ERC Advanced Grants im D-USYS: Ruben Kretzschmar und das Projekt IRMIDYN

Umwandlungsprozesse von Eisenmineralen wurden bisher vor allem in Modellsystemen mit synthetischen Mineralen und in gerührten Suspensionen untersucht. Nur sehr wenige Forschungsarbeiten konnten diese Prozesse in situ – vor Ort – in komplexen Böden und Sedimenten analysieren. So wissen wir nicht, ob und wie schnell bestimmte im Labor beobachtete Rekristallisations- und Transformationsprozesse von Eisenmineralien tatsächlich in Böden und Sedimenten stattfinden und welche Umweltfaktoren diese Prozesse steuern. In seinem Projekt IRMIDYN (Iron Mineral Dynamics in Soils and Sediments) arbeitet Ruben Kretzschmar, Professor für Bodenchemie am Institut für Biogeochemie und Schadstoffdynamik (IBP) der ETH Zürich, an genau diesen Fragen.

Verschiebung der Grenze zu In-situ-Studien

Um die Eisenphasen unter natürlichen Bedingungen untersuchen zu können, müssen Kretzschmar und sein Team zunächst neue methodische Ansätze dafür entwickeln. Dies passiert zunächst im Labor. Mit einer neu entwickelten Methode, einer Kombination aus stabilen Isotopen, Spektroskopien und bildgebenden Verfahren sind in einer späteren Phase des Projekts auch Versuche im Feld geplant. Als Untersuchungsgebiete möchte Kretzschmar sich auf Reisböden und gezeitenbeeinflusste Sedimente in Küstenregionen, wie zum Beispiel Mangroven-Sedimente, konzentrieren, die stark durch wechselnde Redox-Bedingungen beeinflusst sind. Auch Flussauen, die regelmässig überflutet werden, kommen als Untersuchungsstandort in Frage. Nach ersten Messungen wird das Team die endgültigen Standorte noch im ersten Projektjahr festlegen.

Schlüsselelement für viele andere Prozesse

Eisen ist zwar das vierthäufigste Element in der Erdkruste. «Seine Relevanz zeigt es aber eher indirekt», so Kretzschmar, «denn der Eisenkreislauf ist ein Schlüsselkreislauf für andere Stoffwechselprozesse». Redoxgesteuerte Eisenmineral-Rekristallisations- und Transformationsprozesse sind der Schlüssel zum Verständnis der biogeochemischen Zyklen von Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor und Schwefel sowie von toxischen Elementen wie beispielsweise Arsen, Zink, Cadmium, Quecksilber und Uran. Das Wissen darüber, wie stabil diese Minerale sind und unter welchen Bedingungen sie sich umwandeln können, könnte auch für Forschende aus dem Umweltingenieurwesen, der Korrosionswissenschaften und der Kultur- oder Planetenwissenschaften interessant sein. So können beispielsweise eisenreiche Schichten in Sedimentgesteinen als Indikator für frühere biogeochemische Prozesse oder Klimabedingungen herangezogen werden. Aber auch für praktische Aufgaben wie die Sanierung von Altlasten könnte das neue Wissen hilfreich sein, heisst es im Projektbeschrieb.

Ein motiviertes Team

Mit vier Doktoranden und zwei Postdocs ist das Projekt IRMIDYN das bisher grösste Forschungsprojekt in der Karriere von Ruben Kretzschmar. «In diesem Rahmen forschen zu können, ist extrem motivierend», freut sich der Professor, gemeinsam mit Iso Christl, Kurt Barmettler und Laurel ThomasArrigo, seinem Projektteam. Die erste Doktorandin, Katrin Schulz, hat Anfangs November ihre Arbeit am Institut für Biogeochemie und Schadstoffdynamik (IBP) aufgenommen. Zwei weitere Doktorierende werden im Januar, eine weitere Person im Februar zur Gruppe dazustossen. Mit zwei neuen Postdocs, welche im März ihre Arbeit aufnehmen, wird das Projekt-Team komplett sein. Da Kretzschmar’s bereits bestehende Gruppe in verwandten Themengebieten forscht, trägt sie IRMIDYN mit und profitiert auch umgekehrt davon. Zum Beispiel können durch IRMIDYN zwei neue Geräte angeschafft werden: Ein Mössbauer-Spektrometer und ein Raman-Mikroskop.