationsprozesse eingegriffen, was u.a. zu Veränderungen im Verhältnis von N2O zu N2-Emissionen führt. Dies hat große Umweltrelevanz. In systematisch angelegten Mesokosmen-Versuchen mit Pflanzen sollen die genannten Wirkgruppen isoliert betrachtet werden. Neben der klassischen Online- und manuellen Spurengasanalytik werden 15N- und 13C-Markierungs- und Isotopomeransätze verwendet, um Gasflussraten und Produktstöchiometrie quantitativ zu erfassen und Pflanzenprozessen zuzuordnen. Angestrebt wird auch, die aus Isotopomeranalysen abgeleiteten Erkenntnisse zu verantwortlichen Organismen in Zusammenarbeit mit P2 zu verifizieren. Die Studien fließen in die Prozessparametrisierung der verschiedenen Modellebenen ein.