Le funzioni degli ecosistemi dominati dall'acqua possono essere notevolmente influenzate e modificate dalle fluttuazioni idrologiche. I vari stati delle sostanze redox-attive sono di cruciale importanza qui. Lo hanno scoperto i ricercatori dell'Università di Bayreuth, in collaborazione con partner delle Università di Tubinga e Bristol e del Centro Helmholtz per la ricerca ambientale, Halle-Lipsia. Presentano la loro scoperta sul giornale Geoscienze naturali . Il nuovo studio consente una comprensione più precisa dei processi biogeochimici che contribuiscono alla degradazione degli inquinanti e alla riduzione delle emissioni di gas serra.

Ridurre la produzione di gas serra, immagazzinare carbonio, rimozione di inquinanti ambientali come nitrati, e fornire acqua potabile di alta qualità:questi sono servizi importanti forniti dagli ecosistemi acquatici, come i laghi, flussi, paludi, e paludi. Le funzioni di tali ecosistemi acquatici sono strettamente legate ai cicli dell'ossigeno, azoto, carbonio, e altri elementi della natura. È noto da tempo che i cicli elementali sono processi biogeochimici interconnessi che possono essere significativamente influenzati dalle fluttuazioni idrologiche. Ne sono un esempio le fluttuazioni del livello dell'acqua delle zone umide, torbiere, e acque sotterranee, o anche cambiare la direzione del flusso nelle acque sotterranee.

Il team di ricerca guidato dal Prof. Dr. Stefan Peiffer dell'Università di Bayreuth è ora riuscito a comprendere in modo più preciso la dipendenza dei cicli degli elementi dalle fluttuazioni idrologiche. Come hanno dimostrato numerosi studi di laboratorio, le sostanze attive redox hanno una funzione chiave in questo. "Chiunque abbia mai arrancato in una palude o frugato nella sabbia di un lago balneabile avrà notato queste sostanze a causa della loro varietà di colori. In uno spazio molto ristretto, le sfumature di colore si alternano dal nero profondo al grigio e dal marrone al rosso chiaro. Ciò che sta dietro a questo è un'interazione di processi microbiologici e chimici in cui vengono trasferiti gli elettroni. Nella ricerca, le chiamiamo reazioni redox, "dice Peiffer.

Una forma relativamente semplice di reazione redox è la respirazione nell'uomo e negli animali. Il carbonio viene ossidato dall'ossigeno per formare anidride carbonica. Nelle reazioni di ossidoriduzione microbiche che avvengono in una palude, Per esempio, il ruolo dell'ossigeno è assunto da una varietà di sostanze redox-attive:ferro, zolfo, e composti di manganese o sostanze umiche. La durata della vita di queste sostanze è molto breve, ma mostrano una tendenza molto forte a impegnarsi in reazioni redox. Sono quindi chiamate "fasi metastabili redox-attive" (RAMP). A causa della loro elevata reattività, Le RAMP svolgono un ruolo importante nei cicli elementari negli ecosistemi. Per esempio, sono in grado di degradare inquinanti come nitrati o vari altri prodotti chimici organici.

Uno dei motivi della breve durata delle RAMP è il costante cambiamento tra le condizioni di donazione di elettroni e di accettazione di elettroni. Lo studio, pubblicato in Geoscienze naturali , giunge a una conclusione decisiva per la ricerca ecologica e ambientale. La dinamica della reattività redox delle RAMP è innescata dalle fluttuazioni idrologiche che si verificano nelle zone costiere, nelle zone umide, in terreni impregnati d'acqua, nei suoli risicoli o sulla superficie dei sedimenti in laghi e fiumi. Queste reazioni biogeochimiche su piccola scala, a sua volta, influenzare le reazioni su larga scala dell'ecosistema, Per esempio, la quantità di gas serra immessi nell'atmosfera. Questo rende comprensibile per la prima volta come le fluttuazioni idrologiche, per esempio fluttuazioni del livello dell'acqua, influenzare i cicli elementali in natura, e quindi il funzionamento degli ecosistemi.

"Il nostro studio mostra che le reazioni biogeochimiche su una scala di pochi micrometri costituiscono un importante nodo cruciale tra due processi su larga scala:tra le fluttuazioni idrologiche da un lato, e le funzioni dell'ecosistema dall'altro. Le nostre nuove scoperte aiuteranno quindi a prevedere meglio il degrado degli inquinanti negli ecosistemi acquatici in futuro. Le conseguenze del cambiamento climatico per la conversione del carbonio e dell'azoto in questi ecosistemi potranno essere valutate in modo più accurato anche in futuro, "dice Peiffer.