Was verrät uns 1666 Jahre altes Wattsediment?

Laborarbeit muss gelernt werden, und genau deswegen absolvieren die Studierenden im Rahmen des Studiengangs Mikrobielle Ökologie ein zweiwöchiges Praktikum im Labor des Instituts für Biologie und Chemie des Meeres (ICBM). Begleitet werden sie von PD Dr. Bert Engelen und wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Instituts. Ende Juni untersuchten sie dabei einen fünf Meter langen Sedimentkern hinsichtlich seiner mikrobiellen Vielfalt und deren Verteilung (als Mikroorganismen bezeichnet man die Gesamtheit aller nicht mit bloßem Auge erkennbaren Organismen). Diesen Kern haben sie an ihrem ersten Tag von Janssand gewonnen, einem Gezeiten-Rückstau (Sandbank) zwischen Neuharlingersiel und Spiekeroog, der nur mit dem Boot erreicht werden kann. Ich durfte ihnen zwei Tage lang über die Schulter schauen und konnte so etwas über sehr altes Wattsediment lernen.

Was ist eigentlich Sediment?

Die Bezeichnung Sediment stammt vom lateinischen sedimentum gleich Bodensatz ab. Dabei handelt es sich um abgelagerte oder ausgeschiedene natürliche Substanzen, die überwiegend durch Organismen erzeugt werden, wie Biomasse, Kalk, Torf oder Sand. Man kann sich das Ganze ein bisschen wie einen Komposthaufen vorstellen: Alles, was im Wasser durch Photosynthese (Erzeugung von energiereichen Biomolekülen aus energieärmeren Stoffen mithilfe von Lichtenergie) und die anschließende Nahrungskette entsteht, sedimentiert irgendwann. Dabei werden erst die leicht abbaubaren Stoffe zersetzt, wozu Sauerstoff benötigt wird. Je mehr Zersetzung stattfindet, desto schneller ist der Sauerstoff aufgebraucht, im Watt nach wenigen Zentimetern. Danach folgt eine klassische „Veratmung“ von Stoffen, die immer weniger Energie liefern, wie Nitrat, Eisen, Sulfat bis hin zur Methanentstehung. Im Rahmen des Praktikums wurde das Sediment alle 50 Zentimeter längs durchtrennt und die oben genannten Stoffe in den Proben gemessen. Dadurch können Aussagen darüber getroffen werden, welche Mikroorganismen in den verschiedenen Tiefen vorhanden sind. Wussten Sie zum Beispiel, dass in einem Kubikmeter bis zu einer Milliarde Bakterien leben? Nach den Untersuchungen wurde der Kern dann einmal quer durchtrennt, um eine Zeitreise durch die einzelnen Jahre beziehungsweise Schichten zu machen, denn in rund 100 Jahren lagern sich etwa 30 Zentimeter Sediment ab. Somit spiegelte der fünf Meter lange Sedimentkern die Geschichte von etwa 1666 Jahren wider.

Über meine spannenden Stationen möchte ich heute berichten.

Farbenlehre im Labor

Eine Gruppe von vier Studentinnen beschäftigte sich näher mit der Konzentration von Schwelelwasserstoff (Sulfid) in den unterschiedlichen Tiefenstufen des Kerns. Schwefelwasserstoff ist das Gas, das nach faulen Eiern riecht. Die Analyse von Sulfid ist etwas schwieriger, weil es leicht flüchtig ist und in Gegenwart von Sauerstoff umgesetzt wird. Deshalb wurde das Sulfid in den Wasserproben direkt bei Entnahme mit einem bestimmten Stoff versetzt, der es einfängt. Der Nachweis des Sulfidgehaltes erfolgte dann photometrisch. Das bedeutet, dass den Proben Chemikalien zugemischt wurden, die mit dem Sulfid interagierten und es färbten. Je mehr Sulfid die Proben enthielten, desto deutlicher und dunkler war die Färbung des Wassers. So entstand ein bunter Farbfächer (s. Bild). Die Mikroplatte, auf der die Proben aufgetragen waren, wurde dann in einem Photometer (Instrument zur Messung) analysiert. Dabei wurde Licht in einer bestimmten Wellenlänge durch die Proben geschickt. Das angefärbte Sulfid „verschluckt“ einen Teil des Lichts. Je weniger Licht die Messlösung durchtritt, desto höher ist die Sulfidkonzentration. Die Analysen haben gut funktioniert und es wurde der Erwartung gemäß eine Zone zwischen etwa 50 Zentimetern und einem Meter Tiefe mit hoher Sulfidkonzentration gemessen. Danach waren nur noch geringe Mengen vorhanden, und die Methanogenese (Metanbildung) stieg an. (s. Abbildung)

Nordsee durch Deichbauch unruhiger

Am vorletzten Tag des Praktikums haben wir den Sedimentkern dann mit einer Flex in der Mitte geteilt und uns diesen Querschnitt angesehen. Über die verschiedenen Jahre hinweg lassen sich hier interessante Fakten ablesen. So ist zum Beispiel der Anstieg des Meeresspiegels deutlich nachvollziehbar. Denn die Stelle des Janssands war nicht immer Wattenmeer, sondern Marschland, ein unbesiedeltes Feuchtgebiet mit Sümpfen, Bruchwäldern oder Salzwiesen. Dies ist an Rückständen von Wurzelwerk und Torf in den unteren Sedimentschichten sehr gut zu erkennen. Zudem konnten wir feststellen, dass der Deichbau in Neuharlingersiel einen großen Einfluss auf die Bewegungen der Nordsee hat. An Stelle des Deiches waren früher Salzwiesen, hier hatte das Meer Zeit die Fläche zu fluten und ruhig auszulaufen. Zu dieser Zeit zeigt das Sediment wenig Bewegung und sehr feine Ablagerungen wie Ton. Durch den Deichbau hat das Wasser keine weitläufige Auslauffläche mehr, dadurch wird es rauer und es wird mehr Sand aufgespült. Je nachdem wie rau die Bedingungen sind desto länger braucht der Ton um zu sedimentieren. Weil er so fein ist, schwebt er länger in der Wassersäule; Sand hingegen ist schwerer und wird darum bei wüsterem Wetter angespült. Winterstürme zeigen mehr Sand im Schlamm und sind dadurch auch gut zu erkennen. Außerdem haben wir noch Muscheln und andere Fossilien aus der Salzwiese gefunden.

Nach dem Aufschneiden ist der Inhalt des Kerns nicht mehr für mikrobiologische Proben zu gebrauchen, da er nicht mehr steril ist und Ergebnisse durch äußere Einflüsse verfälscht werden können.