CO2 impacts on microbial communities in different near-surface geosystems

verfasst von

Simone Gwosdz

betreut von

A. Schippers

Abstract

Anthropogene CO2 Emissionen sind während der vergangenen ~150 Jahre angestiegen. Dies führte zu einem Anstieg der CO2 Konzentration in der Atmosphäre und folglich zu schwerwiegenden Auswirkungen auf das weltweite Klima und den globalen Kohlenstoffkreislauf. Obgleich der technische Fortschritt im Bereich der Energieeffizienz, der erneuerbaren Energiequellen und Techniken der industriellen CO2 Abscheidung und Speicherung zu einer Verringerung von Treibhausgas Emissionen führte, die möglichen Auswirkungen der auch weiterhin ansteigenden CO2 Konzentrationen in der Atmosphäre auf den Kohlenstoffkreislauf an Land und im Meer sind auch weiterhin wenig verstanden. Die vorliegende Arbeit konzentrierte sich daher auf mögliche Veränderungen in den geochemischen Prozessen sowie in der mikrobiellen Aktivität, Abundanz und Gemeinschaftsstruktur oberflächennaher Geosysteme durch hohe CO2 Konzentrationen. Die Hauptziele dieser Arbeit waren (i) die Untersuchung CO2 induzierter Veränderungen in den geochemischen Prozessen, (ii) die Identifizierung mikrobieller Anpassungsmechanismen die zu Veränderungen in der mikrobiellen Gemeinschaft und ihrer Aktivität führen und (iii) die Identifikation möglicher Indikatorspezies. Hierfür wurden zwei dauerhafte, CO2 adaptierte Geosysteme untersucht (terrestrisch wie limnisch) sowie eine künstliche Anlage, in welcher CO2 kurzzeitig injiziert wurde. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Arbeit sind: (i) Der Nachweis, dass eine langfristige CO2 Exposition zu signifikanten Veränderung im Pflanzenbestand und -Wuchs sowie in den geochemischen Prozessen führte. Dies beinhaltete u.a. die Versauerung des Bodens/Sediments (bzw. Porenwassers), einen Anstieg der Bodenfeuchte sowie die Verwitterung des Bodens. (ii) Das eine langfristige Exposition mit hohen CO2 Konzentrationen zu einer Verschiebung hin zu anaeroben, säuretoleranten bis säureliebenden Methanogenen und Autotrophen führt. Die vorherrschenden Taxa der Archaea wurden hierbei den Methanomicrobia (Euryarchaeota), Thermoprotei (Crenarchaeota) und Pacearchaeota zugeordnet. (iii) Geosysteme, die langfristig hohen CO2 Konzentrationen ausgesetzt waren machten die Bedeutung von Chloroflexi als mögliche bakterielle Indikatorspezies deutlich. Diese besonders abundanten Chloroflexi Spezies sind mit hoher Wahrscheinlichkeit am anaeroben Abbau organischen Materials sowie an der CO2 Fixierung beteiligt. (iv) Eine kurzzeitige CO2 Injektion über einen Zeitraum von 24 Monaten zeigte keine signifikanten geochemischen oder mikrobiologischen Veränderungen. Es wurden keine signifikanten Veränderungen in den mikrobiellen CO2 und CH4 Umsatzraten zwischen CO2 exponierten Proben und Referenzproben festgestellt. Auch die mikrobielle Abundanz und Gemeinschaftsstruktur blieb unverändert. (v) Einen möglichen CO2 Schwellenwert für signifikante d.h. nachweisbare Veränderungen im Ökosystem betreffend, legen die Ergebnisse aller untersuchten Geosysteme nahe, dass eine CO2 Konzentration ab 50% als kritisch eingestuft werden kann. Konzentrationen darunter führten in der vorliegenden Arbeit zu keinen signifikanten geochemischen und mikrobiologischen Veränderungen.

Organisationseinheit(en)

Institut für Mikrobiologie

Typ

Dissertation

Anzahl der Seiten

100

Publikationsdatum

2018

Publikationsstatus

Veröffentlicht

Ziele für nachhaltige Entwicklung

SDG 7 – Erschwingliche und saubere Energie, SDG 13 – Klimaschutzmaßnahmen, SDG 15 – Lebensraum Land

Elektronische Version(en)

https://doi.org/10.15488/3466 (Zugang: Offen)