This thesis focuses on the determination of the spatial and seasonal methane distribution and the pelagic methane oxidation within the central Baltic Sea. A further goal was the investigation of the methane-dependent denitrification in a marine environment using a bioreactor based enrichment experiment.
The vertical transport of methane from the deep water body towards the redox zone as well as differing hydrographic conditions (lateral intrusions) within the redox zone were identified as major factors that determine the pelagic methane oxidation. The deep water methane inventory of the eastern Gotland Basin (central Baltic Sea) showed a seasonal pattern, with concentrations increasing during spring (May) and summer (August) and decreasing during fall (November) and winter (February) as a direct result of the seasonal varying vertical turbulent diffusivity. In contrast, the western Gotland Basin (central Baltic Sea) showed no clear correlation between the seasons and the observed deep water methane variability. Here, the impact of lateral weak intrusions penetrating the deep water layer was identified as the main factor controlling the fluctuation of the methane inventory in the deep water. The bioreactor enrichment experiment provides first indications for the occurrence of a methane-dependent denitrification under suboxic conditions in the marine realm supporting the assumption of a symbiotic interaction between methanotrophic and denitrifying bacteria as previously described for fresh water environments.
Die vorliegende Arbeit soll die räumliche und saisonale Verteilung von Methan und dessen mikrobielle Oxidation in der Wassersäule der zentralen Ostsee untersuchen. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der methanabhängigen Denitrifikation unter suboxischen Bedingungen in marinen Lebensräumen. Hierzu wurde ein mehrmonatiges Bioreaktor-Experiment durchgeführt, bei dem involvierte Mikroorganismen unter spezifischen Bedingungen angereichert wurden.
Die Untersuchungen zeigen, dass der vertikale Transport von Methan vom Tiefenwasser zur Redoxzone sowie unterschiedliche hydrographische Bedingungen (laterale Intrusionen) innerhalb der Redoxzonen beider Standorte wesentliche Faktoren darstellen, die den pelagischen Umsatz von Methan bestimmen. Das Tiefenwasser des östlichen Gotlandbeckens (zentrale Ostsee) zeigt ein saisonales Methanverteilungsmuster mit einem Konzentrationsanstieg während Frühling (Mai) und Sommer (August) und einer Abnahme während Herbst (November) und Winter (Februar) als unmittelbare Folge einer saisonal variierenden Diffusivität. Das westliche Gotlandbecken (zentrale Ostsee) zeigt im Gegensatz hierzu keine Korrelation zwischen den Jahreszeiten und der beobachteten Variabilität der Methankonzentrationen im Tiefenwasser. Über die Langzeituntersuchungen zur Korrelation der Salz- und Methanverteilung im Tiefenwasser beider Becken konnten laterale Intrusionen als maßgebliche Ursache für die Fluktuation von Methan im Tiefenwasser des westlichen Gotlandbeckens identifiziert werden. Die gewonnenen Ergebnisse aus dem Anreicherungsexperiment liefern erste Hinweise für das Auftreten einer methanabhängigen Denitrifikation unter suboxischen Bedingungen für den marinen Lebensraum. Die Abhängigkeit der Denitrifikation von der Oxidation von Methan ist vermutlich analog zu Frischwassersystemen auf eine symbiotische Wechselbeziehung zwischen methanotrophen und denitrifizierenden Bakterien zurückzuführen.