Erforschung der Ozeanversauerung

Promotionspreis für Jens Daniel Müller

Die Wasserchemische Gesellschaft, eine Fachgruppe der Gesellschaft Deutscher Chemiker, hat auf ihrer Tagung „Wasser 2019“ einen ihrer beiden Promotionspreise an Dr. Jens Daniel Müller vom Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) verliehen. Sie würdigte damit Müllers Arbeiten zur Erforschung der Ozeanversauerung.

Jens Müller freut sich über den Promotionspreis der Wasserchemischen Gesellschaft, der heute im Rahmen der Jahrestagung "Wasser 2019" der Gesellschaft Deutscher Chemiker verliehen wurde. © IOW / K. Beck

Jens Daniel Müllers Wissenschaft ist die Kohlendioxid-Forschung. Das Klimagas ist nicht nur Hauptverursacher der weltweiten Klimaänderung. Es verursacht, wenn es in die Meere gelangt, auch „das andere CO2-Problem“ – die Ozeanversauerung. CO2 löst sich im Meerwasser, bildet Kohlensäure und setzt so Wasserstoff-Ionen frei, die zur Versauerung führen. Die pH-Absenkung beeinflusst fast alle biochemischen und biologischen Prozesse im Meer.

Obwohl die Ozeanversauerung bereits seit rund 20 Jahren erforscht wird, ist ihre Beobachtung schwierig: Aus Langzeit-Messreihen weiß man, dass sich der pH-Wert im offenen Ozean jährlich nur um ca. 0,002 Einheiten vermindert. Um solch geringe Veränderungen zu erfassen, hat sich in der Ozeanographie die optische pH-Messung etabliert. Sie beruht auf der Zugabe des Farbstoffs m-Kresolpurpur zur Wasserprobe und dessen pH-abhängigen Farbumschlag von Violett nach Gelb. Die Farbigkeit kann mit einem Photometer äußerst exakt bestimmt und in Abhängigkeit von Salzgehalt und Temperatur in pH-Einheiten umgerechnet werden.

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Doch in der Ostsee ließ sich in den Daten der letzten 20 Jahre kein Versauerungstrend feststellen. Müller ging der Frage nach den möglichen Ursachen auf den Grund: Gibt es tatsächlich keinen abnehmenden pH-Trend in der Ostsee oder ist die Datenqualität hinsichtlich der Messgenauigkeit unzureichend? Mittels umfangreicher Analysen zur Alkalinität, also zum Säurebindungsvermögen des Meerwassers, konnte Müller zeigen, dass es in der Ostsee tatsächlich Prozesse gibt, die der Versauerung entgegenwirken. Seit 1995 stieg die Alkalinität an, wahrscheinlich bedingt durch kontinentale Gesteinsverwitterung, deren Produkte durch Flüsse in die Ostsee gewaschen werden. Ob der Alkalinitätsanstieg jedoch anhält und eine Versauerung weiterhin abpuffern kann, ist unbekannt. „Um das zu erfassen, müssen wir ausschließen können, dass ein Versauerungsnachweis an Methodenungenauigkeit scheitert“, erläutert Müller. Denn bei Ostsee-Routine-Untersuchungen wird der pH-Wert bislang mit Glaselektroden gemessen, deren Messfehler zu groß ist, um Versauerungstrends sicher nachzuweisen.

„Wir haben deshalb die optische pH-Messmethode, die bislang nur bei Salzgehalten zwischen 20 und 40 anwendbar war, so weiterentwickelt, dass sie auch im Ostsee-Brackwasser bei geringer Salinität von 5 bis 20 funktioniert.“ Die dafür notwendige chemische Charakterisierung des pH-Farbstoffs erarbeitete Jens Daniel Müller in enger Zusammenarbeit mit Kollegen der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig.

Um die optische Methode auch für den Routineeinsatz auf See startklar zu machen, entwickelte der IOW-Forscher zusammen mit einer Meerestechnik-Firma und zwei wissenschaftlichen Partnerinstitutionen eine anwendungsreife technische Umsetzung, die mittlerweile erprobt und auf dem Markt ist. Mittlerweile überprüft die Helsinki-Kommission zum Schutz der Ostsee (HELCOM), ob das angepasste pH-Messverfahren offiziell als Versauerungsindikator in das internationale Ostsee-Monitoring aufgenommen werden soll.

Zur Person: 

Dr. Jens Daniel Müller ist Nachwuchswissenschaftler in der IOW-Sektion Meereschemie. Er promovierte im Juni 2018 an der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Rostock. Originaltitel der Arbeit „Ocean acidification in the baltic sea: involved processes, metrology of pH in brackish waters, and calcification under fluctuating conditions (https://doi.org/10.18453/rosdok_id00002303); Note: 1 mit Auszeichnung („summa cum laude“); Betreuer: Prof. Dr. Gregor Rehder, Professor für Meereschemie und stellvertretender Leiter der IOW-Sektion Meereschemie.

Quelle: IOW

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