Phosphor: ein weitgereister Nährstoff aus der Luft

Die Bewegung von Phosphor in der Umwelt und auf sauren, stark verwitterten Böden auf Hawaii beschrieben die Forschenden in einem kürzlich in der Zeitschrift Geoderma veröffentlichten externe SeiteArtikelcall_made. Das Projekt wurde von Dr. Julian Helfenstein von Agroscope, Prof. Emmanuel Frossard vom Institut für Agrarwissenschaften der ETH Zürich und von Dr. Christian Vogel von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Berlin geleitet.

Ein Fall für das Synchotron

Das Team arbeitete mit der kanadische Lichtquelle (CLS) der Universität von Saskatchewan, um die verschiedenen Phosphortypen zu analysieren und ihren Ursprung zu bestimmen. «Einige Synchrotrons wollen keinen Schmutz in ihren Strahlführungen haben, was die Analyse von Bodenproben erschwert», berichtet Christian Vogel. Deshalb ging das Team zur CLS: Die kanadische Lichtquelle ist eine der wenigen Einrichtungen diese Art, die bodenwissenschaftliche Projekte unterstützt. Unter Verwendung von sehr hellem Licht konnte Vogel die Proben mit verschiedenen Spektroskopietechniken an der externe SeiteVLS-PGMcall_made-Strahllinie analyisieren.  

Unerwartetes Phosphor-Vorkommen  

«Phosphor stammt normalerweise von Apatit, der im Grundgestein vorkommt», erklärt Julian Helfenstein. Die Forscher hätten erwartet, Apatit eher in Böden in trockenen Gebieten zu finden, wo er nicht durch Regenfälle weggespült werden kann. Umso mehr überraschte es die Gruppe, dass sie Apatit in feuchten Böden fanden. Ein Teil des Phosphors in ihren verwitterten hawaiianischen Bodenproben muss deshalb aus dem Staub kommen, der durch Luftströmungen abgelagert wurde, so ihre Vermutung. Dieser Staub und der darin enthaltene Phosphor legten Tausende von Kilometern zurück, bevor sie sich auf der Insel niederliessen.

«Am nassen Ende des Gradienten sind diese Böden extrem verwittert, so dass der primäre Apatit verschwunden war. Doch wir fanden diese kleinen Apatitkörner im Boden trotzdem. Dies deutet darauf hin, dass der Apatit nicht aus dem Boden, sondern aus der Luft kommen muss», so Helfenstein weiter. Das Team arbeitete mit Atmosphärenphysikern zusammen, die mit Hilfe von Modellen die rückwärtige Flugbahn des Staubs nachverfolgten und die Luftströmungen, in die der Staub gelangt war, sowie den Ursprung des Apatits lokalisierten.  

Pflanzenernährung aus der Luft

Emmanuel Frossard, Professor für Pflanzenernährung an der ETH Zürich, erklärte, dass ausgedehnte Regenfälle zu sehr alten und verwitterten Ökosystemen führen können. Von ihnen wurden Forscher erwarten, dass sie aufgrund des begrenzten Phosphors zusammenbrechen. «Kommt der Apatit jedoch vom Staub, der von Luftströmungen getragen wird, dann sieht man gesunde, produktive Ökosysteme. Dies trägt zur Erklärung des Pflanzenwachstums auf stark verwitterten Böden auf Hawaii bei.»

Frossard beschäftigt sich seit Jahrzehnten mit Klimasequenzen, unter anderem mit der Untersuchung des Klimagradienten in der kanadischen Prärie. Er verfolgt die CLS seit deren Bau 1999. «Was ich hier sehe, ist ein sehr leistungsfähiges Instrument. Dass wir den Boden hier untersuchen dürfen, ermöglicht es uns, unsere Kenntnisse in der Biologie und Chemie des Bodens zu verbessern». Das Team freut sich darauf, in Zukunft weitere Umweltgeheimnisse aufzudecken.