Las funciones de los ecosistemas dominados por el agua pueden verse considerablemente influenciadas y cambiadas por la fluctuación hidrológica. Los diferentes estados de las sustancias activas redox son de crucial importancia aquí. Investigadores de la Universidad de Bayreuth han descubierto esto, en cooperación con socios de las universidades de Tübingen y Bristol y el Centro Helmholtz de Investigación Ambiental, Halle-Leipzig. Presentan su descubrimiento en la revista Naturaleza Geociencia . El nuevo estudio permite una comprensión más precisa de los procesos biogeoquímicos que contribuyen a la degradación de contaminantes y la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero.

Reducir la generación de gases de efecto invernadero, almacenar carbono, eliminar contaminantes ambientales como el nitrato, y suministro de agua potable de alta calidad:estos son servicios importantes que brindan los ecosistemas acuáticos, como lagos, arroyos, pantanos y pantanos. Las funciones de estos ecosistemas acuáticos están estrechamente vinculadas a los ciclos del oxígeno, nitrógeno, carbón, y otros elementos de la naturaleza. Se sabe desde hace mucho tiempo que los ciclos elementales son procesos biogeoquímicos interconectados que pueden verse significativamente influenciados por la fluctuación hidrológica. Ejemplos de esto son las fluctuaciones en el nivel del agua de los humedales, turberas y agua subterránea, o incluso cambiando la dirección del flujo en las aguas subterráneas.

El equipo de investigación dirigido por el Prof. Dr. Stefan Peiffer de la Universidad de Bayreuth ha logrado comprender con mayor precisión la dependencia de los ciclos de los elementos de la fluctuación hidrológica. Como han demostrado numerosos estudios de laboratorio, Las sustancias activas redox tienen una función clave en esto. "Cualquiera que haya caminado penosamente por un pantano o rebuscado en la arena de un lago para nadar habrá notado estas sustancias debido a su variedad de colores. En un espacio muy reducido, los tonos de color se alternan del negro profundo al gris y del marrón al rojo claro. Lo que hay detrás de esto es una interacción de procesos microbiológicos y químicos en los que se transfieren electrones. En la investigación, las llamamos reacciones redox, "dice Peiffer.

Una forma relativamente simple de reacción redox es la respiración en humanos y animales. El oxígeno oxida el carbono para formar dióxido de carbono. En las reacciones redox impulsadas por microbios que tienen lugar en un pantano, por ejemplo, el papel del oxígeno es asumido por una variedad de sustancias activas redox:hierro, azufre, y compuestos de manganeso o sustancias húmicas. La vida útil de estas sustancias es muy corta, pero muestran una tendencia muy fuerte a participar en reacciones redox. Por lo tanto, se denominan "fases metaestables redox activas" (RAMP). Debido a su alta reactividad, Los RAMP juegan un papel importante en los ciclos elementales de los ecosistemas. Por ejemplo, son capaces de degradar contaminantes como los nitratos o varios otros productos químicos orgánicos.

Una de las razones de la corta vida útil de las RAMP es el cambio constante entre las condiciones de donación y aceptación de electrones. El estudio, publicado en Naturaleza Geociencia , llega a una conclusión decisiva para la investigación ecológica y medioambiental. La dinámica de la reactividad redox de las RAMP se desencadena por las fluctuaciones hidrológicas que ocurren en las zonas costeras, en humedales, en suelos anegados, en suelos de cultivo de arroz o en la superficie de sedimentos en lagos y ríos. Estas reacciones biogeoquímicas a pequeña escala, Sucesivamente, influir en las reacciones a gran escala del ecosistema, por ejemplo, la cantidad de gases de efecto invernadero liberados a la atmósfera. Esto hace que sea comprensible por primera vez cómo las fluctuaciones hidrológicas, por ejemplo, niveles de agua fluctuantes, afectar los ciclos elementales en la naturaleza, y por tanto el funcionamiento de los ecosistemas.

"Nuestro estudio muestra que las reacciones biogeoquímicas en una escala de sólo unos pocos micrómetros forman un punto crucial entre dos procesos a gran escala:entre las fluctuaciones hidrológicas, por un lado, y funciones del ecosistema por el otro. Por lo tanto, nuestros nuevos hallazgos ayudarán a predecir mejor la degradación de contaminantes en los ecosistemas acuáticos en el futuro. Las consecuencias del cambio climático para la conversión de carbono y nitrógeno en estos ecosistemas también pueden evaluarse con mayor precisión en el futuro. "dice Peiffer.