Die frisch genommenen Wasserproben werden sofort im Labor aufgearbeitet. | Foto: Martina Bauchrowitz
Algen stehen am Anfang der Nahrungskette und werden in der Wissenschaft als sogenannte Primärproduzenten bezeichnet. Mittels Photosynthese bauen sie aus Kohlendioxyd und Wasser organische Substanz – sprich Biomasse – auf, wobei Sauerstoff frei wird. Dieser wird von den Gewässerorganismen zum Teil gleich wieder veratmet – dies nicht nur von Mikroorganismen und zu einem geringeren Anteil von Tieren, sondern auch von den Primärproduzenten selbst, was eine Absenkung der Netto-Photosyntheseleistung zur Folge hat.
Um die effektive Photosyntheseleistung der Algen in einem See ermitteln zu können, muss deshalb die Respiration von der Photosynthese unterschieden werden. Dr. Alexander Frank von der Universität Erlangen-Nürnberg will sich dafür eine Methode zunutze machen, die in der Meeresforschung bereits breit angewendet wird. Um sie zu testen, nimmt er während des Seelaborversuchs wöchentlich Wasserproben, in denen er anschließend die Sauerstoffisotopenzusammensetzung des gelösten Sauerstoffs bestimmt. Damit ist es möglich, die Photosyntheseleistung in den einzelnen Versuchszylindern abzuschätzen, die sich aufgrund der versuchsbedingt variierenden Algendichten unterscheiden.
Die Technik beruht darauf, dass viele chemische Elemente als stabile, nicht-radioaktive Isotope mit unterschiedlichem Atomgewicht vorkommen. Beim Sauerstoff (O) handelt es sich um das leichtere 16O-Isotop und die schwereren 17O- und 18O-Isotope. In der Atmosphäre liegen sie in einem konstanten Isotopenverhältnis vor: 99,76 % 16O, 0,037 % 17O und 0,20 % 18O. Weil der bei der Photosynthese als Abfallprodukt entstehende Sauerstoff photolytisch aus dem Umgebungswasser (H2O) abgespalten wird, enthält er weniger 18O-Isotope, ist also isotopisch leichter als der in der Atmosphäre befindliche Sauerstoff. Dadurch lässt sich der Anteil des bei der Photosynthese entstandenen Sauerstoffs von dem Sauerstoff unterscheiden, der sich aus der Atmosphäre im Wasser gelöst hat. Im Gegensatz dazu führen die Sauerstoff-verbrauchenden Prozesse zu einer Anreicherung der beiden schwereren Sauerstoffisotope im Wasser, weil bei diesem Vorgang bevorzugt die leichteren 16O-Isotope genutzt werden. Die so veränderte Sauerstoffisotopensignatur kann mittels Massenspektrometrie bestimmt werden. Sie gibt Auskunft über die effektive Photosyntheseleistung des Sees.
