As funções dos ecossistemas dominados pela água podem ser consideravelmente influenciadas e alteradas pela flutuação hidrológica. Os vários estados das substâncias ativas redox são de importância crucial aqui. Pesquisadores da Universidade de Bayreuth descobriram isso, em cooperação com parceiros das Universidades de Tübingen e Bristol e do Helmholtz Centre for Environmental Research, Halle-Leipzig. Eles apresentam sua descoberta no jornal Nature Geoscience . O novo estudo permite um entendimento mais preciso dos processos biogeoquímicos que contribuem para a degradação de poluentes e a redução das emissões de gases de efeito estufa.

Reduzindo a geração de gases de efeito estufa, armazenando carbono, remoção de poluentes ambientais, como nitrato, e fornecimento de água potável de alta qualidade - esses são serviços importantes fornecidos pelos ecossistemas aquáticos, como lagos, córregos, pântanos, e pântanos. As funções de tais ecossistemas aquáticos estão intimamente ligadas aos ciclos de oxigênio, azoto, carbono, e outros elementos da natureza. Há muito se sabe que os ciclos elementares são processos biogeoquímicos interligados que podem ser significativamente influenciados pela flutuação hidrológica. Exemplos disso são as flutuações no nível da água das zonas húmidas, turfeiras, e águas subterrâneas, ou mesmo mudando a direção do fluxo nas águas subterrâneas.

A equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Dr. Stefan Peiffer da Universidade de Bayreuth agora conseguiu entender a dependência dos ciclos dos elementos na flutuação hidrológica com mais precisão. Como vários estudos de laboratório mostraram, As substâncias ativas redox têm uma função chave neste processo. "Qualquer pessoa que já tenha caminhado por um pântano ou vasculhado na areia de um lago de natação terá notado essas substâncias por causa de sua variedade de cores. Em um espaço muito confinado, tons de cores alternam de preto profundo para cinza e marrom para vermelho claro. O que está por trás disso é uma interação de processos microbiológicos e químicos nos quais os elétrons estão sendo transferidos. Na pesquisa, nós os chamamos de reações redox, "diz Peiffer.

Uma forma comparativamente simples de reação redox é a respiração em humanos e animais. O carbono é oxidado pelo oxigênio para formar dióxido de carbono. Nas reações redox conduzidas por micróbios que ocorrem em um pântano, por exemplo, o papel do oxigênio é assumido por uma variedade de substâncias ativas redox - ferro, enxofre, e compostos de manganês ou substâncias húmicas. A vida útil dessas substâncias é muito curta, mas eles mostram uma tendência muito forte de se envolver em reações redox. Eles são, portanto, chamados de "fases metaestáveis ​​redox-ativas" (RAMPs). Devido à sua alta reatividade, RAMPs desempenham um papel importante nos ciclos elementares dos ecossistemas. Por exemplo, eles são capazes de degradar poluentes como nitratos ou vários outros produtos químicos orgânicos.

Uma razão para a curta vida útil dos RAMPs é a mudança constante entre as condições de doação e aceitação de elétrons. O estudo, publicado em Nature Geoscience , chega a uma conclusão decisiva para a pesquisa ecológica e ambiental. A dinâmica da reatividade redox dos RAMPs é desencadeada por flutuações hidrológicas que ocorrem nas zonas costeiras, nos pântanos, em solos alagados, em solos de cultivo de arroz ou na superfície de sedimentos em lagos e rios. Essas reações biogeoquímicas em pequena escala, por sua vez, influenciam as reações em grande escala do ecossistema, por exemplo, a quantidade de gases de efeito estufa liberados na atmosfera. Isso torna compreensível, pela primeira vez, como as flutuações hidrológicas, por exemplo, níveis de água flutuantes, afetam os ciclos elementares da natureza, e, portanto, o funcionamento dos ecossistemas.

"Nosso estudo mostra que as reações biogeoquímicas em uma escala de apenas alguns micrômetros formam um ponto crucial importante entre dois processos de grande escala:entre as flutuações hidrológicas, por um lado, e as funções do ecossistema, por outro. Nossas novas descobertas, portanto, ajudarão a prever melhor a degradação de poluentes em ecossistemas aquáticos no futuro. As consequências das mudanças climáticas para a conversão de carbono e nitrogênio nesses ecossistemas também podem ser avaliadas com mais precisão no futuro, "diz Peiffer.