Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bodenbakterien beeinflussen die Luftreinigung

13.09.2013
Bakterien im Erdboden geben gasförmige salpetrige Säure direkt an die Luft ab

Ein internationales Team um Forscher des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz hat festgestellt, dass Bakterien in der obersten Bodenschicht beträchtliche Mengen Hydrogennitrit, besser bekannt als salpetrige Säure oder HONO, in gasförmiger Form an die Luft abgeben.


Eine starke HONO-Quelle: Aus Proben eines Ackerbodens in Finthen bei Mainz entweicht besonders viel salpetrige Säure, sobald dieser an der Oberfläche austrocknet. Periodische Feuchtigkeitsschwankungen durch Niederschläge kurbeln die bakterielle Produktion des Spurengases, das die Selbstreinigung der Atmosphäre beeinflusst, zusätzlich an.
© Robert Oswald

Das Gas zerfällt bei Licht rasch in Stickstoffmonoxid und Hydroxylradikale. Letztere reinigen die Luft, weil sie diverse Schadstoffe oxidieren und so beseitigen. Die Erkenntnisse des Forscherteams bieten eine Erklärung, warum in der Atmosphäre mehr HONO gemessen wird, als aus den bekannten Quellen zu erwarten wäre.

Bereits vor einiger Zeit wiesen Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Chemie nach, dass aus Bodenproben HONO, also salpetrige Säure, freigesetzt werden kann. Wie nun eine neue Studie des Mainzer Instituts zeigt, geben Bodenbakterien das Gas auch direkt an die Luft ab und beeinflussen damit die Reinigung der Atmosphäre und den globalen Stickstoffkreislauf.

„Gemeinsam mit Kollegen haben wir vor zwei Jahren herausgefunden, dass das Gas aus Böden entweicht“, erklärt Ivonne Trebs, Gruppenleiterin am Max-Planck-Institut für Chemie. Die Forscher schlussfolgerten damals, dass der Boden umso mehr HONO freisetzt, je mehr Nitrit-Ionen er enthält und je saurer er ist. Unter diesen Bedingungen bildet sich aus dem Nitrit salpetrige Säure, die gasförmig in die Luft gelangen kann. „Dieser einfache chemische Bildungsweg lag zwar nahe, ist aber bis dahin nicht berücksichtigt worden“, so Ivonne Trebs.

Robert Oswald und Michael Ermel, Doktoranden bei Ivonne Trebs, vermuteten bereits damals, dass Bakterien im Boden HONO auch direkt freisetzen können. Mikroben, die sich von Ammoniak ernähren und sich daher vor allem in neutralem bis leicht alkalischem Milieu wohl fühlen, sind zwar schon hinlänglich bekannt. Bisher dachten Mikrobiologen und Geoforscher jedoch, sie würden ihr Futter nur zu Nitrit umsetzen, das sich im Boden löst. Dass sie zudem auch Hydrogennitrit produzieren, das sie direkt an die Luft verströmen könnten, brachten dagegen erst die jungen Mainzer Forscher ins Spiel.

Um ihre Vermutung zu überprüfen, untersuchten die Wissenschaftler im Labor Bodenproben von 17 verschiedenen Ökosystemen. Die meisten Erdproben schickten ihnen befreundete Forschungsgruppen aus aller Welt nach Mainz. „Wir haben zum Beispiel Bodenproben von einem rheinhessischen Acker, aber auch aus einer Steinwüste in China und einem Eukalyptuswald in Australien untersucht“, sagt die Umweltwissenschaftlerin Trebs.

Globale HONO-Emissionen hängen mit NO-Emissionen zusammen

Für jede Bodenprobe bestimmten sie, wie viel HONO und wie viel Stickstoffmonoxid (NO) die Erde ausgast. Dass Bakterien auf unterschiedlichen Wegen NO erzeugen und abgeben, ist bereits bekannt. „Diese Emissionen sind weltweit recht gut erfasst, weil auch NO ein wichtiges Spurengas ist und bei vielen chemischen Reaktionen wie etwa der Ozon-Bildung in der Atmosphäre mitmischt“, erklärt Thomas Behrendt, der am Mainzer Max-Planck-Institut die NO-Emissionen von Böden misst. „Wir haben nun festgestellt, dass neutrale und alkalische Böden etwa genauso viel HONO abgeben wie NO, sodass wir aus den bekannten NO-Emissionen der Bodenbakterien auf ihre direkten HONO-Emissionen schließen können.“

Den entscheidenden Hinweis auf die direkte bakterielle HONO-Bildung brachte aber ein einfaches Experiment: Die Forscher verglichen natürliche Bodenproben mit Proben, in denen die Bakterien abgetötet wurden. Aus den unbehandelten Bodenproben entwich viermal so viel HONO wie aus den sterilisierten Böden. „HONO wird durch Bakterien gebildet, die in der obersten Bodenschicht sitzen und Ammoniak oxidieren“, sagt Michael Ermel. Zur Bestätigung stellte der Chemiker auch eine einfache Art künstlichen Boden aus Glasperlen her und gab Ammoniak-oxidierende Bakterien hinzu. Aus der Probe mit den Bakterien entwich viermal so viel HONO wie aus einer sterilen Vergleichsprobe, der die Forscher eine wässrige Nitrit-Lösung zusetzten.

Genauere Modelle der Atmosphärenchemie werden möglich

Den Messungen an den verschiedenen Bodenproben zufolge tritt am meisten salpetrige Säure aus einem Ackerboden aus, den die Forscher unweit von Mainz einsammelten. „Die Emissionen scheinen dann besonders groß zu sein, wenn die Erde abwechselnd mal feucht und mal trocken ist“, erklärt Robert Oswald. Die feuchten Phasen brauchen die Bakterien offenbar, um besonders aktiv zu werden. Auch unter diesen Bedingungen stellen die Bakterien salpetrige Säure her, die teils als Nitrit im feuchten Boden verbleibt und teils als HONO in die Atmosphäre übergeht. In trockenem Boden geben die Mikroben das Gas hingegen direkt an die Luft ab.

Dass Bodenbakterien salpetrige Säure direkt an die Luft abgeben und somit die Selbstreinigung der Atmosphäre beeinflussen, berücksichtigen Modelle der globalen Atmosphärenchemie bisher nicht. „Unsere Erkenntnisse werden dazu beitragen, die Genauigkeit dieser Modelle zu verbessern“, sagt Ivonne Trebs. So können die Forscher in Zukunft berücksichtigen, dass die bakterielle HONO-Quelle in vielen Regionen anders auf den Klimawandel und die zunehmende Trockenheit reagieren würde, als die bisher bekannten HONO-Emissionen. Künftige Untersuchungen dürften über solche Zusammenhänge noch mehr Klarheit bringen, so Ivonne Trebs: „Mit weiteren Labor- und Feldmessungen werden nun die global abgegebenen Mengen und die Details der HONO-Bildung im Boden bestimmt.“

Ansprechpartner

Dr. Ivonne Trebs
Max-Planck-Institut für Chemie, Mainz
Telefon: +49 6131 305-6401
E-Mail: i.trebs@­mpic.de
Robert Oswald
Max-Planck-Institut für Chemie, Mainz
Telefon: +49 6131 305-6402
E-Mail: robert.oswald@­mpic.de
Originalpublikation
R. Oswald, T. Behrendt, M. Ermel, D. Wu, H. Su, Y. Cheng, C. Breuninger, A. Moravek, E. Mougin, C. Delon, B. Loubet, A. Pommerening-Röser, M. Sörgel, U. Pöschl, T. Hoffmann, M.O. Andreae, F.X. Meixner und I. Trebs
HONO emissions from soil bacteria as a major source of atmospheric reactive nitrogen

Science, 13. September 2013; doi: 10.1126/science.1242266

Dr. Ivonne Trebs | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/7518897/bodenbakterien_hono_salpetrige_saeure

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Der steile Aufstieg der Berner Alpen
24.03.2017 | Universität Bern

nachricht Internationales Team um Oldenburger Meeresforscher untersucht Meeresoberfläche
21.03.2017 | Carl von Ossietzky-Universität Oldenburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise