B.Sc.-thesis_Matthias-Kellermann

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B.Sc.-thesis_Matthias-Kellermann

  1. 1. Strukturelle und isotopische Analysen der freien Fettsäuren in Sedimenten von Lake Sihailongwan, China Bachelorarbeit am Fachbereich Geowissenschaften der Universität Bremen Matthias Kellermann Gutachter: Prof. Dr. Kai-Uwe Hinrichs Prof. Dr. Gerhard Bohrmann Universität Bremen Universität Bremen Bremen, den 12.09.2005
  2. 2. 0 Inhaltsverzeichnis 1. Kurzfassung............................................................................................................................ 1 2. Einleitung ............................................................................................................................... 2 2.1 Geographische Beschreibung........................................................................................... 2 2.2 Fettsäuren – Grundbaustein lebender Biomasse .............................................................. 3 2.3 Das Biomarker-Konzept................................................................................................... 5 2.4 Zielsetzung ....................................................................................................................... 6 3. Material und Methoden .......................................................................................................... 7 3.1 Fettsäuren – Fraktion IV................................................................................................... 8 3.1.1 Derivatisierung.......................................................................................................... 8 3.1.2 Bestimmung der Position von Doppelbindungen...................................................... 8 3.1.3 GC-MS ...................................................................................................................... 9 3.1.4 GC-IRMS ................................................................................................................ 10 3.1.5 Problematik von TMS-Derivaten bei der Fettsäureanalytik ................................... 11 4. Ergebnisse ............................................................................................................................ 12 4.1 Charakterisierung der ungesättigten Fettsäuren ............................................................. 12 4.2 Konzentration der Fettsäurezusammensetzung über Tiefe ............................................ 15 4.3 Hopansäuren................................................................................................................... 20 4.4 Unbekannte Fettsäure..................................................................................................... 20 4.5 Stabile Kohlenstoff-Isotopenverhältnisse....................................................................... 21 5. Diskussion............................................................................................................................ 24 5.1. Gesättigten Fettsäuren – Konzentration und C-Isotopie ............................................... 24 5.2 Ungesättigte Fettsäuren – Konzentration und C-Isotopie .............................................. 26 5.3 Bakteriell erzeugte Fettsäuren........................................................................................ 26 5.4 Aerobe Methanoxidation im Lake Sihailongwan........................................................... 27 5.4.1 Hopansäuren............................................................................................................ 27 5.4.2 Hopansäuren – C-Isotopie....................................................................................... 27 5.5. Dynamik des Lake Sihailongwan.................................................................................. 28 6. Schlussfolgerung.................................................................................................................. 30 7. Danksagung.......................................................................................................................... 31 8. Literaturverzeichnis.............................................................................................................. 32 9. Anhang ................................................................................................................................. 34
  3. 3. Kurzfassung 1 1. Kurzfassung Die oberen 18 cm eines Sedimentkerns aus dem Lake Sihailongwan im Nordosten von China repräsentieren das 19. und 20. Jahrhundert. Der Sedimentkern wurde sys- tematisch beprobt und die Ergebnisse in der Diplomarbeit von Monika Trümper (Trümper, 2005) zusammengefasst. Diese Bachelorarbeit setzt an der vorausgegan- genen Diplomarbeit an und befasst sich ausschließlich mit der Analyse von Fettsäu- ren. Insgesamt wurden 17 Proben aus unterschiedlichen Tiefen untersucht. Die Proben wurden mit BSTFA derivatisiert und anschließend die Fettsäuren am GC- MS gemessen. Anhand der Massenspektren wurden die Fettsäuren identifiziert und darauf folgend im Chromatogramm quantifiziert. Die Identifizierung der einfach unge- sättigten Fettsäuren wurde mit Hilfe der Addition von Dimethyldisulfid durchgeführt. Anschließend wurden die C-Isotopie an ausgesuchten Biomarkern bestimmt. Das Verhalten der Fettsäuren mit zunehmender Sedimenttiefe sowie die Isotopenzu- sammensetzung ausgesuchter Biomarker standen im Mittelpunkt der Untersuchung. Mit Ausnahme der langkettigen gesättigten Fettsäuren und der Hopansäuren war eine relativ starke Konzentrationsabnahmen aller übrigen Fettsäuren mit zunehmen- der Sedimenttiefe auszumachen. Die kurzkettigen gesättigten Fettsäuren sowie die einfach und mehrfach gesättigten Fettsäuren weisen hohe Konzentrationen an der Sedimentoberfläche auf, deren Konzentrationen aber wie beschrieben mit zuneh- mender Sedimenttiefe sinken. Die langkettigen Fettsäuren sind durchgängig im ge- samten Kernabschnitt mit konstanter Konzentration vertreten. Die Hopansäuren sind an der Sedimentoberfläche nur in minimalen Konzentrationen vorzufinden, jedoch steigt die Konzentration mit zunehmender Sedimenttiefe. Isotopisch von Interesse sind die Hopansäuren, sie zeigen zum Teil eine enorme Ab- reicherung am Isotop 13 C. Die leichten C-Isotope der Hopansäuren liegen im Bereich zwischen -93 und -54,3 ‰, was auf die Existenz von methanotrophen Bakterien hin- deuten könnte. Ob das Dasein methanotropher Bakterien im Lake Sihailongwan den Kohlenstoffkreislauf beeinflusst, soll im Laufe der Bachelorarbeit diskutiert werden.
  4. 4. Einleitung 2 2. Einleitung 2.1 Geographische Beschreibung Der See Sihailongwan befindet sich im Nordosten von China in der Region Jilin und hat folgende geographische Koordinaten: 42°17´N, 126°36`E (siehe Abb.1). 0 km 500 1000 0 km 50 100 150 200 250 Abb.1: Ausschnitt einer Landkarte; rote Ellipse markiert das Gebiet der acht Maar- und Krater- Seen, Sihailongwan ist einer dieser Seen; genauere Positionierung nicht möglich Der See hat eine Fläche von 500 m² und eine maximale Wassertiefe von 50 m. Der See ist umgeben von einem Mischwald und liegt auf einer Höhe von 797 m oberhalb des Meeresspiegels. Das Einzuggebiet des Sees ist begrenzt auf 700 m², da sich der See in einem Krater befindet. Durch das Grundwasser und durch den Niederschlag wird der See mit Süßwasser versorgt. Der See hat keine Zuflüsse und ebenso keine Abflüsse. Die Region Jilin ist charakterisiert durch kalte und trockene Winter und warme humi- de Sommer. Außerdem liegt diese Region im Einzugbereich des ostasiatischen Mon- soons, die Hauptwindrichtung ist im Winter aus nordwest und im Sommer aus süd- ost. Auch werden im Frühling große Mengen von aeolischem Material aus den Wüs- ten des asiatischen Kontinents in die Region von Jilin befördert. Der See ist vermut- lich wenig beeinflusst worden durch menschliche Aktivität, wodurch die Sedimente des Sees für die Forschung als ungestörte Abfolge limnischer und terrigener Archive zur Verfügung stehen.
  5. 5. Einleitung 3 Zusätzliche Informationen über die Region und den See sind in der Diplomarbeit von Monika Trümper und darüber hinaus der Veröffentlichung von Mingram et al., 2004 zu finden. 2.2 Fettsäuren – Grundbaustein lebender Biomasse Fettsäuren werden unterschieden in gesättigte und ungesättigte Fettsäuren. Fettsäu- ren treten sowohl in Sedimentproben als auch in Wasser-, Partikelproben, Organis- men etc. in oft hohen Konzentrationen auf. Die Doppelbindungen liegen hauptsäch- lich in der cis-Konfiguration vor. Je mehr Doppelbindungen eine Fettsäure enthält, desto weniger viskos ist sie. Der Sättigungsgrad der Fettsäuren einer Membran be- stimmt deshalb deren Stabilität und Beweglichkeit. Fettsäuren sind organische Komponenten mit einer abschließenden Carboxylgruppe (-COOH), sie sind häufig Bestandteil der Membran in Organismen. Während der Diagenese und der thermischen Reife wandeln sich die Fettsäuren zu n-Alkanen und Kohlenwasserstoffe um. Fettsäuren beinhalten üblicherweise eine gerade Anzahl der Kohlenstoffatome im Bereich ~ C14 – C24, welche durch das Coenzym A synthetisiert wird (Kenneth E. Peters et. al. 2004). Der biosynthetische Bildungsweg ist in Abb.2 anhand fünf verschiedener Biomarker exemplarisch beschrieben. Die Fettsäure C16:0 wird in mehreren komplexen Schritten durch das Coenzym A ge- bildet, durch eine direkte Verlängerung durch das Enzym Elongase entsteht die Fett- säure C18:0. Die Fettsäure C24:0 wird durch mehrere enzymatische Reaktionen aus der C16:0 synthetisiert. Die einfach ungesättigte Fettsäure C16:1ω7 ist ebenfalls ein Produkt aus der C16:0 Fett- säure, jedoch geht zuvor ein weiterer enzymatischer Schritt voraus, mit Hilfe der ∆-9 Desaturase wird die Fettsäure gebildet. Die letzte in Abb.2 dargestellte Fettsäure C18:1ω9 ist ein ∆-9 Desaturase Produkt aus der C18:0 Fettsäure.
  6. 6. Einleitung 4 Gesättigte Fettsäuren C16:0 C18:0 C24:0 Einfach ungesättigte Fettsäuren C16:1ω7 C18:1ω9 Abb.2: Biosynthetische Bildungswege; Quelle: www.lipomics.com/resources/fatty_acids.htm (06.09.2005)
  7. 7. Einleitung 5 2.3 Das Biomarker-Konzept Die im Sediment untersuchten Fettsäuren stellen Komponenten dar, die ursprünglich von Organismen gebildet wurden. So genannte Biomarker geben aufgrund ihrer Strukturmerkmale Rückschlüsse über ihre Herkunft und somit über den Auf- und Ab- bau des organischen Materials in den untersuchten Sedimenten. In der Bio- und Geochemie werden Biomarker unter anderem für die Rekonstruktion in der Evoluti- ons- und Entwicklungsgeschichte von Organismen auf der Erde benutzt. Die ältesten Biomarker lassen sich bis zu 2,7 Mrd. Jahre zurückverfolgen (J.J. Brocks et al. 1999). Die besondere Bedeutung der Biomarker beruht auf der Möglichkeit den Aufbau der organischen Materie im Sediment genauer zu ermitteln. Mit Hilfe dieser quellenspezi- fischen Substanzen kann entschieden werden, ob die gegebene Biomarkerzusam- mensetzung einer Probe durch marine, limnische, terrigene oder antropogene Ein- flüsse zurückzuführen ist. Die effektivsten Biomarker sind organische Komponenten mit spezifischen Strukturmerkmalen, welche in der Probe ausreichend erhalten geblieben sind. Somit steigt der Wert eines Biomarkers, je eindeutiger seine Korrela- tion zur Ursprungsubstanz und deren Herkunftsorganismus ist. Verwendung der Fettsäuren in der Bio- und Geochemie: Eine wichtige Klasse von Biomarkern sind die Lipide. Lipide sind organische, von Lebewesen benötigte Substanzen. Sie stellen den Grundbaustein von Zellmembra- nen dar. In ihnen sind Fettsäuren über Esterbindungen an Glycerol gebunden. Freie, nicht veresterte Fettsäuren sind dabei nicht selten Hauptbestandteil der Li- pidfraktion. Je älter ein Sediment ist, desto höher ist der Anteil der freien Fettsäuren, da das Vorhandensein intakter Lipide für lebendes oder nicht lange totes Material spricht. Die freien Fettsäuren sind jedoch nicht nur Abbauprodukte der intakten Lipi- de, sondern gehören zu den normalen Bestandteilen der Lipide innerhalb der Zell- membran.
  8. 8. Einleitung 6 Fettsäuren können verwendet werden um Aussagen über die Herkunft des Sedi- ments zu bekommen. Z.B. sind die unverzweigten, gesättigten Fettsäuren mit Kon- zentrationsmaxima bei C16:0 typisch für marine Quellen (REEMTSMA et al. 1990), während Fettsäuren mit Kettenlängen >20 C-Atome für terrigene Quellen sprechen (WANNIGAMA et al.1981). Fettsäuren vom iso- und anteiso- Typ deuten auf Bakterien hin. Typische Vertreter dieser verzweigten Fettsäuren sind iso und anteiso C14 – C17. Ungesättigte Fettsäuten wie z.B. C16:1ω8 und C18:1ω7 können ebenfalls als Indikatoren für Bakterien verwendet werden (Niggemann, 2005). 2.4 Zielsetzung Das Identifizieren und Quantifizieren der Fettsäurefraktion wirft zusammen mit den Isotopendaten folgende interessante Fragen auf: • Welche Fettsäuren treten überhaupt auf? • Wie verändert sich die Fettsäurefraktion mit der Tiefe bzw. mit dem Alter? • Was sind die Quellorganismen der Fettsäuren? • Gibt es Anzeichen für aerobe Methanoxidation im Lake Sihailongwan?
  9. 9. Material und Methoden 7 3. Material und Methoden Die Aufarbeitung der Proben wurde von Monika Trümper im Rahmen ihrer Diplomar- beit durchgeführt. Die folgende Beschreibung skizziert ihr Vorgehen von der Extrakti- on bis hin zur Säulenchromatographie. Der Sedimentkern aus dem Lake Sihailongwan, China wurde 1998 von Wissen- schaftlern des Geoforschungszentrum (GFZ, Potsdam) gewonnen. Anschließend wurde der Sedimentkern zur besseren Erhaltung eingefroren und in 35 Scheiben mit Hilfe einer Stichsäge zersägt. Die ersten 16 cm wurden in 0,5 cm Intervalle geteilt und die letzten drei Proben in 1 cm Abständen zersägt. Der Sedimentkern wurde anhand von Warven datiert, und zur Sicherheit mit dem Alter aus ermittelten 210 Pb- und 14 C- Daten abgeglichen. Folgende Sedimentproben wurden aus dem Kern entnommen und eingewogen: Tabelle1: Trockengewicht jeder Probe in [g] Einwaage Probebezeichnung Tiefe [cm] Trockengewicht [g] China_1 0,5 0,10 China_3 1,5 0,70 China_5 2,5 0,21 China_7 3,5 0,65 China_9 4,5 1,24 China_11 5,5 0,72 China_13 6,5 0,86 China_15 7,5 0,91 China_17 8,5 1,08 China_19 9,5 1,15 China_21 10,5 1,27 China_23 11,5 0,90 China_25 12,5 0,92 China_27 13,5 0,78 China_31 15,5 1,00 China_33 16,5 1,12 China_35 18,0 2,52
  10. 10. Material und Methoden 8 Vor der Extraktion wurde zur Quantifizierung der Biomarker jede Probe mit einem internen Standard versehen. Für die Extraktion wurden die oben genannten Proben mit dem Lösungsmittelge- misch DCM/MeOH (3:1) extrahiert, und die für die Biomarkeranalyse entscheidenden Komponenten bis zur weiteren Bearbeitung bei -20 °C gelagert. Anschließend wurden die Maltene (hexanlösliche Fraktion) im Gesamtextrakt von den Asphaltenen (hexanunlösliche Fraktion) getrennt und diese hinterher mit säure- aktivierten Kupferspänen entschwefelt. Mit Hilfe von Amino-propyl-Säulen wurden vier verschiedene Fraktionen unter Ein- satz von verschiedenen Lösungsmitteln gewonnen. Die Proben wurden fraktioniert in Kohlenwasserstoffe (Fraktion I), Ketone (Fraktion II), Alkohole (Fraktion III) und Fett- säuren (Fraktion IV). Während die Fraktionen I-IV in der Arbeit von M. Trümper be- handelt wurden, werden hier komplementär die Fettsäuren analysiert. 3.1 Fettsäuren – Fraktion IV 3.1.1 Derivatisierung Die getrocknete Fraktion IV wurde in einem 2 ml Reaktionsvial mit 100 µl Pyridin (ROTH, ROTIPURAN® ) und 50 µl BSTFA (bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamid) verse- hen. Um Trimethylsilylester zu bilden wird die Reaktion bei 70°C für eine Stunde im Ofen durchgeführt. Anschließend wird der erhaltene Extrakt eingedampft und mit 50 µl n-Hexan in ein 2 ml Vial mit Einsatz überführt und anschließend am GC-MS analy- siert. 3.1.2 Bestimmung der Position von Doppelbindungen Die Positionen der Doppelbindungen in ungesättigten Fettsäurederivaten wurden durch die Addition von Dimethyldisulfid untersucht. Bei der anschließenden Analyse im GC-MS entstehen charakteristische Molekül-Fragmente, die eine eindeutige Be- stimmung der Doppelbindungsposition zulassen. Dazu wird 50% der Probe in 50 µl n-Hexan mit 100 µl DMDS (Aldrich) und 20 µl einer Jod-Lösung (6% w/v in Diethylether) versetzt. Anschließend wird das Gemisch kurz
  11. 11. Material und Methoden 9 mit Stickstoff begast und für 48 h bei 50°C verschlossen im Trockenschrank aufbe- wahrt. Danach wird das Gemisch mit 500 µl n-Hexan verdünnt und mit der gleichen Menge an Na-Thiosulfat (5% w/v in Wasser) versetzt. Die obere organische Phase wird entnommen und die wässrige Phase 2x mit 500 µl n-Hexan extrahiert. Die kom- binierten organischen Phasen werden unter Stickstoffstrom eingedampft, mit 50 µl n- Hexan aufgenommen und im GC-MS analysiert. 3.1.3 GC-MS Die Analysen wurden an einem Gaschromatographen (Trace GC, Thermo), gekop- pelt mit einem Massenspektrometer (Trace MS, Thermo), durchgeführt. Die Trenn- säule des GC ist speziell für Biomarkeranalysen ausgelegt (Varion VF-5ms Säule; Länge 30 m, Durchmesser 0,25 mm, Filmdicke 0,25 µm). Mit folgenden Einstellungen wurden die Proben am GC-MS gemessen: Tabelle 2: Einstellung des GC-MS Programms. Die Identifikation der jeweiligen Komponente wurde anhand des charakteristischen Massenspektrums durchgeführt. Durch Vergleich der spezifischen Retentionszeiten können die Ergebnisse auf weitere Proben übertragen werden. Doppelbindungsiso- mere können darüber hinaus durch die Eluationsreihenfolge im Chromatogramm voneinander unterschieden werden. Zur Verifikation der Doppelbindungsisomere wurden wie oben beschrieben DMDS-Addukte hergestellt und am GC-MS vermes- sen. Injektionsvolumen [µl] 1 Durchflussrate [ml/ min] 1 Trägergas Helium Rate [°C/min] Temperatur [°C] Gehaltene Tem- peratur [min] Anfangstemperatur 60 1 Erste Rampe 10 150 0 Zweite Rampe 4 310 25
  12. 12. Material und Methoden 10 Die Quantifizierung der relevanten Peakflächen der Fettsäuren wird relativ zum inter- nen Standard (Nonadekansäure, Aldrich) durchgeführt. Die zu quantifizierenden Fettsäuren werden als TMS-Derivat (Trimethylsilyl-Derivat) detektiert. Folgendermaßen werden die Peakflächen quantifiziert: Die Peakfläche der Biomarker und des internen Standards (Nonadekansäure) wer- den mit der dazugehörigen Software des GC-MS (XcaliburTM Version 1,4, SR1) er- mittelt. Die Konzentration des injizierten Standards betrug 100 ng/µl und jede Probe wurde mit 100 µl dieses internen Standards versetzt. Anschließend kann auf die Konzentration der jeweiligen Fettsäure über das Verhältnis der Peakfläche gegen- über dem Flächeninhalt des internen Standards geschlossen werden. Die berechne- te Konzentration wird zum Schluss auf die Menge des eingewogenen Sedimentes bezogen. entSegStdIntFläche obeFlächeStdIntg gSedgC obe dim.. Pr.. )/(Pr ⋅×⋅⋅ ⋅×⋅⋅ = µ µ Abb.3: Formel zur Quantifizierung der Proben, Konzentrationsangabe in µg/g Sed. 3.1.4 GC-IRMS Die Analyse der stabilen Kohlenstoff-Isotope wurde an einem Gas- Chroma- tographen (Trace GC), gekoppelt über ein GC Combustion III Interface an ein DEL- TAplus XP Massenspektrometer, durchgeführt. Der GC ist mit der gleichen Trennsäule wie bei GC-MS-Analysen ausgestattet, und mit dem gleichen Temperaturprogramm versehen, so dass eine eindeutige Zuordnung der eluierenden Komponenten ermög- licht wird. Zur Kalibrierung wurde ein CO2-Standard verwendet, welcher jeweils am Anfang und am Ende jeder Messung in das System eingeleitet wurde. Die isotopi- sche Zusammensetzung wird relativ zum verwendeten Referenzgas ermittelt und in pro mille (‰) gegenüber VPDB (Vienna Bee Dee Belemnite) ausgedrückt (siehe Abb.4):
  13. 13. Material und Methoden 11 Abb.4: Definition der δ 13 C- Isotopenzusammensetzung. 3.1.5 Problematik von TMS-Derivaten bei der Fettsäureanalytik Die TMS-Derivate bei Fettsäuren erwiesen sich im Lösungsmittel Hexan als nicht dauerstabil. Die TMS-Derivate zersetzten sich innerhalb von wenigen Stunden bis Tagen, so dass vor jeder Injektion im GC-IRMS erneut BSTFA zugesetzt werden musste. Dabei wurde ca. 30 min vor der Injektion eine ausreichende Menge an BSTFA hinzugegeben (ca. 5 µl) und auf den Einsatz von Pyridin verzichtet. Als wahr- scheinlichste Erklärung für die Zersetzung der TMS-Derivate ist die Hydrolyse mit geringen Mengen an Kondenswasser zu nennen, welches sich beim Abdampfen des Lösungsmittels Pyridin bei einhergehender Abkühlung des Reaktionsgefäßes nach der ursprünglichen Derivatisierung bildet. Der Verzicht auf Pyridin bei der Analyse der Fettsäuren hat sich im Laufe der Versuchsreihe als positiv herausgestellt, ebenso konnte auf die lange Reaktionszeit von 1 h verzichtet werden. Eine Alternative zu den TMS-Derivaten wäre die Proben mit BF3/MeOH zu derivati- sieren. Diese Art von Derivaten hat sich in der Vergangenheit bewährt, und gezeigt, dass die Derivate über mehrere Monate bis Jahre dauerhaft stabil bleiben. [ ] 10001 tan 12 13 Pr 12 13 00 013 × ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = dardS obe C C C C Cδ
  14. 14. Ergebnisse 12 4. Ergebnisse 4.1 Charakterisierung der ungesättigten Fettsäuren Abb. 5 zeigt zwei Chromatogramme der Probe China_3. Das obere Chromatogramm (a) zeigt die Eluationsreihenfolge der Fettsäuren ohne Addition von DMDS, im unte- ren Bild (b) hingegen wurde die Probe mit DMDS umgesetzt. Die Retentionszeiten der einfach ungesättigten Fettsäuren verlängern sich und somit eluieren sie zu einem späteren Zeitpunkt. 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 Zeit [min] 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 Tiefe: 1,5 cm Alter: 1994 RelativeIntensität C12:0 aiC15:0 C15:0 C16:1 7cω C16:0 C16:1ω9 iC15:0 iC14:0 C14:0 iC16:0 aiC17:0 C17:0 C18:0 C19:0 iC17:0 C16:1 5ω C17:1ω8 C17:1ω6 C16:1ω8 C16:1ω6 C20:0 C21:0 C25:0 C26:0 C27:0 C22:0 C24:0 C23:0 C18:1ω9 C18:1ω7 C18:1ω11 RelativeIntensität Verunreinigung C16:1ω9 C16:1ω6 Tiefe: 1,5 cm Alter: 1994 iC14:0 aiC15:0 C14:0 C15:0 C16:1 7cω C16:0 iC15:0 iC16:0 C16:1 5ω iC17:1 iC17:0 C18:0 aiC17:0 C17:1 C18:4 MeC16:0 C18:2 C18:1ω9 C18:1ω7 RelativeIntensität 16 (a) (b) 18 20 22 24 26 28 30 32 Zeit [min] 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 C16:1 cω7 C16:1 cω7 Abb.5: Abbildung der Chromatogramme vor (a) und nach (b) der DMDS-Adduktion.
  15. 15. Ergebnisse 13 Die Interpretation von DMDS-Addukten an ungesättigten Fettsäuren wird beispielhaft in den folgenden Massenspektren an einem FSME–Derivat (Fettsäure-Methylester) gezeigt (Abb.6). 50 100 150 200 250 300 350 400 m/z 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 217 145 55 61 185 137 87 67 362109 168 119 235 315283207 401 444 50 100 150 200 250 300 350 400 450 m/z 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 217 173 61 69 137 83 95 168 109 119 157 263 343207 359311245 408 445 RelativeIntensitätRelativeIntensität Fettsäure ω α M α− MeOH C16:1 7cω 145 217 185362 ω 145 ω 173 α 217 α 217 α − Me-OH α − Me-OH C16:1 7cω 185 Fettsäure ω α M α− MeOH C18:1 cω9 173 217 185390 C18:1 cω9 185 Abb.6: Gezeigt sind die charakteristischen Massenspektren der Fettsäuren C16:1ω7 und C18:1ω9 aus den Standard BAME. Darauf folgend wurde die Probe China_3 ebenfalls auf ihre Doppelbindungsposition untersucht, wobei hier DMDS-Addukte an TMS-Derivate synthetisiert wurden. Exem- plarisch sind zwei Fettsäuren mit ihren dazugehörigen Massenspektren skizziert (siehe Abb.7).
  16. 16. Ergebnisse 14 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 m/z 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 213 117 75 81 87 129 420164 241 325 357283207 440405 469 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 m/z 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 185 145 75 73 87 137 275 97 311109 420226 157 357217 259 283 405 426,4 499 RelativeIntensitätRelativeIntensität Fettsäure ω α M α− TMS- C16:1 7cω 145 275 185420 C16:1 7cω 185 Fettsäure ω α M α− TMS- C16:1 cω5 117 303 213420 C16:1 cω5 213 ω 145 ω 117 α 275 α 303 α − TMS-OH α − TMS-OH Abb.7: Gezeigt sind die charakteristischen Massenspektren der Fettsäuren C16:1ω7 und C16:1ω5 aus der Probe China_3. Folgende Fettsäuren konnten mit dieser Methode anhand ihres Massenspektrums identifiziert werden. Weitere mögliche Fettsäuren mit ihren charakteristischen Frag- ment- und Molekülgrößen befinden sich im Anhang (Anhang 1a (TMS-Derivate) und 1b (BF3/MeOH-Derivate)).
  17. 17. Ergebnisse 15 Tabelle 3: Charakteristische MS-Fragmente von DMDS- Addukten an einfach ungesättigte TMS- Fettsäure-Derivaten. Charakteristische Moleküle und Fragmente als DMDS-Addukte Fettsäuren ω α Μ α-TMSOH C14:1 ω7 145 247 157 C14:1 ω5 117 275 392 185 C15:1 ω8 159 247 157 C15:1 ω6 131 275 406 185 C16:1 ω10 187 233 143 C16:1 ω9 173 247 157 C16:1 ω8 159 261 171 C16:1 ω7 145 275 185 C16:1 ω6 131 289 199 C16:1 ω5 117 303 420 213 isoC17:1 ω7 159 275 185 C17:1 ω8 159 275 185 C17:1 ω6 131 303 434 213 C18:1 ω11 201 247 157 C18:1 ω9 173 275 185 C18:1 ω7 145 303 448 213 C20:1 ω9 173 303 476 213 Mehrfach ungesättigte und gesättigte Fettsäuren wurden anhand ihres Massenspekt- rums und ihrer Eluationsreihenfolge identifiziert. Darüber hinaus haben die gesättig- ten Fettsäuren im Chromatogramm einen äquidistanten Abstand (siehe Abb.8). 4.2 Konzentration der Fettsäurezusammensetzung über Tiefe Die einfach ungesättigten Fettsäuren sind in den oberen Sedimentschichten die do- minierenden Biomarker (siehe Abb.8). Durch die Addition von Dimethyldisulfid konnte im Massenspektrum (siehe Abb.7) die Position der einfach ungesättigten Fettsäuren eindeutig identifiziert werden.
  18. 18. Ergebnisse 16 China_3 gesättigte Fettsäure China_7 China_21 Tiefe: 1,5 cm Tiefe: 3,5 cm Tiefe: 10,5 cm Alter: 1994 Alter: 1983 Alter: 1913 C12:0 C16:0 gesättigte Fettsäure 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Zeit [min] 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 aiC15:0 C16:1 7ω C16:1ω9 iC15:0 C16:1 5ω C18:2 C18:1ω9 C18:1ω7 C26:0 C28:0 C30:0 C32:0, ββ unbekannt C32:0, αβ C32:1, αβ C24:0 C22:0 gesättigte Fettsäure iC14:0 aiC15:0 C16:1 7ω C16:1ω9 iC15:0 iC16:0 C16:1 5ω iC17:0 aiC17:0 MeC16:0 C18:2 C18:1ω9 C18:1ω7 15(a) (b) (c) 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Zeit [min] 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 C18:4 C22:0 C24:0 RelativeIntensität aiC15:0 C16:1 7ω C16:1ω9 iC15:0 C16:1 5ω aiC17:0 C18:2 C18:1ω9 C18:1ω7 C26:0 C28:0 C30:0 C32:0, ββ C32:0, ββ C32:0, αβ C32:0, αβ C32:1, αβ C24:0 RelativeIntensitätRelativeIntensität 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Zeit [min] 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 C22:0 Abb.8: Beispiele an Chromatogrammen der Fettsäurefraktion aus verschiedenen Tiefen (a) Probe China_3 aus einer Tiefe von 1,5 cm (>1994) zeigt dominante kurzkettige Fettsäuren; (b) China_7 aus 3,5 cm Tiefe (>1983) zunehmende Konzentration der langkettigen Fettsäuren; (c) China_21 stammt aus 10,5 cm Tiefe (>1913) eine Domi- nanz der langkettigen Fettsäuren ist zu erkennen.
  19. 19. Ergebnisse 17 Um die Veränderung der Fettsäurezusammensetzung mit der Tiefe zu visualisieren, werden einzelne Fettsäuren zu Gruppen zusammengefasst und deren Konzentratio- nen addiert (siehe Anhang 2). Folgende sechs Gruppen werden unterschieden: • mittlere Kettenlänge gesättigter n-Fettsäuren: Kettenlänge C12 – C20 • lange Kettenlänge gesättigter n-Fettsäuren: Kettenlänge C21 – C30 • einfach ungesättigte Fettsäuren: C16:1, C17:1, C18:1 • mehrfach ungesättigte Fettsäuren: C18:2, C18:4 • kurzkettige verzweigte Fettsäuren aus Bakterien: (iso, anteiso, 10- Me-C16:0) • Pentazyklische Triterpenoidsäuren (C32-Hopansäuren) China_1 0,5 cm 1998 China_5 2,5 cm 1989 China_11 5,5 cm 1973 China_13 6,5 cm 1964 China_17 8,5 cm 1941 China_21 10,5 cm 1913 China_31 15,5 cm 1853 China_25 12,5 cm 1887 Fettsäuren aus Bakterien 10 a 25 a 34 a 57 a85 a 111 a 145 a Legende: gesättigte n- Fettsäuren: Kettenlänge C C12 20- (limnisch) Pentazyklische Triterpenoid- säuren (C -Hopansäuren)32 mehrfach ungesättigte Fettsäuren einfach ungesättigte Fettsäuren gesättigte n- Fettsäuren: Kettenlänge C C21 30- (terrigen) Abb.9: Veränderung der Zusammensetzung der Fettsäuren über einen Zeitraum von 145 Jahren im Untersuchungsgebiet.
  20. 20. Ergebnisse 18 1998 Konzentration Biomarker [µg/g Sed.] 1994 1989 1983 1977 1973 1964 1954 1941 1928 1913 1898 1887 1877 1853 1837 1809 Ablagerungszeitpunkt[a] 0 200 1000 2000 Fettsäuren aus Bakterien Legende: gesättigte n-Fettsäuren: Kettenlänge C - C (limnisch)12 20 mehrfach ungesättigte Fettsäuren einfach ungesättigte Fettsäuren gesättigte n-Fettsäuren: Kettenlänge C - C (terrigen)21 30 Pentazyklische Triterpenoid- säure (C )32-Hopansäuren In Abb.9 werden die Konzentrationsverhältnisse der sechs verschiedenen Gruppen zueinander beschrieben und über Tiefe betrachtet. Allgemein ist die Zunahme der gesättigten n-Fettsäuren mit zunehmender Sedimenttiefe zu beobachten. Hierbei überwiegen die terrigenen Komponenten (Kettenlänge C21 – C30) eindeutig gegen- über den limnischen (Kettenlänge C12 – C20) Komponenten. So machen in z.B. 18 cm Sedimenttiefe ca. ¾ aller ermittelten Fettsäuren die gesättigten Fettsäuren aus. Bei den gesättigten langkettigen Fettsäuren ist im Vergleich zu den restlichen fünf Grup- pen ein zunehmender Trend mit der Tiefe zu beobachten. Daraus resultierend, ver- ringern die restlichen fünf Gruppen (mit Ausnahme der Pentazyklische Triterpenoid- säuren) im Verhältnis zu den langkettigen gesättigten Fettsäuren ihre Konzentration mit zunehmender Tiefe. Die C32-Hopansäuren steigen über die ersten 8,5 cm im Verhältnis zu den anderen an, nehmen aber anschließend wieder ab. Abb. 10 zeigt sowohl die Verhältnisse zueinander als auch die absoluten Konzentra- tionen der oben beschriebenen sechs Gruppen. Die genannten Beziehungen über die Tiefe bestätigen sich auch in diesem Plot. Mit der Tiefe abnehmende Konzentrationen zeigen die kurzkettigen gesättigten Fettsäuren (von 425 µg/g Sed. auf 14 µg/g Sed.), die einfach ungesättigten Fettsäuren (von 734 µg/g Sed. auf 10 µg/g Sed.), die mehrfach ungesättigten Fettsäuren (von 210 µg/g Sed. auf 3 µg/g Sed.), und die Fettsäuren aus Bakterien (von 246 µg/g Sed. auf 4 µg/g Sed.). Die Konzentration der langkettigen gesättigten Fettsäuren bleibt mit zunehmender Sedimenttiefe relativ konstant (von 148 µg/g Sed. auf 110 µg/g Sed.) und die Abb.10: Veränderung der absoluten Konzentration mit zunehmender Sedimenttiefe.
  21. 21. Ergebnisse 19 Hopansäuren wie erwähnt zuerst steigend und anschließend wieder fallend (von 24 µg/g Sed. über 90 µg/g Sed. auf 70 µg/g Sed.). Die größten Konzentrationsunter- schiede sind bei den gesättigten kurzkettigen n-Fettsäuren sowie bei den einfach ungesättigten Fettsäuren zu beobachten. Genauere Informationen über Konzentrati- onen einzelner Biomarker befinden sich im Anhang 3a-3d. Die folgende Abb.11 zeigt einzelne ausgewählte Biomarker über die Tiefe dargestellt. Insgesamt wurden vier verschiedene Biomarker aufgetragen. Jeder Biomarker spie- gelt den Verlauf seiner zugehörigen Gruppe wieder. Der Tiefenverlauf der Fettsäuren von C16:0 und C16:1ω7 ist fast identisch. In den oberen 1,5 cm Sediment ist die Kon- zentrationsabnahme der beiden kurzkettigen Fettsäuren sehr hoch, regelt sich an- schließend auf eine geringere, aber konstante Abnahme ein. Die einfach ungesättig- te Fettsäure C16:1ω7 ist ab einer Sedimenttiefe von 1,5 cm niedriger konzentriert als die gesättigte Fettsäure C16:0, die Konzentrationsdifferenz bleibt jedoch über die rest- liche Tiefe gleich. Die langkettige gesättigte Fettsäure C24:0 bleibt mit zunehmender Sedimenttiefe kon- stant mit Ausnahme von drei Messpunkten im oberen Bereich des Sediments (Chi- na_3, China_5 und China_9; siehe Anhang 3c). Die Hopansäure ββ−C32:0 zeigt, dass die Konzentration zuerst steigt (bis 1940), im Zeitraum von 1940 – 1880 aber kurzzei- tig sinkt und anschließend wieder steigt (siehe Abb.11) Abb.11: Veränderung der Konzentration von Fettsäuren über einen Zeitraum von 189 Jahren im Untersuchungsgebiet. 1800 1820 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 0 50 100 150 200 250 Konzentrationen Biom arker [µg/g Sed. ] Ablagerungszeitpunktin[a] C16:0 C16:1 w 7 C24:0 C32:0 Hopan b,b
  22. 22. Ergebnisse 20 4.3 Hopansäuren Hopane sind pentazyklische Triterpene deren übliche Kettenlängen 27 – 35 Kohlen- stoffatome umfassen. Die Abb. 12 zeigt die Zunahme aller Hopansäuren mit der Tie- fe. Die drei Hopansäuren ββ-C32:0, αβ-C32:0 und ββ−C32:1 haben einen parallelen Ver- lauf. Die Konzentrationen aller in Abb.12 gezeigten Hopansäuren steigen zunächst (bis maximal 1940), fallen anschließend (um die 1880) und steigen wieder (bis 1813; letzte untersuchte Probe). Die Hopansäure ββ−C32:0 ist deutlich dominierend, und die Konzentrationen sind um ein Vielfaches höher als die der αβ−C32:0 und ββ−C32:1 Isomeren. Hopansäuren 1800 1820 1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Konzentration Biomarker in [µg/g Sed.] Ablagerungszeitpunkt[a] C32:0 Hopan a,b C32:0 Hopan b,b C32:1 Hopan a,b Abb.12: Veränderung der Konzentration von Hopansäuren über einen Zeitraum von 189 Jahren im Untersuchungsgebiet. 4.4 Unbekannte Fettsäure Probe China_21 zeigt eine Fettsäure, die nicht identifiziert werden konnte (siehe Abb. 8c). Die Fettsäure nimmt mit zunehmender Tiefe an Konzentration zu (siehe Anhang 3d), während ihre C-Isotopie weitestgehend konstant bleibt (siehe Tabelle 4). Diese Fettsäure wird in den Chromtogrammen als unbekannt gekennzeichnet und im Bericht nicht weiter verfolgt. Chromatogramm und Massenspektrum befinden sich im Anhang (Anhang 4).
  23. 23. Ergebnisse 21 n = Anzahl C- Atome der freien FS m = Anzahl C- Atome der TMS- Derivate (3) 4.5 Stabile Kohlenstoff-Isotopenverhältnisse Alle Fettsäure-Fraktionen wurden auf das stabile Isotopenverhältnis zwischen 13 C und 12 C untersucht (Tabelle 4). Die Korrektur für die Einführung von drei Kohlenstoff- atomen durch die TMS-Derivatisierung wurde mit folgender Formel durchgeführt: stfreigem TMS mn m FS mn n FS Re. 13 + + + =δ ⇔ n TMSmFSmn FS stgem frei )())(( Re 13 . 13 13 δδ δ ×−×+ = Abb.13: Korrekturformel für die Ermittlung der freien Fettsäuren.
  24. 24. Ergebnisse 22 Tabelle 4: δ13 C Werte (in ‰ VPDB) ausgewählter Biomarker nach Korrektur durch die Einführung einer TMS-Gruppe (δ13 CTMS =-36.0 ‰) (Rohdaten der Isotopenmessung befinden sich im Anhang 5a-5c). Probe Tiefe Alter C14:0 anteiso C15:0 C16:1 ω9 C16:1 ω7 C16:1 ω5 C16:0 C18:2 C18:1 ω9 C18:1 ω7 C18:0 C24:0 C26:0 α,β- C32:0 unbe- kannt (C35) β,β−C32:1 β,β−C32:0 China_1 0,5 1998 -34,3 -32,5 -28,2 -37,8 -50,0 -33,6 -33,7 -38,7 -43,2 -31,5 -33,6 -34,4 - - - -57,3 China_3 1,5 1994 -35,2 -35,8 -34,2 -37,3 -51,4 -34,9 -36,8 -38,2 -37,3 -29,2 -33,4 -34,8 - - - -61,0 China_5 2,5 1989 -33,9 -33,0 - -34,5 -55,8 -33,7 -35,7 -36,0 -42,5 -29,4 -35,3 -37,0 -64,2 - -82,3 -62,8 China_7 3,5 1983 -36,0 -33,8 - -57,3 -79,3 -37,4 -36,8 -36,8 -34,6 -26,4 -38,2 -39,9 -58,9 - -80,2 -60,8 China_9 4,5 1977 -36,2 -35,5 - -47,3 -68,5 -34,7 -34,3 -37,9 -38,3 -28,0 -35,7 -36,7 - - -82,7 -67,2 China_11 5,5 1973 -37,3 -37,6 - -46,8 -59,6 -34,9 -35,3 -39,9 -32,0 -29,9 -37,2 -38,4 -70,6 -41,4 -86,9 -67,1 China_13 6,5 1964 -37,2 -37,1 - -54,2 -80,5 -35,8 -34,6 -36,3 -33,8 -28,9 -35,4 -37,0 -60,4 -44,5 -93,0 -61,0 China_15 7,5 1954 -39,0 -36,0 - -54,3 -76,3 -39,0 - -36,8 -37,8 -33,2 -35,9 -37,2 -60,9 -45,0 -86,3 -67,0 China_17 8,5 1941 -38,8 -36,2 - -49,4 -67,2 -36,5 -39,7 -36,2 -36,5 -32,6 -35,0 -36,3 -60,8 -41,3 -81,4 -62,0 China_19 9,5 1928 -40,6 -36,2 - -55,2 -82,6 -39,8 -40,2 -36,2 -38,5 -32,3 -34,2 -35,2 -54,3 -43,3 - -59,5 China_21 10,5 1913 -39,7 -36,7 - -52,0 -67,1 -35,6 - -37,3 -35,4 -31,2 -34,4 -35,8 -56,7 -42,4 - -58,3 China_23 11,5 1898 -39,9 -34,6 - -62,4 -67,7 -33,2 -35,3 -39,9 -39,9 -31,1 -34,5 -35,9 -62,3 -42,1 - -60,7 China_25 12,5 1887 -37,5 -40,3 - -56,5 -62,4 -33,7 - -34,6 -40,8 -29,5 -33,2 -34,3 -57,7 -42,5 - -60,1 China_27 13,5 1877 -34,2 -35,7 - -58,2 - -32,3 -34,3 -34,7 - -28,9 -33,2 -33,8 -56,9 -42,1 - -57,4 China_31 15,5 1853 -37,7 -33,8 - -54,4 -43,7 -34,3 - -46,6 - -26,0 -36,9 -35,6 -62,9 -44,1 - -62,7 China_33 16,5 1837 -36,6 -37,6 - - - -33,3 -29,2 -37,6 - -26,9 -34,2 -34,2 -59,1 -42,4 - -56,6 China_35 18 1809 -36,9 -33,0 - -49,5 -50,5 -34,5 -30,4 -34,7 -39,6 -31,3 -33,3 -33,9 -56,8 -42,7 -73,1 -57,8
  25. 25. Ergebnisse 23 In Abb. 1 sind charakteristische terrestrische, bakterielle und limnische Biomarker aufgeführt. Die Hopansäure ββ−C32:0 , aus Bakterien stammend, weist von den vie- ren die leichteste Isotopie auf, ihr Isotopenverhältnis beträgt zwischen -67 und -57 ‰. Ein sehr breites Isotopenspektrum hat die einfach ungesättigte Fettsäure C16:1ω7, ein genereller Biomarker für Bakterien oder Primärproduzenten (Phytoplankton). Ihr Isotopensignal liegt zwischen -62 und -35 ‰. Die Fettsäure C24:0 ist ein terrestrischer Biomarker mit einem durchschnittlichen Isotopenverhältnis im Bereich von -38 und - 33 ‰, ein ähnliches Isotopensignal beschreibt die Isotopenkurve der limnischen Fettsäure C16:0 (-40 und -32 ‰). Abb.14: Vier unterschiedliche Biomarker mit unterschiedlichen Isotopenverhältnissen über einen Zeitraum von 189 Jahren im Untersuchungsgebiet. 1800 1850 1900 1950 2000 -80 -60 -40 -20 δ 13 C [‰ ] Ablagerungszeitpunkt[a] C16:0 C16:1 w 7 C24:0 b,b-C32:0
  26. 26. Diskussion 24 5. Diskussion 5.1. Gesättigte Fettsäuren – Konzentration und C-Isotopie Unabhängig von der Kettenlänge nehmen die gesättigten n-Fettsäuren mit zuneh- mender Sedimenttiefe an relativer Konzentration zu, vor allem die terrestrischen Fettsäuren haben einen starken relativen Zuwachs mit der Tiefe. Im Gegensatz zu den ungesättigten- oder verzweigten Fettsäuren (bakterielle Fettsäuren) haben die langkettigen Fettsäuren eine bessere Erhaltung. Die kurzkettigen Fettsäuren sind jedoch eher unspezifisch, d.h. sie werden aus ver- schiedenen Quellen generiert und können somit nicht einer Gruppe von Organismen zugeordnet werden. Jedoch ist die steigende Fraktion der kurzkettigen Fettsäuren vermutlich ein Anzeiger für eine in situ Produktion durch im Sediment lebende Orga- nismen (Cranwell 1984; Gong und Hollander 1997). Anders die langkettigen Fettsäu- ren, sie gelten als Indikator für Landpflanzen (e.g. Meyers 1997) und werden domi- nant durch Transportvorgänge in den See verfrachtet. Mit Hilfe der ACL (average chain length) kann untersucht werden, ob sich der Eintrag generell über die Zeit verändert hat. In der Diplomarbeit von Monika Trümper wurden die n-Alkane mit der ACL-Methode beschrieben und es wurde festgestellt, dass der Eintrag von terrigenem Material in den Lake Sihailongwan über die letzten 200 Jahre relativ konstant geblieben ist. Die Fettsäuren hingegen beschreiben keinen konstan- ten Verlauf der ACL (siehe Abb. 1). Dieses Ergebnis mag aber auch durch den vor- rangigen Zerfall der langkettigen TMS-Derivate beeinflusst sein. Ähnliches ist auch verstärkt bei den Hopansäuren beobachtet worden (siehe Kap. 3.1.5). Folgendermaßen ist die ACL definiert: [ ] [ ] [ ]( ) [ ] [ ] [ ]( )282624 282624 )2824( 282624 CCC CCC ACL CC ++ ++ =− Abb.15: Die Fettsäuren C24:0, C26:0, C28:0 beschreiben die Veränderung des terrigenen Eintrags über die Zeit.
  27. 27. Diskussion 25 1800 1840 1880 1920 1960 2000 23.0 23.5 24.0 24.5 25.0 25.5 26.0 26.5 27.0 ACL (C24 - C28)Ablagerungszeitpunkt[a] Abb.16: Veränderung der ACL (C24 – C25) der Fettsäuren mit der Zeit. In Abb.16 ist der Trend zu höheren ACL-Werten mit steigender Sedimenttiefe zu be- obachten. Dieser Trend kann verbunden sein mit einer Veränderung des terrestri- schen organischen Materials in den See über die letzten 200 Jahre. Jedoch weitere Aussagen über z.B. klimatische Veränderungen während dieser Zeit zu treffen, kann mangels ausreichender Daten nicht getroffen werden. Terrestrische langkettige Fettsäuren bestehend aus C3- Pflanzen haben eine C- Isotopie von ungefähr -35‰ - 30‰ VPDB (Naraoka und Ishiwatari 2000); dieser Iso- topenbereich stimmt größtenteils mit den gemessenen Werten der langkettigen Fett- säuren C24:0 und C26:0 überein (Tabelle 4). Üblicherweise sind die langkettigen gesät- tigten Fettsäuren gegenüber den kurzkettigen gesättigten Fettsäuren isotopisch leichter (Niggemann 2005). In der Abb. 14 zeigen jedoch kurzkettige und langkettige gesättigte Fettsäuren nahezu die gleiche C-Isotopie. Im Kapitel 5.5 wird die Ver- schiebung der C-Isotopie der kurzkettigen gesättigten Fettsäuren zu leichteren Isoto- penwerten erläutert.
  28. 28. Diskussion 26 5.2 Ungesättigte Fettsäuren – Konzentration und C-Isotopie Die ungesättigten C16 und C18 Fettsäuren sind häufig in Algen (e.g. Volkman et. al. 1980b; Volkman et. al. 1989), Bakterien (e.g. Volkman et al. 1980b) und Zooplankton (e.g. Lee at. al. 1971) vorzufinden. Im Lake Sihailongwan kommen die einfach unge- sättigten Fettsäuren wie z.B. C16:1ω 9, C16:1ω7, C16:1ω6, C16:1ω5, C17:1ω8, C17:1ω6, C18:1ω9, C18:1ω7 an der Sedimentoberfläche vor. Die Konzentration jeder einzelnen einfach ungesättigten Fettsäure sinkt jedoch mit zu- nehmender Sedimenttiefe auf kleine Werte (siehe Abb. 8a, 8b, 8c). Die Fettsäuren C16:1ω 9, C16:1ω6, C17:1ω8, C17:1ω6 haben nach wenigen cm Sedimenttiefe nur noch vereinzelnd nachweisbare Konzentrationen. Hingegen machen die einfach ungesät- tigten Fettsäuren C16:1ω7 und C18:1ω9 in den obersten cm des Sediments den größten Pool aus. Die Fraktion der einfach ungesättigten Fettsäuren vermindert sich mit zu- nehmender Sedimenttiefe und weist im Vergleich zu den gesättigten Fettsäuren ei- nen labileren Charakter auf. Mehrfach ungesättigte Fettsäuren sind reichlich im Plankton (e.g. Volkman et al. 1989; Wakeham 1995) vorhanden, aber auch im Zooplankton (Lee et al. 1971). Die mehrfach ungesättigten Fettsäuren zersetzt sich jedoch relativ rasch in der Wasser- säule und im Sediment, sie kommen daher nur in geringen Konzentrationen an der Sedimentoberfläche vor (e.g. Budge and Parrish 1998; Wakeham et al. 1997a). Die Kohlenstoffisotope der mehrfach ungesättigten Fettsäuren (z.B. C18:2) haben eine ähnliche C-Isotopie wie die kurzkettige gesättigte Fettsäure C16:0 (Abb.14 und Tabel- le 4). 5.3 Bakteriell erzeugte Fettsäuren Verzweigte iso und anteiso Komponenten sind gewöhnlich aus Bakterien stammend (Volkman et al., 1998). Die Konzentrationen der verzweigten Verbindungen (z.B. iso und anteiso C15:0 (siehe Abb.8)) nehmen deutlich mit zunehmender Sedimenttiefe ab. Somit ist die Erhaltung der dominanten verzweigten Fettsäuren z.B iso-anteiso C15:0 wahrscheinlich nicht stabil. Die stabilen Kohlenstoffisotopenverhältnisse der Fettsäuren iso-anteiso C15:0, und iso C16:0 haben ein Isotopensignal von -20 ‰ in marinen Systemen (S.I. Bühring 2005).
  29. 29. Diskussion 27 Im Lake Sihailongwan befinden sich die C-Isotopenwerte zwischen -40 und -34 ‰, und unterscheiden sich dementsprechend deutlich von den eben genannten marinen verzweigten Fettsäuren. 5.4 Aerobe Methanoxidation im Lake Sihailongwan 5.4.1 Hopansäuren In der Literatur werden die unterschiedlichen Konfiguration αβ und ββ als geologi- sche und biologische Komponente bezeichnet. Es wird beschrieben, dass mit zu- nehmender Reife des Sediments die geologische Komponente (αβ−C32:0) zu, und gleichzeitig die biologische Komponente (ββ-C32:0) abnimmt (Kenneth E. Peters et. al. 2004). Dieser Trend ist bei den Hopansäuren im Lake Sihailongwan jedoch nicht zu beo- bachten (Abb. 12). Die biologische und geologische Komponente Verlaufen quasi parallel zueinander. Eine Ursache könnte der kurze Zeitrahmen von knapp 200 Jah- ren sein. Eine weitere Erklärung der parallel verlaufenden Kurven wird auch in der Veröffentlichung Thiel et al. (2003) diskutiert, in dem beschrieben wird, dass die geo- logische Komponente (αβ-C32:0) auch biologisch gebildet werden kann. 5.4.2 Hopansäuren – C-Isotopie Hopansäuren werden als Biomarker für aerobe Bakterien betrachtet (Rohmer et al., 1984), sie kommen häufig in Cyanobakterien und methanotrophen Bakterien vor. Die sehr leichten Isotopenwerte der Hopansäuren ββ-C32:1, αβ−C32:0 und ββ− C32:0 sind in Verbindung mit der aeroben Methanoxidation zu sehen. Das Isotopensignal der einfach ungesättigten Hopansäure ββ− C32:1 von maximal -93 ‰ ist vermutlich ein reines methanotrophes Signal, wobei die Isotopensignale der gesättigten Hopansäu- ren als ein gemischtes Signal aus Cyanobakterien und methanotrophen Bakterien betrachtet werden kann. Die Isotopenwerte der αβ− C32:0 und ββ - C32:0 liegen zwi- schen -56,3 und -74,4 ‰ und sind damit eindeutig schwerer als die einfach ungesät- tigte Hopansäure (siehe Tabelle 4). Die Differenz der Isotopensignale zwischen den
  30. 30. Diskussion 28 gesättigten Hopansäuren und ββ− C32:1 ist durch die Zumischung von Hopansäuren aus Cyanobakterien (δ13 C ~ -35 ‰ wie Primärproduktion Biomarker) verbunden. Prozess der aeroben Methanoxidation: OHCOOCH 2224 2 +→+ Abb.17: Reaktionsgleichung der aeroben Methanoxidation Durch Bakterien wird Methan in Anwesenheit von Sauerstoff zu CO2 und Wasser zersetzt (Abb. 17). Da die Oxidation des Methans im Hypolimnion des Sees stattfin- det, hat dies einen direkten Einfluss auf den gesamten CO2-Haushalt (siehe Kap. 5.5.). 5.5. Dynamik des Lake Sihailongwan Einfluss der Methanoxidation auf den CO2-Haushalt des Sees und auf die C- Isotopie der Biomarker Das aus der aeroben Methanoxidation entstehende isotopisch leichte CO2 (siehe Abb.18) vermischt sich mit dem CO2 aus der photischen Zone. Daraus resultierend steht den Primärproduzenten (Algen etc.) eine isotopisch leichtere Kohlenstoffquelle zur Verfügung. Die isotopisch analysierten Biomarker weisen dementsprechend eine leichtere C-Isotopie von -33 ‰ auf. Die Primärproduzenten aus marinen Systemen hingegen haben ein Isotopensignal von -20 ‰ (Niggemann 2005). Durch den großen CO2-Pool der Ozeane ist das aus Methan produzierte leichte CO2 vernachlässigbar. Um die erhöhte C-Isotopie der Primärproduzenten im Lake Sihailongwan zu erklären ist es notwendig die Methanoxidation für die Veränderung der C-Isotopie der Primär- produzenten mit einzubeziehen. Diese eben skizzierte Dynamik des CO2-Haushaltes im Lake Sihailongwan wird in Abb. 18 genauer veranschaulicht.
  31. 31. Diskussion 29 CH4 CO2 Abbau Corg Primärproduktion Algen (etc.) CO2 CO2 CH O2 CH O2 CH + 2O ---> CO + H O4 2 2 2 aerobe Methanoxidation durch Bakterien Mixing- zone C-Isotopie des CO2 0 / (Atm.) 0 oo -20 / 0 oo (PP) -33 / (PP + CH )0 oo 4 -60 / (CH ) 0 oo 4 6C H O + 6H O6 6 2O +12 O ---> C H O +2 2 6 12 Promärproduzenten (Algen etc.) anoxisches Milieu photische Zone Epilimnion Hypolimnion Biomarker(C16:0) 2 2 1 1 Abb.18: Einfluss der Methanoxidation auf den CO2-Haushalt des Sees und auf die C-Isotopie der Biomarker.
  32. 32. Schlussfolgerung 30 6. Schlussfolgerung In dem vorherigen Kapitel wurden generelle Trends der Biomarkereigenschaften dis- kutiert, und im Folgenden werden die wichtigsten Aussagen zusammengefasst: Die Erhaltung der langkettigen gesättigten Fettsäuren mit zunehmender Sedimenttie- fe ist erheblich besser als es bei den kurzkettigen, verzweigten, den einfach und mehrfach gesättigten Fettsäuren der Fall ist. Die Konzentration der langkettigen ge- sättigten Fettsäuren bleibt als einzige Biomarkergruppe über die letzten 200 Jahre in etwa konstant. Während die langkettigen gesättigten Fettsäuren Hinweise über terrigenen Eintrag geben, lassen die kurzkettigen gesättigten- und die mehrfach ungesättigten Fettsäu- ren auf Primärproduzenten im Lake Sihailongwan schließen. Verzweigte Fettsäuren, vor allem die im See zu findenden iso C15:0 und anteiso C15:0, weisen auf Aktivitäten von Bakterien hin. Die C-Isotopie der im limnischen System auftretenden kurzkettigen gesättigten Fett- säuren unterscheidet sich von den äquivalenten marinen Komponenten erheblich. Die Verschiebung zu leichteren Isotopenwerten kann mit der im Lake Sihailongwan stattfindenden aeroben Methanoxidation in Verbindung gebracht werden. Die Vermu- tung, dass aerobe Methanoxidation stattfindet wird bekräftigt durch die mit zuneh- mender Sedimenttiefe auftauchenden Hopansäuren. Hopansäuren sind Biomarker für aerobe Bakterien und Cyanobakterien. Anhand der leichten C-Isotopie der Ho- pansäuren ist die Oxidation des Methans durch Bakterien begründet. Die Hopansäu- re ββ-C32:1 zeigt ein eindeutiges methanotrophes Signal, hingegen weisen die Ho- pansäuren αβ-C32:0 und ββ-C32:0 ein Mischsignal von aeroben Bakterien und Cyano- bakterien auf.
  33. 33. Danksagung 31 7. Danksagung Meinen wissenschaftlichen Betreuern Herrn Prof. Dr. Kai-Uwe Hinrichs und Herrn Prof. Dr. Gerhard Bohrmann möchte ich für die freundliche Überlassung des Themas und für ihren vielseitigen fachlichen Rat danken. Dr. Marcus Elvert möchte ich meinen besonderen Dank aussprechen, weil er mich in jeder Phase der Arbeit sehr sachkundig und richtungsweisend begleitete, mich stets ermunterte und viel Geduld zeigte. Ferner möchte ich danken: Dr. Daniel Birgel und Xavier Prieto für die intensive Betreuung im Labor und für die Unterstützung bei der Durchführung und Anfertigung dieser Arbeit. Arne Leider, Simone Pannike und Julio Sepulveda für die angenehme Arbeitsa- tosphäre und die Unterstützung, die mir in den letzten sechs Wochen zuteil wur- de.
  34. 34. Literaturverzeichnis 32 8. Literaturverzeichnis • Anderson, Thomas R., 2005. Lipomics. WWW Page, http://www.lipomics.com/resources/fatty_acids/index.htm (06.09.2005). • Brocks J.J., Logan Graham. A., Buick Roger, Summons Roger E, L,. 1999. Archean molecular fossils and the early rise of eukaryotes. Sci- ence 285, 1033-1036, • Bühring S.I., Elvert M., Witte U., 2005. The microbial community structure of different permeable sandy sediments characterized by the investiga- tion of bacterial fatty acids and fluorescence in situ hybridization. Envi- ronmental Microbiology 7(2), 281-293 • Budge SM, Parrish CC, 1998. Lipid biogeochemie of plankton, settling matter and sediments in Trinity Bay, Newfoundland. II. Fatty acids. Org. Geochem. 29, 1547-1559. • Cranwell PA (1984), Lipid geochemistrie of sediments from Upton Broad, a small productive lake. Org. Geochem. 7, 25-37. • Kenneth E. Peters, Clifford C. Walters, Michael Moldowan, 2004. The Biomarker Guide Volume 1. Cambridge, Cambridge University Press, 451 S. • Kenneth E. Peters, Clifford C. Walters, Michael Moldowan, 2004. The Biomarker Guide Volume 2. Cambridge, Cambridge University Press, 1132 S. • Lee RF, Hirota J, Barnett AM, 1971. Distribution and importance of wax esters in marine copepods and zooplankton. Deep-Sea Res. 18, 1147- 1165 • Mingram J., Allen J.R.M., Brüchmann C., Liu J., Luo X., Negendank J.F.W., Nowaczyk N., Schettler G., 2004. Maar- and crater lakes of zhe Long Gang Volcanic Field (N.E. China) –overview, laminated sediments, and vegetation history of the last 900 years. Quaternary International 123-125, 135-147. • Meyers PA, 1997. Organic geochemical proxies of paleoceanographic, paleolimnologic, and paleoclimatic processes. Org. Geochem. 27, 213- 250 • Naraoka H, Yamada K, Ishiwatarie R, 2000. Recent sedimentary ho- panoids in the northwest Pacific alongside the Japanese Islands – their concentrations and crbon isotopic compositions. Org. Geochem. 31, 1023-1029.
  35. 35. Literaturverzeichnis 33 • Niggemann, Jutta, 2005. Composition and degradation of organic matter in Sediments from the Peru-Chile upwelling region. Dissertation, Univer- sität Bremen, 200 S. • Rohmer, M, Bouvier-Nave P, Ourisson G (1984) Distribution of hopanoid triterpenes in prokaryotes. Journal of General Microbiology 130, 1137- 1150 • Reemtsma T, Ittekkot V,. 1992. Determination of factors controlling the fatty acid composition of settling particles in the water column by princi- pal-component analysis and their quantitative assessment by multiple regression. Org. Geochem. 18, 121-129 • Thiel V, Blumenberg M, Pape T, Seifert R, Michaelis W, 2003. Unexpected ocurrence of hopanoids az gas seeps in the Black Sea. Organic Geo- chemistry 34, 81-87 • Trümper, Monika, 2005. Lake sediments as archives for atmospherically transported pollutants and aquatic ecological changes in the industrial era (1800- present). Diplomarbeit, Universität Bremen, 61 S. • Volkman JK, Johns RB, Gillan FT, Perry GJ, Bavor HJ (1980b). Microbial lipids of an intertidal sediment – I. Fatty acids and hydrocarbons. Geo- chem. Cosmochim. Acta 44, 1133-1143 • Volkman JK, Jeffrey SW, Nichols PD, Rogers GI, Garland CD, 1989. Fatty acid and lipid compositions of 10 species of microalgae used in maricul- ture. J. Experim. Mar. Biol. Ecol. 128, 219-240 • Volkman, J.K., Barrett, S.M., Blackburn, S.I., Mansour, M.P., Sikes, E.L., Gélin, F., 1998. Microalgal biomarkers: a review of recent research de- velopments. Org. Geochemistry 29, 1163-1179. • Wakeham SG, 1995. Lipid Biomarkers for heterotrophic alteration of suspended particulate organic matter in oxygenated and anoxic water columns of the ocean. Deep-Sea Res. I 42, 1749-1771 • Wakeham SG, Hedges JI, Hernes PJ, Peterson ML, 1997b. Molekular in- dikators of diagenetic status in marine organic matter. Geochem. Cos- mochi. Acta 61, 5363-5369. • Wannigama G.A., Volkman J.K., Gillan, F.T., Nichols P.D., Johns R.B. 1981. A comparison of lipid components of the fresh and dead leaves and pneumatophores of the mangrove. Avecennia marina. Phytochemis- try 20, 659-666.
  36. 36. Anhang 34 9. Anhang
  37. 37. Anhang 1a: Potentielle Fettsäuren und deren charakteristischen Moleküle und Fragmente als DMDS-Addukte Fett- säure ω α Μ α-TMSOH Fett- säure ω α Μ α-TMSOH C13:1 ω9 173 205 115 C17:1 ω9 173 261 171 C13:1 ω8 159 219 129 C17:1 ω8 159 275 185 C13:1 ω7 145 233 143 C17:1 ω7 145 289 199 C13:1 ω6 131 247 157 C17:1 ω6 131 303 213 C13:1 ω5 117 261 171 C17:1 ω5 117 317 227 C13:1 ω4 103 275 185 C17:1 ω4 103 331 241 C13:1 ω3 89 289 199 C17:1 ω3 89 345 255 C13:1 ω2 75 303 213 C17:1 ω2 75 359 269 C13:1 ω1 61 317 378 227 C17:1 ω1 61 373 434 283 C14:1 ω9 173 219 129 C18:1 ω9 173 275 185 C14:1 ω8 159 233 143 C18:1 ω8 159 289 199 C14:1 ω7 145 247 157 C18:1 ω7 145 303 213 C14:1 ω6 131 261 171 C18:1 ω6 131 317 227 C14:1 ω5 117 275 185 C18:1 ω5 117 331 241 C14:1 ω4 103 289 199 C18:1 ω4 103 345 255 C14:1 ω3 89 303 213 C18:1 ω3 89 359 269 C14:1 ω2 75 317 227 C18:1 ω2 75 373 283 C14:1 ω1 61 331 392 241 C18:1 ω1 61 387 448 297 C15:1 ω9 173 233 143 C19:1 ω9 173 289 199 C15:1 ω8 159 247 157 C19:1 ω8 159 303 213 C15:1 ω7 145 261 171 C19:1 ω7 145 317 227 C15:1 ω6 131 275 185 C19:1 ω6 131 331 241 C15:1 ω5 117 289 199 C19:1 ω5 117 345 255 C15:1 ω4 103 303 213 C19:1 ω4 103 359 269 C15:1 ω3 89 317 227 C19:1 ω3 89 373 283 C15:1 ω2 75 331 241 C19:1 ω2 75 387 297 C15:1 ω1 61 345 406 255 C19:1 ω1 61 401 462 311 C16:1 ω9 173 247 157 C20:1 ω9 173 303 213 C16:1 ω8 159 261 171 C20:1 ω8 159 317 227 C16:1 ω7 145 275 185 C20:1 ω7 145 331 241 C16:1 ω6 131 289 199 C20:1 ω6 131 345 255 C16:1 ω5 117 303 213 C20:1 ω5 117 359 269 C16:1 ω4 103 317 227 C20:1 ω4 103 373 283 C16:1 ω3 89 331 241 C20:1 ω3 89 387 297 C16:1 ω2 75 345 255 C20:1 ω2 75 401 311 C16:1 ω1 61 359 420 269 C20:1 ω1 61 415 476 325
  38. 38. Anhang 1b: Potentielle Fettsäuren und deren charakteristischen Moleküle und Fragmente als DMDS-Addukte (BF3/MeOH-Derivate) Fett- säure ω α Μ α-MeOH Fett- säure ω α Μ α-MeOH C13:1 ω9 173 147 115 C17:1 ω9 173 203 171 C13:1 ω8 159 161 129 C17:1 ω8 159 217 185 C13:1 ω7 145 175 143 C17:1 ω7 145 231 199 C13:1 ω6 131 189 157 C17:1 ω6 131 245 213 C13:1 ω5 117 203 171 C17:1 ω5 117 259 227 C13:1 ω4 103 217 185 C17:1 ω4 103 273 241 C13:1 ω3 89 231 199 C17:1 ω3 89 287 255 C13:1 ω2 75 245 213 C17:1 ω2 75 301 269 C13:1 ω1 61 259 320 227 C17:1 ω1 61 315 376 283 C14:1 ω9 173 161 129 C18:1 ω9 173 217 185 C14:1 ω8 159 175 143 C18:1 ω8 159 231 199 C14:1 ω7 145 189 157 C18:1 ω7 145 245 213 C14:1 ω6 131 203 171 C18:1 ω6 131 259 227 C14:1 ω5 117 217 185 C18:1 ω5 117 273 241 C14:1 ω4 103 231 199 C18:1 ω4 103 287 255 C14:1 ω3 89 245 213 C18:1 ω3 89 301 269 C14:1 ω2 75 259 227 C18:1 ω2 75 315 283 C14:1 ω1 61 273 334 241 C18:1 ω1 61 329 390 297 C15:1 ω9 173 175 143 C19:1 ω9 173 231 199 C15:1 ω8 159 189 157 C19:1 ω8 159 245 213 C15:1 ω7 145 203 171 C19:1 ω7 145 259 227 C15:1 ω6 131 217 185 C19:1 ω6 131 273 241 C15:1 ω5 117 231 199 C19:1 ω5 117 287 255 C15:1 ω4 103 245 213 C19:1 ω4 103 301 269 C15:1 ω3 89 259 227 C19:1 ω3 89 315 283 C15:1 ω2 75 273 241 C19:1 ω2 75 329 297 C15:1 ω1 61 287 348 255 C19:1 ω1 61 343 404 311 C16:1 ω9 173 189 157 C20:1 ω9 173 245 213 C16:1 ω8 159 203 171 C20:1 ω8 159 259 227 C16:1 ω7 145 217 185 C20:1 ω7 145 273 241 C16:1 ω6 131 231 199 C20:1 ω6 131 287 255 C16:1 ω5 117 245 213 C20:1 ω5 117 301 269 C16:1 ω4 103 259 227 C20:1 ω4 103 315 283 C16:1 ω3 89 273 241 C20:1 ω3 89 329 297 C16:1 ω2 75 287 255 C20:1 ω2 75 343 311 C16:1 ω1 61 301 362 269 C20:1 ω1 61 357 418 325
  39. 39. Anhang 2: Konzentration zusammengefasster Fettsäuregruppen in µg/g Sed. Trockengewicht Konzentration Biomarker [µg/g Sed.] Probe Tiefe Alter gesättigte n- Fettsäuren: (C12 - C20) gesättigte n- Fettsäuren: (C21 - C30) einfach ungesättigte Fettsäuren mehrfach ungesättigte Fettsäuren Fettsäuren- Bakterien Pentazyklische Triterpenoid- säuren (C32- Hopansäuren) China_1 0,5 1998 425,1 148,3 733,6 209,5 246,1 24,8 China_3 1,5 1994 261,5 1,5 263,4 27,9 139,3 2,4 China_5 2,5 1989 119,4 8,0 132,8 22,8 42,7 19,6 China_7 3,5 1983 40,4 62,4 44,2 8,7 11,6 61,8 China_9 4,5 1977 10,0 5,9 13,9 3,7 3,0 24,5 China_11 5,5 1973 23,2 87,2 26,5 6,8 9,4 50,9 China_13 6,5 1964 26,9 58,6 16,8 3,9 6,4 58,8 China_15 7,5 1954 29,3 137,6 26,0 5,9 9,6 88,7 China_17 8,5 1941 24,1 84,4 21,3 5,0 7,3 90,5 China_19 9,5 1928 20,5 88,0 20,6 5,2 7,7 65,5 China_21 10,5 1913 15,4 126,9 9,9 1,9 4,5 52,2 China_23 11,5 1898 22,0 136,4 21,7 4,5 7,3 41,1 China_25 12,5 1887 19,0 70,6 15,3 2,8 5,2 28,2 China_27 13,5 1877 18,9 144,9 12,1 2,5 6,8 46,4 China_31 15,5 1853 19,6 136,9 12,5 2,6 5,7 35,8 China_33 16,5 1837 16,6 138,8 14,3 3,1 6,1 38,3 China_35 18 1809 13,9 109,5 9,6 3,0 4,4 69,5
  40. 40. Anhang 3a: Konzentrationen einzelner Fettsäuren in µg/g Sed. Trockengewicht Konzentration Biomarker [µg/g Sed.] Probe Tiefe C12:0 iso C14:0 C14:0 iso C15:0 anteiso C15:0 C15:0 iso C16:0 C16:1 ω9 C16:1 ω8 C16:1 ω7 C16:1 ω6 C16:1 ω5 C16:0 China_1 0,5 24,4 38,6 132,8 38,7 115,9 10,4 21,1 77,6 13,6 245,5 17,1 34,3 236,4 China_3 1,5 10,6 22,2 85,3 24,7 63,9 7,5 11,1 22,5 9,0 130,1 10,2 15,3 153,9 China_5 2,5 7,2 4,0 30,2 10,8 15,0 3,0 4,3 3,5 3,6 51,9 3,1 6,2 74,3 China_7 3,5 1,6 1,2 9,5 2,0 4,5 1,2 1,4 1,2 1,3 15,3 1,5 1,8 24,8 China_9 4,5 0,4 0,2 2,2 0,4 1,2 0,3 0,3 0,6 0,7 3,7 0,3 0,5 6,0 China_11 5,5 0,9 1,0 4,1 1,4 3,8 0,7 1,4 0,8 2,2 6,1 1,3 2,5 14,0 China_13 6,5 2,9 0,8 5,7 1,1 2,8 0,7 0,5 0,6 0,9 4,6 0,9 1,5 14,8 China_15 7,5 1,5 0,9 6,9 1,7 4,0 1,0 1,1 0,8 0,9 6,0 1,2 1,6 16,6 China_17 8,5 0,9 0,8 5,5 1,4 2,8 0,9 0,6 1,3 0,2 4,8 0,5 0,9 13,4 China_19 9,5 1,1 0,8 5,1 1,3 3,4 0,7 0,6 1,0 0,3 3,4 0,4 0,7 11,1 China_21 10,5 0,3 0,5 2,6 0,7 1,9 0,6 0,4 0,3 0,1 1,9 0,3 0,5 8,8 China_23 11,5 0,8 0,7 4,9 1,1 3,1 1,1 0,6 0,6 0,2 2,8 0,4 0,6 12,2 China_25 12,5 1,1 0,5 3,7 0,8 2,1 0,6 0,6 0,8 0,1 2,4 0,3 0,7 10,6 China_27 13,5 0,7 0,8 3,4 0,9 2,9 1,1 0,7 1,0 0,0 1,6 0,2 0,7 10,4 China_31 15,5 0,9 0,6 4,4 0,9 2,2 0,8 0,6 0,5 0,1 2,9 0,4 0,6 9,9 China_33 16,5 0,7 0,6 2,9 0,8 2,5 0,6 0,7 0,8 0,0 1,5 0,3 0,5 8,9 China_35 18 0,5 0,6 1,9 0,7 1,4 0,5 0,6 0,4 0,0 0,9 0,2 0,4 7,1
  41. 41. Anhang 3b: Konzentrationen einzelner Fettsäuren in µg/g Sed. Trockengewicht Konzentration Biomarker [µg/g Sed.] Probe Tiefe iso C17:1 ω7 10Me C16:0 iso C17:0 anteiso C17:0 C17:1 ω8 C17:1 ω6 C17:0 C18:4 C18:2 C18:1 ω9 C18:1 ω7 C18:0 China_1 0,5 5,2 4,0 4,9 16,1 12,2 3,9 8,1 34,6 116,2 308,7 54,8 63,9 China_3 1,5 2,8 2,0 4,1 8,5 6,3 1,6 3,4 4,0 23,9 71,4 12,2 14,0 China_5 2,5 2,0 1,5 1,8 3,2 1,1 0,4 2,0 2,6 20,2 60,4 8,8 16,9 China_7 3,5 0,4 0,4 0,7 1,1 0,4 0,3 0,8 1,4 7,3 20,8 3,4 10,7 China_9 4,5 0,2 0,2 0,1 0,3 0,2 0,1 0,3 0,6 3,1 7,5 0,9 2,1 China_11 5,5 0,3 0,4 0,3 0,7 0,2 0,3 0,6 0,9 5,8 13,4 2,2 5,4 China_13 6,5 0,2 0,2 0,3 0,6 0,1 0,1 0,5 0,9 3,0 7,7 1,8 5,7 China_15 7,5 0,4 0,4 0,4 0,8 0,2 0,2 0,6 1,1 4,8 14,8 1,9 5,1 China_17 8,5 0,3 0,2 0,3 0,7 0,1 0,2 0,7 1,5 3,5 13,2 1,0 4,9 China_19 9,5 0,3 0,3 0,3 0,6 0,2 0,2 0,5 1,5 3,7 13,4 1,7 3,5 China_21 10,5 0,2 0,2 0,2 0,5 0,1 0,1 0,4 0,7 1,3 6,6 0,5 3,2 China_23 11,5 0,4 0,3 0,4 0,7 0,3 0,2 0,6 1,8 2,7 16,3 0,9 4,4 China_25 12,5 0,2 0,2 0,2 0,6 0,1 0,2 0,5 0,7 2,1 10,7 0,8 3,9 China_27 13,5 0,3 0,3 0,3 0,6 0,2 0,2 0,5 0,8 1,8 8,2 0,7 3,9 China_31 15,5 0,2 0,2 0,3 0,6 0,1 0,2 0,4 1,0 1,6 7,7 0,7 3,8 China_33 16,5 0,3 0,2 0,2 0,8 0,2 0,2 0,5 0,9 2,2 10,3 0,9 4,4 China_35 18 0,2 0,1 0,2 0,5 0,1 0,1 0,5 0,5 2,5 7,1 0,8 3,8
  42. 42. Anhang 3c: Konzentrationen einzelner Fettsäuren in µg/g Sed. Trockengewicht Konzentration Biomarker [µg/g Sed.] Probe Tiefe C19:0 C20:0 C21:0 C22:0 C23:0 C24:0 C25:0 C26:0 C27:0 C28:0 C29:0 C30:0 China_1 0,5 100,0 13,0 3,4 50,6 22,4 41,2 7,5 14,0 2,1 4,9 1,0 1,0 China_3 1,5 14,3 0,7 0,3 0,1 0,0 1,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 China_5 2,5 47,6 2,8 4,2 1,9 0,3 1,3 0,0 0,3 0,0 0,0 0,0 0,0 China_7 3,5 15,4 2,5 1,9 12,6 4,4 27,4 2,7 10,7 0,6 2,1 0,1 0,1 China_9 4,5 8,1 0,7 0,3 2,9 0,4 1,8 0,1 0,4 0,0 0,1 0,0 0,0 China_11 5,5 13,9 2,9 1,0 22,4 5,9 44,7 2,9 8,4 0,3 1,6 0,0 0,1 China_13 6,5 11,6 2,3 1,2 14,7 3,4 24,2 2,4 9,2 0,5 2,7 0,1 0,2 China_15 7,5 11,0 2,6 1,8 18,7 4,6 35,0 5,6 30,3 5,9 26,8 1,8 7,2 China_17 8,5 9,3 2,7 1,0 14,7 4,6 26,3 4,0 18,7 2,2 10,1 0,7 2,1 China_19 9,5 8,7 2,0 1,2 14,2 4,7 32,8 4,5 22,3 1,2 5,8 0,3 0,9 China_21 10,5 7,9 2,7 1,5 17,0 4,9 34,6 4,3 26,6 3,0 22,6 2,2 10,2 China_23 11,5 11,1 2,5 1,6 18,4 6,0 38,0 6,2 32,1 4,1 20,7 2,7 6,5 China_25 12,5 10,9 2,5 1,2 13,3 3,7 23,6 3,3 14,9 1,8 6,7 0,5 1,6 China_27 13,5 12,8 2,8 1,8 19,1 5,5 38,9 5,6 28,8 4,7 25,7 3,7 11,1 China_31 15,5 10,0 3,2 2,9 19,1 5,7 37,0 5,6 27,9 5,1 21,0 2,7 10,0 China_33 16,5 8,9 3,0 1,6 16,9 5,0 40,7 6,3 31,3 4,7 23,1 2,5 6,6 China_35 18 4,0 3,5 1,7 15,2 5,2 27,2 3,9 20,6 4,5 18,4 2,9 9,9
  43. 43. Anhang 3d: Konzentrationen einzelner Fettsäuren in µg/g Sed. Trockengewicht Konzentration Biomarker [µg/g Sed.] Probe Tiefe αβ−C32:0 (C35) unbekannt ββ−C32:1 ββ−C32:0 China_1 0,5 0,8 - 0,9 23,1 China_3 1,5 0,1 0,0 0,0 2,3 China_5 2,5 0,9 0,0 0,9 17,8 China_7 3,5 10,2 0,0 2,4 49,2 China_9 4,5 2,6 0,0 1,1 20,7 China_11 5,5 3,6 0,5 2,7 44,5 China_13 6,5 8,8 0,0 2,1 48,0 China_15 7,5 13,9 8,3 5,5 69,4 China_17 8,5 9,9 7,0 5,9 74,7 China_19 9,5 8,8 28,1 2,1 54,6 China_21 10,5 6,6 71,5 2,8 42,7 China_23 11,5 5,0 41,9 1,5 34,6 China_25 12,5 2,3 7,6 1,0 24,9 China_27 13,5 5,7 43,2 2,5 38,2 China_31 15,5 4,0 17,1 2,4 29,4 China_33 16,5 3,6 28,8 2,2 32,4 China_35 18 6,3 106,9 5,4 57,8
  44. 44. Anhang 5a: Isotopenwerte der einzelnen Fettsäuren in pro mille (‰) vs. VPDB - Rohdaten Probe China_1 China_3 China_5 China_7 China_7 II China_7 III China_7 IV Mittelwert China_7 China_9 China_11 China_11 II China_11 III Mittelwert China_11 C14:0 -34,6 -35,3 -34,3 -34,2 -36,0 -37,8 - -36,0 -36,2 -36,8 -38,7 -35,8 -37,1 anteiso C15:0 -33,1 -35,8 -33,5 -34,2 - - - -34,2 -35,6 -36,8 -38,5 -36,7 -37,3 C16:1 ω9 -29,4 -34,5 - - - - - - - - - - - C16:1 ω7 -37,5 -37,1 -34,7 -53,9 - - - -53,9 -45,5 -43,0 -47,0 -45,4 -45,1 C16:1 ω5 -47,8 -49,0 -52,7 -72,5 - - - -72,5 -63,4 -54,7 -57,0 -55,8 -55,8 C16:0 -34,0 -35,1 -34,1 -37,4 - - -36,9 -37,2 -34,9 -34,5 -36,1 -34,7 -35,1 C18:2 -34,0 -36,7 -35,7 -33,0 - -37,7 -39,4 -36,7 -34,5 -36,5 -34,1 -35,5 -35,4 C18:1 ω9 -38,3 -37,9 -36,0 -35,4 -35,0 -39,0 -37,4 -36,7 -37,6 -38,4 -40,4 -39,1 -39,3 C18:1 ω7 -42,2 -37,1 -41,6 -38,4 - -34,8 -31,2 -34,8 -38,0 - -33,0 -32,1 -32,6 C18:0 -32,1 -30,2 -30,3 -28,4 -26,2 -28,8 - -27,8 -29,1 -32,2 -29,6 -30,4 -30,7 C24:0 -33,9 -33,7 -35,4 -36,2 -39,8 -39,0 -36,7 -37,9 -35,7 -36,4 -38,0 -36,9 -37,1 C26:0 -34,6 -34,9 -36,9 -38,4 -41,2 -39,9 -38,6 -39,5 -36,6 -37,7 -38,8 -38,0 -38,2 αβ−C32:0 - - -61,8 -55,1 -58,0 -56,8 -58,0 -57,0 - -62,3 - -72,9 -67,6 (C35) unbekannt - - - - - - - - - -41,0 - - -41,0 ββ−C32:1 - - -78,3 -76,4 - - - -76,4 -78,7 -82,5 - - -82,5 ββ−C32:0 -55,5 -58,9 -60,5 -58,1 -59,7 -59,0 -58,0 -58,7 -64,5 -64,6 -64,4 -64,2 -64,4
  45. 45. Anhang 5b: Isotopenwerte der einzelnen Fettsäuren in pro mille (‰) vs. VPDB – Rohdaten Probe China_13 China_13 II Mittelwert China_13 China_15 China_17 China_19 China_21 China_21 II Mittelwert China_21 China_23 China_23 II Mittelwert China_23 China_25 C14:0 -35,6 -38,3 -37,0 -38,5 -38,3 -39,8 -39,0 -39,1 -39,1 -39,7 -38,8 -39,3 -37,2 anteiso C15:0 -36,4 -37,5 -37,0 -36,0 -36,2 -36,2 -36,7 -36,5 -36,6 -34,9 -34,7 -34,8 -39,6 C16:1 ω9 - - - - - -65,5 - - - - - - - C16:1 ω7 -51,7 -51,0 -51,4 -51,4 -47,3 -52,2 -49,7 -49,2 -49,5 -57,6 -58,8 -58,2 -53,3 C16:1 ω5 -75,0 -72,0 -73,5 -69,9 -62,3 -75,2 -61,6 -62,7 -62,2 -62,7 - -62,7 -58,2 C16:0 -35,9 -35,7 -35,8 -38,5 -36,4 -39,2 -35,9 -35,5 -35,7 -33,5 -33,7 -33,6 -34,1 C18:2 - -34,8 -34,8 - -39,2 -39,6 - - - - -35,4 -35,4 - C18:1 ω9 -36,4 -36,1 -36,3 -36,7 -36,2 -36,2 -37,4 -36,8 -37,1 -38,6 -40,1 -39,4 -34,8 C18:1 ω7 -37,5 -30,7 -34,1 -37,5 -36,4 -38,1 -35,5 -35,5 -35,5 -40,1 -38,5 -39,3 -40,1 C18:0 -30,7 -29,1 -29,9 -33,6 -33,1 -32,8 -32,3 -31,4 -31,9 -30,3 -33,3 -31,8 -30,4 C24:0 -35,4 -35,6 -35,5 -35,9 -35,1 -34,4 -34,6 -34,5 -34,6 -33,8 -35,6 -34,7 -33,5 C26:0 -36,9 -36,9 -36,9 -37,1 -36,3 -35,3 -36,1 -35,5 -35,8 -35,4 -36,5 -36,0 -34,5 αβ−C32:0 -57,4 -59,2 -58,3 -58,8 -58,7 -52,7 -54,6 -55,3 -55,0 -52,4 -67,6 -60,0 -55,8 (C35) unbekannt -44,0 -43,6 -43,8 -44,3 -40,9 -42,7 -42,2 -41,6 -41,9 -41,1 -42,2 -41,7 -42,0 ββ−C32:1 -88,5 -87,8 -88,2 -82,0 -77,5 -95,3 - - - - - - - ββ−C32:0 -58,9 -58,8 -58,9 -64,3 -59,8 -57,5 -57,0 -55,7 -56,4 -58,0 -59,2 -58,6 -58,0
  46. 46. Anhang 5c: Isotopenwerte der einzelnen Fettsäuren in pro mille (‰) vs. VPDB - Rohdaten Probe China_27 China_27 II Mittelwert China_27 China_31 China_33 China_35 China_35 II MittelwertChina_35 C14:0 -36,6 -32,5 -34,6 -37,4 -36,5 -36,6 -36,8 -36,7 anteiso C15:0 -35,0 -36,5 -35,8 -34,2 -37,3 -33,6 -33,4 -33,5 C16:1 ω9 - - - - - - - - C16:1 ω7 -54,7 - -54,7 -51,5 - -51,0 -43,8 -47,4 C16:1 ω5 - - - -42,5 - - -48,2 -48,2 C16:0 -33,4 -32,3 -32,9 -34,6 -33,7 -34,5 -35,0 -34,8 C18:2 -34,5 - -34,5 - -30,2 -30,9 -31,5 -31,2 C18:1 ω9 -34,2 -35,5 -34,9 -45,1 -37,4 -35,0 -34,8 -34,9 C18:1 ω7 - - - - - -40,2 -37,9 -39,1 C18:0 -30,2 -29,6 -29,9 -27,4 -28,2 -32,3 -31,6 -32,0 C24:0 -33,3 -33,7 -33,5 -36,8 -34,4 -33,5 -33,7 -33,6 C26:0 -34,0 -34,1 -34,1 -35,6 -34,4 -34,0 -34,2 -34,1 αβ−C32:0 -55,8 -54,5 -55,2 -60,6 -57,1 - -55,0 -55,0 (C35) unbekannt -41,7 -41,6 -41,7 -43,5 -41,9 -42,0 -42,3 -42,2 ββ−C32:1 - - - - - - -69,9 -69,9 ββ−C32:0 -56,0 -55,2 -55,6 -60,4 -54,8 -55,8 -56,0 -55,9
  47. 47. Anhang 4: Detektion einer unbekannten Fettsäure und dessen Massenspektrums 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Zeit [min] 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 aiC15:0 C16:1 7ω C16:1ω9 iC15:0 C16:1 5ω C18:2 C18:1ω9 C18:1ω7 C26:0 C28:0 C30:0 C32:0, ββ C32:0, αβ C32:1, αβ C24:0 C22:0 gesättigte Fettsäure China_21 Tiefe: 10,5 cm Alter: 1913 unbekannt unbekannte Fettsäure RT: 57,82 min RelativeIntensität 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 m/z 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 RelativeIntensität 73 147 130 233 95 55 217 189 309 278 473 521 637 652 M-15M-90 337 368 401 562 595 M
  48. 48. Erklärung gem. § 12 Abs. 5 PO Geowissenschaften Ich versichere hiermit, dass ich meine Bachelorarbeit selbstständig verfasst und keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe. Weiterhin erkläre ich, dass die Bachelorarbeit in unveränderter Fassung der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden kann. Ort/Datum: ________________________________________________ Unterschrift: ________________________________________________

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