03.05.2012 – Forschung

Die Wiederentdeckung der „himmelblauen Fluoreszenz“

  • Unsichtbares sichtbar gemacht: Sensortests im Labor.

„Colored Dissolved Organic Matter - Gefärbte gelöste organische Materie“ nennen Meeresforscher jenen Stoff, der dem Meerwasser seine gelbliche Farbe gibt. Über ihn lässt sich der Weg des Wassers durch die Meere verfolgen. Seine himmelblaue Fluoreszenz ermöglicht hochsensitive spektrale Fingerabdrücke

Auszug aus einem Forschungsbeitrag des Oldenburger Meereswissenschaftlers Prof. Dr. Oliver Zielinski über marine Prozesse und neue Messtechniken für die spektrale Charakterisierung gelöster Wasserinhaltsstoffe am Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM):

„Überall in der Natur im Bereich der Erdrinde findet sich ein im ultravioletten Licht hellblau fluoreszierender Stoff. Nachgewiesen wurde er bisher in der Atmosphäre, in allen in der Natur vorhandenen Wasservorkommen: im Nebel, Schnee, Regen, Rauhreif, Gletschereis, in Wellen, Bächen, Flüssen, Seen und im Oberflächen- und Tiefenwasser der Weltmeere.“ So beginnt eine Abhandlung des deutschen Meereschemikers Kurt Kalle über das Verhalten und die Herkunft der „himmelblauen Fluoreszenz“ in Gewässern und Atmosphäre aus dem Jahr 1963. Bereits 1909 hatte der Chemiker Dienert diesen Effekt für natürliche Gewässer beschrieben. Kalle untersuchte in seinen Arbeiten seit Ende der 1930er Jahre die Verteilung des Fluoreszenz-Stoffes im Küstenmeer. Daneben galt sein Interesse einem zweiten Stoff, der dem Wasser seine humusartige, gelbe Farbe gibt: Kalle nannte ihn Gelbstoff. In der wissenschaftlichen Literatur ist heute neben diesem Begriff und der direkten Übersetzung als „yellow substance“ vor allem die Bezeichnung CDOM üblich, die Abkürzung für „Colored Dissolved Organic Matter“ (gefärbte gelöste organische Materie). Gelbstoff ist der farbige, genauer gesagt: der im Blauen absorbierende Anteil des Pools gelöster organischer Materie (DOM). Mit etwa 700 Gigatonnen in den Ozeanen ist DOM mit der Vegetationsmasse an Land vergleichbar.

Im Küstenbereich wird CDOM in erster Linie über Flüsse und unterseeische Quellen in die Meere eingetragen. In offenen Ozeanen entstehen die Gelbstoffe vor allem als Abbauprodukte von Algenblüten. Über den CDOM-Gehalt lässt sich der Weg des Wassers über Hunderte von Kilometern durch die Meere verfolgen, beispielsweise von der Deutschen Bucht bis in den Skagerrak. Trotzdem ist diese organische Materie noch weitgehend unerforscht. WissenschaftlerInnen der Max-Planck Forschungsgruppe Marine Geochemie der Universität sind dabei, mit aufwendigen Labormethoden ihre chemische Zusammensetzung zu entschlüsseln.

Seinen Ursprung hat die gefärbte gelöste organische Materie CDOM in den Stoffwechsel- und Abbauprodukten von Pflanzen und Tieren. CDOM ist – abgesehen von den Absorptionseigenschaften reinen Wassers – der wichtigste Faktor für die Verteilung von Licht im Meer. Es absorbiert ultraviolette Strahlung und schützt so marine Organismen vor negativen Effekten. Seine Absorptionsbanden im blau-grünen Spektralbereich überlagern sich mit denen des Phytoplanktons, wodurch die Physiologie und Primärproduktion der Algen beeinflusst wird. Darüber hinaus bindet CDOM Spurenmetalle, dient als Nahrung für Mikroorganismen und steht in direktem Zusammenhang mit dem gesamten Pool organischer Materie.

Das Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM) untersucht die Prozesse, die zu Aufbau, Abbau und Verteilung gelöster organischer Materie führen, auf breiter interdisziplinärer Basis. Dabei setzen die WissenschaftlerInnen auf modernste Labormethoden sowie auf Messtechniken, die hoch auflösend und über lange Zeiträume hinweg in situ – und das heißt hier: im Wasser – eingesetzt werden können. Gelbstoff als optisch aktiver Anteil von organischer Materie ist für dieses Verfahren besonders geeignet, da die Absorption blauen und ultravioletten Lichts in sensitive und zuverlässige Messtechnik überführbar ist. Die Arbeitsgruppe Marine Sensorsysteme am ICBM entwickelt seit Mai 2011 neue Sensorprinzipien und arbeitet an der Optimierung existierender Ansätze.



Mehr zum Thema erfahren Sie im Beitrag von Prof. Dr. Oliver Zielinski, der im Mai ungekürzt im Forschungsmagazin EINBLICKE erscheint. 

 


 

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Der vollständige Beitrag im Einblicke Heft

Marine Sensorsysteme

Kontakt

Prof. Dr. Oliver Zielinski
Institut für Chemie und Biologie des Meeres
Tel: 0441-798/5342
oliver.zielinski(at)uni-oldenburg.de