Blaue Mineralkörner am Grund des Müggelsees: Der blaue Vivianit ist ein Eisenphosphat, das sich unter sauerstofffreien Bedingungen in Sedimenten bilden kann. Zur besseren Sichtbarmachung wurden die relativ schweren Vivianitpartikel mit Hilfe einer Dichtetrennung angereichert. | Foto: Lena Heinrich
Gelangt Phosphor in einen See, kann er im Sediment gebunden werden, etwa an Eisenhydroxid. Das geschieht unter sauerstoffreichen Bedingungen an der Grenze von Wasser und Sediment. Eisen bildet dort in Anwesenheit von Sauerstoff rostrote Partikel, an deren Oberfläche sich der Phosphor anlagern kann. Kommt es jedoch zu Sauerstoffarmut oder Anoxie, sind die Eisenhydroxide, die den Phosphor binden, nicht mehr stabil. Das kann geschehen, wenn sich am Grund eines Sees organisches Material (z.B. von abgestorbenen Algen) ansammelt und abgebaut wird, denn dabei wird Sauerstoff verbraucht.
Die IGB-Doktorandin Lena Heinrich hat zusammen mit Michael Hupfer in Laborversuchen untersucht, was mit den Eisenhydroxiden und dem daran angelagerten Phosphor unter Anoxie passiert. Die Bedingungen am Grund eines Sees simulierten sie in einer abgeschlossenen Box, in der sich kein Sauerstoff befand. Ihre Beobachtung: die Eisenhydroxide mit angelagertem Phosphor, die sie natürlichen Sedimenten beigemischt hatten, wurden in Vivianit umgewandelt. Da die Umwandlung unter Laborbedingungen nur einige Wochen dauerte, vermuten die Forschenden, dass sich auch bei saisonaler Anoxie Vivianit bilden kann.
Die Bindung von Eisen und Phosphor als Vivianit ist für die langfristige Festlegung von Phosphor in Seesedimenten insbesonderes deshalb interessant, weil das Mineral sich nicht nur unter sauerstofffreien Bedingungen bildet, sondern unter diesen Bedingungen auch stabil bleibt. Eisen und Phosphor bleiben so in Partikelform im Sediment gebunden, und der Phosphor kann nicht zurück in die Wassersäule gelangen und steht langfristig nicht für das Algenwachstum zur Verfügung. Wenn sich Vivianit bildet, wirkt das Seesediment somit als eine dauerhafte Senke für Phosphor - auch unter sauerstofffreien Bedingungen. Förderlich für die Bildung von Vivianit ist laut der Studie, dass an der Sediment-Wasser-Grenze zumindest saisonal Sauerstoff verfügbar ist. Nur dann können sich Eisenausfällungen bilden, an die sich der Phosphor anlagert. Tritt anschließend Anoxie auf, können diese Verbindungen in Vivianit umgewandelt werden.
Bekannt ist, dass dieser Prozess nicht in allen Seen abläuft und seine Wirkung entfaltet. Das könnte an einem Mangel an Eisen liegen. In eutrophierten Seen mit Eisenmangel kann daher eine Zugabe von Eisen die Bildung von Vivianit und die dauerhafte Phosphor-Speicherung im Sediment fördern und so zur Verbesserung des Seezustands beitragen. Dies müsse aber wohlüberlegt sein, schränken die Forschenden ein: Auch wenn viel Eisen vorhanden ist, könnten Konkurrenzreaktionen (zum Beispiel mit Schwefel) das Eisen vorrangig binden, sodass für die Bildung von Vivianit nichts übrigbliebe. Diese Konkurrenzreaktionen werden deshalb im nächsten Schritt erforscht.
