Les fonctions des écosystèmes dominés par l'eau peuvent être considérablement influencées et modifiées par les fluctuations hydrologiques. Les différents états des substances redox-actives sont ici d'une importance cruciale. Des chercheurs de l'Université de Bayreuth l'ont découvert, en coopération avec des partenaires des universités de Tübingen et de Bristol et du Helmholtz Center for Environmental Research, Halle-Leipzig. Ils présentent leur découverte dans le journal Géosciences de la nature . La nouvelle étude permet de mieux comprendre les processus biogéochimiques qui contribuent à la dégradation des polluants et à la réduction des émissions de gaz à effet de serre.

Réduire la génération de gaz à effet de serre, stocker du carbone, éliminer les polluants environnementaux tels que les nitrates, et fournir une eau potable de haute qualité - ce sont des services importants fournis par les écosystèmes aquatiques, comme les lacs, ruisseaux, marais, et des tourbières. Les fonctions de ces écosystèmes aquatiques sont étroitement liées aux cycles de l'oxygène, azote, carbone, et d'autres éléments de la nature. On sait depuis longtemps que les cycles élémentaires sont des processus biogéochimiques interconnectés qui peuvent être considérablement influencés par les fluctuations hydrologiques. Des exemples en sont les fluctuations du niveau d'eau des zones humides, tourbières, et les eaux souterraines, ou même changer les directions d'écoulement dans les eaux souterraines.

L'équipe de recherche dirigée par le professeur Stefan Peiffer de l'Université de Bayreuth a maintenant réussi à comprendre plus précisément la dépendance des cycles des éléments vis-à-vis des fluctuations hydrologiques. Comme l'ont montré de nombreuses études en laboratoire, les substances actives redox ont une fonction clé à cet égard. "Quiconque a déjà traversé un marécage ou fouillé dans le sable d'un lac de baignade aura remarqué ces substances en raison de leur variété de couleurs. Dans un espace très confiné, les nuances de couleur alternent du noir profond au gris et du brun au rouge clair. Ce qui se cache derrière cela est une interaction de processus microbiologiques et chimiques dans lesquels les électrons sont transférés. Dans la recherche, nous les appelons réactions redox, " dit Peiffer.

Une forme relativement simple de réaction redox est la respiration chez les humains et les animaux. Le carbone est oxydé par l'oxygène pour former du dioxyde de carbone. Dans les réactions d'oxydoréduction d'origine microbienne qui se déroulent dans un marécage, par exemple, le rôle de l'oxygène est pris en charge par une variété de substances redox-actives-fer, soufre, et des composés du manganèse ou des substances humiques. La durée de vie de ces substances est très courte, mais ils montrent une très forte tendance à s'engager dans des réactions redox. Elles sont donc appelées "phases métastables redox-actives" (RAMP). En raison de leur grande réactivité, Les RAMP jouent un rôle majeur dans les cycles élémentaires des écosystèmes. Par exemple, ils sont capables de dégrader les polluants tels que les nitrates ou divers autres produits chimiques organiques.

L'une des raisons de la courte durée de vie des RAMP est le changement constant entre les conditions donnant et acceptant les électrons. L'étude, Publié dans Géosciences de la nature , arrive à une conclusion décisive pour la recherche écologique et environnementale. La dynamique de la réactivité redox des RAMP est déclenchée par les fluctuations hydrologiques qui se produisent dans les zones côtières, dans les zones humides, dans les sols gorgés d'eau, dans les sols rizicoles ou à la surface des sédiments des lacs et des rivières. Ces réactions biogéochimiques à petite échelle, à son tour, influencer les réactions à grande échelle de l'écosystème, par exemple, la quantité de gaz à effet de serre rejetée dans l'atmosphère. Cela permet de comprendre pour la première fois comment les fluctuations hydrologiques, par exemple les niveaux d'eau fluctuants, affecter les cycles élémentaires dans la nature, et donc le fonctionnement des écosystèmes.

« Notre étude montre que les réactions biogéochimiques à l'échelle de quelques micromètres seulement forment un nœud important entre deux processus à grande échelle :entre les fluctuations hydrologiques d'une part, et les fonctions écosystémiques d'autre part. Nos nouvelles découvertes permettront donc de mieux prédire la dégradation des polluants dans les écosystèmes aquatiques à l'avenir. Les conséquences du changement climatique sur la conversion du carbone et de l'azote dans ces écosystèmes pourraient également être évaluées plus précisément à l'avenir, " dit Peiffer.