Preis der Hildegard und Karl-Heinrich Heitfeld Stiftung (Abschlußarbeiten)  2024

Das Große Heilige Meer bei Hopsten ist ein aufgrund der Entstehungsgeschichte als Erdfallsee und den daraus resultierenden Besonderheiten ein gut untersuchtes Ökosystem. Unterhalb des Großen Heiligen Meers lagert der Münder Mergel, ein jurassisches Gestein, das rund 145 Millionen Jahre alt ist. Der Münder Mergel enthält wasserlösliche Minerale wie Anhydrit, Gips und Steinsalz. Im Kontakt mit Grundwasser kam es vor etwa 1.100 Jahren zur Lösung dieser Minerale und zur Bildung eines unterirdischen Hohlraums. Im Laufe der Zeit wurde das Dach des Hohlraums instabil, das überlagernde Gestein brach ein, und an der Oberfläche entstand eine Senke, die sich mit Grundwasser füllte. Dadurch bildete sich ein sogenannter Erdfallsee. Das Große Heilige Meer ist thermisch geschichtet. Das bedeutet, dass sich Zonen im See bilden, die verschiedene Temperaturen besitzen. Als Folge der thermischen Schichtung wird die Durchmischung des unteren Teils des Sees im Laufe des Sommers verhindert. Kein Sauerstoff erreicht den tiefen Bereich des Gewässers. Die tote Biomasse am Seeboden und im Sediment wird nun ohne Sauerstoff verstärkt zu Methan umgesetzt. Zusätzlich ändern sich durch die thermische Schichtung die mikrobiellen Gemeinschaften in der Wassersäule und im Sediment. Diese mikrobiellen Gemeinschaften sind der Motor der geochemischen Prozesse in einem See. In dieser Studie werden die Erkenntnisse der geochemischen Untersuchungen der geschichteten Wassersäule und des Sediments im Großen Heiligen Meer in einen Zusammenhang mit der dortigen mikrobiellen Gemeinschaft gesetzt. Anhand der Verknüpfung mikrobiologischer und geochemischer Daten wurde ein Gesamtbild der im See ablaufenden Prozesse während der thermischen Schichtung ermittelt. Ein besonderer Fokus lag auf dem Schwefel- und dem Kohlenstoffkreislauf. Dafür wurden neben Konzentrationen von Sulfat, Methan und Sauerstoff auch die Gattung der verschiedenen Bakterien und Archaeen ermittelt und in Kontext gesetzt. In den sauerstofffreien Zonen der Wassersäule erlangen die Mikroorganismen durch andere Stoffwechselpfade wie den Verbrauch von Sulfat (organoklastische Sulfatreduktion) oder die Produktion von Methan (Methanogenese) Energie. Unter anderem konnten diese Reaktionen geochemisch bestätigt und auch bekannte Mikroorganismen für diese Stoffwechselpfade gefunden werden. Trotzdem können bislang viele mikrobiell gesteuerte Reaktionen im Großen Heiligen Meer nicht vollständig erklärt werden.

Masterarbeit mit dem Titel: Die Mikrobiologie biogeochemischer Stoffumsätze im Großen Heiligen Meer, Hopsten, NRW