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Prof. Dr. Heinz Wilkes
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Organische Geochemie
Allgemein ausgedrückt untersucht die Arbeitsgruppe Organische Geochemie (seit 2015 unter der Leitung von Prof. Heinz Wilkes) Herkunft, Eigenschaften und Verbleib von organischen Substanzen in der Geosphäre. Gegenwärtig konzentriert sich unsere Forschung auf drei Hauptgebiete:
Die Rolle von anthropogenem Mikroplastik in marinen Ökosysteme
In den letzten 60 Jahren haben Produktion und Verbrauch von Plastik stark zugenommen und zu einem steilen Anstieg von Plastikmüll geführt, der sich auch in den Meeren ansammelt. Physikalische, chemische und biologische Abbau- und Zerkleinerungsprozesse führen zu einer ständigen Abnahme der Partikelgröße bei gleichzeitigem Anstieg der Teilchenzahl. Zusammen mit kleinen primären Plastikteilchen aus Verbrauchsprodukten bilden diese weniger als 5 mm großen Fragmente (sekundäres Plastik) das sogenannte "Mikroplastik". Mikroplastik ist inzwischen allgegenwärtig, beständig und reichert sich in zunehmendem Maße an. Wechselwirkungen mit Umweltschadstoffen und die mit der Zerkleinerung steigende Bioverfügbarkeit stellen potentielle Risiken dar, die zunehmend in unser Bewusstsein gelangen. Jedoch sind die Auswirkungen dieser Plastikpartikel auf marine Ökosysteme noch weitgehend unbekannt. In unserer Arbeitsgruppe haben wir eine neue, empfindliche Pyrolyse-Gaschromatographie-Massenspektrometrie-Methode etabliert. Damit lassen sich die gängigen Verbrauchsplastiksorten, die momentan über 80 % des Plastiks ausmachen, qualitativ und quantitativ zuverlässig analysieren. Die Methode wurde bereits erfolgreich auf Umweltweltproben wie Fische, Sedimente und Wasser angewendet. Ferner wird das Verhalten verschiedener Additive untersucht, die aus dem Plastik ins Wasser gelangen und mit Oberflächen und Organismen wechselwirken.
Biochemische Schlüsselreaktionen in bakteriellen Stoffwechselprozessen
Organische Verbindungen, die Mikroorganismen als Quelle für Kohlenstoff und Energie dienen, sind für unsere Forschungsarbeiten von besonderem Interesse. Der mikrobielle Stoffwechsel hat eine Schlüsselfunktion im biogeochemischen Kohlenstoffkreislauf. Endprodukte sind die Treibhausgase Kohlendioxid und Methan. Diese können in die Atmosphäre gelangen und somit das Klimasystem der Erde beeinflussen. Zum vollen Verständnis dieser Prozesse ist die genaue Kenntnis der Strukturen beteiligten organischen Verbindungen erforderlich. Wir benutzen modernste Analysetechniken um Stoffwechselprodukte zu identifizieren, sowie Umwandlungswege und neue Reaktionsmechanismen aufzuklären. Außerdem entwickeln wir neue Ansätze um mikrobielle Stoffwechselprozesse in der Umwelt auf Grund der Änderung der Zusammensetzung des organischen Materials und anhand von Schlüssel-Metaboliten und Isotopenfraktionierungen zu verfolgen. Ein besonderer Forschungsschwerpunkt ist derzeit die anaerobe Umwandlung von Kohlenwasserstoffen und Erdöl. Angesichts der erhöhten Belastung der Ozeane durch Verschmutzungen aus anthropogenen und natürlichen Quellen sind diese Prozesse von großer Bedeutung.
Molekulare und Isotopen-Proxies in Paläoökologie und Paläoklimatologie
Organisch-geochemische Proxies sind nützliche Werkzeuge um Umwelt-und Klimaveränderungen in Vergangenheit anhand geologischer Archive zu untersuchen. Im laufenden Forschungsprojekt GeoArchives wird dieser Ansatz auf Salzpfannen-Sedimente der Kalahari angewendet. Hiermit sollen Lücken in der Rekonstruktion des kontinentalen Klimas im südwestlichen Afrika seit der letzten Eiszeitmaximums geschlossen werden. Salzpfannen sind lokale Senken, in denen Sedimente angesammelt werden. Ergebnisse unseres Projektes zeigen, dass eine nahezu kontinuierlich Sedimentansammlung seit dem späten Pleistozän stattfindet. Somit stellen die Salzpfannen wertvolle Klimaarchive für die ariden Gebiete im südwestlichen Afrika dar. Zur Rekonstruktion der Vegetation werden n-Alkan-Verteilungen und Isotopenzusammensetzungen als Proxies angewendet. Ferner werden komponentenspezifische Wasserstoff-Isotopenverhältnisse genutzt um Informationen über Niederschlag und Wasserverfügbarkeit in der Vergangenheit zu erhalten. Der zweite Schwerpunkt dieses Projektes zielt darauf ab, besser zu verstehen wie Klimaänderungen an der Küste und auf dem Kontinent zusammenhängen. Dazu werden Sedimente der Küstenlagunen Namibias mit demselben Forschungsansatz untersucht.