Authors:	Van Diest, Heidi
Title:	Diffusivity and enzymatic activity control the exchange of carbonyl sulfide (COS) between soils and the atmosphere
Online publication date:	28-Aug-2007
Year of first publication:	2007
Language:	english
Abstract:	Carbonylsulfid (COS) ist eines der stabilsten reduzierten schwefelhaltigen Spurengase in der Atmosphäre. In der gut durchmischten Troposphäre bewegt sich seine Konzentration um 500 ppt. COS spielt eine wichtige Rolle in der Produktion von stratosphärischem Aerosol und im Ozon Zyklus. Dieses Spurengas hat eine Vielfalt an natürlichen und anthropogenen Quellen, denen gleichstarke Senken, darunter die dominanten wie Vegetation und Boden, gegenüber stehen. Die Stärke der Senken ist trotz langjähriger Forschungen immer noch Gegenstand der Diskussionen. Daher ist es wichtig die kontrollierenden Parameter zu charakterisieren. Alle Austauschmessungen vor 1990 vermuteten Böden als Quelle von COS, was aber durch Castro and Galloway (1991) klar widerlegt wurde. Heute werden Böden in Ergänzung zur Vegetation grundsätzlich als Senke betrachtet. Vor diesem Hintergrund wurden Bodenproben auf den Austausch von Carbonylsulfid mit der Atmosphäre unter verschiedenen Umgebungsbedingungen untersucht. Drei Ackerböden aus Deutschland, China und Finnland und zwei Waldböden aus Sibirien und Surinam konnten parametrisiert werden in Relation zur atmosphärischen Umgebungskonzentration, Temperatur und Bodenfeuchte (WC). Neben Umgebungskonzentration und Bodenfeuchte, scheinen Bodenstruktur und enzymatische Aktivität die Richtung und Größe des Austauschflusses zu kontrollieren. Die übereinstimmenden Optima für boreale Böden in Relation zum wassergefüllten Porenvolumen des Bodens (WFPS) und die Linearität zwischen Depositionsgeschwindigkeit (Vd) und Bulk density lassen auf eine Dominanz der Abhängigkeit der COS-Aufnahme von der durch WFPS bestimmten Diffusionsfähigkeit schließen. WFPS ist abhängig von WC, Bodenstruktur und Bodenporosität. In Ergänzung zu diesen eher physikalischen Parametern konnte die Carboanhydrase (CA) als kontrollierendes Enzym in Böden identifiziert werden. Erste Versuche zur direkten Bestimmung der CA in den untersuchten Böden erlaubten eine erste, aber noch sehr ungenaue Abschätzung der Enzymaktivität. Carbonyl sulfide (COS) is one of the most abundant and stable reduced sulfur trace gases found in the atmosphere with an ambient concentration around 500 ppt, which is involved in stratospheric aerosol production and the ozone cycle. COS has a variety of natural and anthropogenic sources but is well balanced by sinks as vegetation and soils. Since the sink strength of soils is poorly understood, it is important to characterize the controlling parameters. All of the soil exchange measurements done before 1990 presumed soils as a substantial source of COS (Castro and Galloway, 1991). In addition to the vegetation, soils are now regarded as an important sink (Watts, 2000). Soil samples were investigated for their exchange of COS with the atmosphere under controlled ambient conditions. Three arable soils from Germany, China and Finland and 2 forest soils from Siberia and Surinam are parameterized in relation to the ambient COS concentration, temperature and soil water content (WC). Beside ambient concentration and soil WC, soil structure and enzymatic activity seem to control the direction as well as the magnitude of the flux between soils and the atmosphere. The matching optima for boreal soils in relation to water-filled pore space (WFPS) and the linearity between deposition velocity (Vd) and bulk density suggest that the uptake of COS depends on the diffusivity dominated by WFPS, a parameter depending on soil WC, soil structure and porosity of the soil. Since carbonic anhydrase (CA) has been identified as the controlling enzyme for COS uptake in soil, we qualitatively identified the activity of CA in our soil samples, but these results are considered to be very preliminary.
DDC:	570 Biowissenschaften 570 Life sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 10 Biologie
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-3377
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-13704
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Appears in collections:	JGU-Publikationen