Prof. Dr. Jürgen Rullkötter

Arbeitsgruppe Organische Geochemie, Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM) und Fachbereich Chemie

Arbeitsgruppe

Prof. Geoffrey Eglinton, FRS, Gastwissenschaftler (Hanse-Wissenschaftskolleg)

Dr. Jürgen Köster, wissenschaftlicher Mitarbeiter

Dr. Barbara M. Scholz-Böttcher, wissenschaftliche Mitarbeiterin

Dr. Tao Faxiang, Gastwissenschaftler

Dr. John K. Volkman, Gastwissenschaftler (Hanse-Wissenschaftskolleg)

Regina Grundmann, technische Mitarbeiterin

Regine Kayser, technische Mitarbeiterin

Doktoranden

Peter Brocks

Dörte Gramberg

Ute Güntner

Kai-Uwe Hinrichs

Kai Mangelsdorf

Bärbel Meyer

Thomas Möhring

Joachim Rinna

Doris Rohjans

Heike Rütters

Sonja Schulte

Jan Hendrik van der Smissen

Claudia Wenzel

Wang Shuangqing M.Sc.

Diplomanden

Tirso Garcia de Oteyza Feldermann

Ute Güntner

Michael Hofstätter

Claus Köller

Thomas Möhring

Thomas Oldenburg

Frank Rautenberg

Jens Romba

Claudia Wenzel

Hajo Wilkens

Strukturaufklärung und geochemische Bedeutung von molekularen Fossilien in Sedimenten und Erdölen; Erdöl und Umwelt

Projektleitung: Prof. Dr. Jürgen Rullkötter

Unter wissenschaftlicher Mitarbeit von: Dr. Jürgen Köster, Dr. B. M. Scholz-Böttcher, Dipl.-Umweltwiss. Thomas Möhring, Wang Shuangqing M.Sc., T. Garcia de Oteyza Feldermann, Michael Hofstätter, Thomas Oldenburg, Frank Rautenberg, Jens Romba

Mit Untersuchungen zur Struktur, zu den Verteilungsmustern und den Kohlenstoffisotopensignaturen von molekularen Bestandteilen des extrahierbaren organischen Materials in Sedimenten werden die Grundlagen dafür gelegt, daß die Umweltbedingungen zur Zeit der Sedimentablagerung ermittelt und die Herkunft von Erdölen bestimmt werden können. In den Schwarzschiefern des ehemaligen Kratersees im Nördlinger Ries wurden Hinweise auf schwankende Salzgehalte in dem abflußlosen See gefunden. Die molekularen Salinitätsparameter auf der Basis häufig vorkommender Isoprenoidverbindungen lassen sich auch in anderen Ablagerungsgebieten anwenden.

Ein nach wie vor weitgehend ungelöstes Problem ist die chemische Struktur des hochmolekularen organischen Materials der Sedimente und des Erdöls. Durch gezielte, stufenweise chemische Abbauverfahren konnten zumindest für Sedimente aus dem Nördlinger Ries und aus dem Arabischen Meer kleine Erkenntnisfortschritte erzielt werden.

Eine verhältnismäßig neue Technik ist die on-line-Kombination von Gaschromatographie und Isotopenmassenspektrometrie, mit der das Verhältnis der stabilen Kohlenstoffisotope (¹³C/¹²C) an einzelnen Komponenten komplexer Stoffgemische bestimmt werden kann. Dieses Verhältnis liefert einen zusätzlichen Umweltparameter, da das Kohlenstoffisotopenverhältnis unter anderem von den physiologischen Eigenschaften der Organismen (Isotopenfraktionierung) und von der Isotopenzusammensetzung der Kohlenstoffquelle eines jeden Organismus abhängt. Die bisher mit dieser Technik durchgeführten Untersuchungen richteten sich sowohl auf methodische Verbesserungen (Isotopenmessungen an chromatographisch schwer trennbaren Steroiden) als auch auf die Anwendung auf bestimmte, geochemisch bedeutsame Stoffklassen (Alkylphenanthrene) oder Untersuchungsgebiete (Tiefseesedimente).

Mit molekularen und isotopengeochemischen Methoden werden Erdölkontaminationen an der deutschen Nordseeküste untersucht, um ihre Quellen bestimmen zu können. Ziel ist eine methodische Erweiterung besonders für bakteriell stark abgebaute Erdöl- und Treibstoffrückstände anhand von Kohlenstoffisotopensignaturen und resistenten molekularen Fossilen (u.a. Porphyrine).

Stand: laufende Grundlagenforschung

Fremdfinanzierung: DFG

Kooperation mit

Alexandria University/Prof. A.O. Barakat; Weizmann Institute of Science Rehovot/Dr. A. Nissenbaum; Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie Bremen/Dr. M. Böttcher, Dr. D. de Beer, Dr. F. Garcia-Pichel; Technische Universität München/Prof. Dr. K.-H. Schleifer, Dr. M. Wagner; The Hebrew University of Jerusalem/Prof. Z. Aizenshtat, Prof. Y. Cohen, Prof. B. Lazar; Environmental Protection and Research Institute Gaza/Prof. J. Safi, Dr. Y. El-Nahhal; Forschungszentrum Jülich/Prof. D.R. Baker, Prof. Dr. B. Horsfield, Dr. M. Radke, Prof. Dr. D.H. Welte; RWTH Aachen/Prof. Dr. R. Littke; Finnigan MAT/Dr. A. Hilkert

Dissertation

Wang Shuangqing, Polare Lipide im Green-River-Ölschiefer als Faziesindikatoren, Oldenburg, 1998

Diplomarbeiten

Jens Romba, Anorganisch- und organisch-geochemische Charakterisierung eines Bohrkerns aus dem Schwarzen Meer, Oldenburg, 1997

Thomas Oldenburg, Biomarker- und Spurenmetallverteilungen in Oberflächensedimenten des Toten Meeres, Oldenburg, 1997

Thomas Möhring, Optimierung einer hochleistungsflüssigkeitschromatographischen Methode zur Trennung von Pigmenten und die Anwendbarkeit auf Torfproben, Oldenburg, 1997

T. Garcia de Oteyza Feldermann, Fraktionierung und molekulare Isotopenanalyse von komplexen Stoffgemischen, Oldenburg, 1998

Veröffentlichungen

Barakat A.O. und Rullkötter J., 1997. A comparative study of molecular paleosalinity indicators: Chromans, tocopherols and C₂₀ isoprenoid thiophenes in Miocene lake sediments (Nördlinger Ries, southern Germany). Aquatic Geochem. 3, 169-190

Barakat A.O., Mostafa A., El-Gayar M.S. und Rullkötter J. (1997) Source-dependent biomarker properties of five crude oils from the Gulf of Suez, Egypt. Org. Geochem. 26, 441-450

Littke R., Baker D.R. und Rullkötter J., 1997. Deposition of petroleum source rocks. In Welte D.H., Horsfield B. und Baker D.R. (eds.), Petroleum and Basin Evolution, S. 271-333. Springer, Heidelberg

Radke M., Horsfield B., Littke R. und Rullkötter J., 1997. Maturation and petroleum generation. In Welte D.H., Horsfield B. und Baker D.R. (eds.), Petroleum and Basin Evolution, S. 169-229. Springer, Heidelberg

Rullkötter J., 1997. Molekulare Fossilien. CHEMKON 4, 6-11

Rullkötter J., 1977. Fingerabdrücke der Vergangenheit. Chemie heute 1997/98, 97-99

Barakat A.O. und Rullkötter J., 1998. Product distribution from oxidative degradation of sulphur-rich kerogens from the Nördlinger Ries (southern Germany). Fuel 77, 85-94

Determann S., Lobbes J., Reuter R. und Rullkötter J., 1998. UV fluorescence excitation and emission spectroscopy of marine algae and bacteria. Mar. Chem. 62, 137-156

Radke M., Hilkert A. und Rullkötter J., 1998. Molecular stable isotope compositions of alkylphenanthrenes in coals and marine shales related to source and maturity. Org. Geochem. 28, 785-795

Klima und Klimafolgen

Projektleitung: Prof. Dr. Jürgen Rullkötter, Dr. B. M. Scholz-Böttcher

Unter wissenschaftlicher Mitarbeit von: Prof. G. Eglinton, Dr. B. Scholz-Böttcher, Dr. Tao Faxiang, Dipl.-Chem. D. Gramberg., Dipl.- Chem. U. Güntner, Dipl.-Chem. K. Hinrichs, Dipl.-Chem. Claus Köller, Dipl.-Chem. B. Meyer, Dipl.-Chem. J. Rinna, Dipl.-Chem. S. Schulte, Dipl.-Chem. J.H. van der Smissen, Wang Shuangqing M.Sc., F. Rautenberg, Dipl.-Chem. Claudia Wenzel, H. Wilkens

Im Rahmen des internationalen Tiefseebohrprogramms ("Ocean Drilling Program", ODP) werden in unterschiedlichen Gebieten und für unterschiedliche Zeitepochen der geologischen Vergangenheit die Einflüsse von Klimaveränderungen und von daraus resultierenden Meeresspiegelschwankungen auf die Zusammensetzung von organischem Material in Kontinentalrandsedimenten untersucht. Nachdem am kalifornischen Kontinentalrand zunächst das Santa-Barbara-Becken eingehend untersucht worden war, wurden die Analysen auf drei Bohrlokationen weiter im Norden ausgedehnt. Die Ergebnisse spiegeln die Veränderlichkeit des Kalifornienstroms als wichtigstem ozeanographischem Regulator in dieser Gegend wider. Während der Kaltzeiten war sein Einfluß deutlich geringer. Auch die enge Kopplung der ozeanischen mit den atmosphärischen Zirkulationen wurde aus den Untersuchungen des organischen Materials der Sedimente deutlich.

Ein weiterer Schwerpunkt der Untersuchungen war das Mittelmeer.

Während der letzten 3,5 Millionen Jahre kam es immer wieder zur Ablagerung von Sapropelen mit außerordentlich hohen Gehalten an organischem Material. Diese Ablagerungen wurden in Zusammenarbeit mit anorganischen Geochemikern als klimagesteuerte Ereignisse erkannt. Durch die Überschichtung des salzreichen Mittelmeerwassers mit großen Mengen an Frischwasser zu Zeiten eines humiden Klimas auf den benachbarten Kontinenten kam es zur Eutrophierung und damit zur Sapropelbildung. Als neues Untersuchungsgebiet ist das Benguela-Stromsystem im Südatlantik hinzugekommen.

Für die Untersuchung der Auswirkungen der klimatischen Veränderungen der letzten 15.000 Jahre auf die terrigene Sedimentation im norddeutschen Küstengebiet wurden im Rahmen eines DFG-Schwerpunktprogramms mit Unterstützung des Niedersächsischen Landesamts für Bodenforschung im Raum Bremerhaven und im Wangerland mehrer Kerne gewonnen, die die Sedimentation seit dem Ende des Pleistozäns erfassen. Die Variationen von Torf-, Marsch- und Flachmeerablagerungen lassen sich am besten durch eine Kombination von Mikrofaziesanalyse und organisch- und anorganisch-geochemischen Methoden charakterisieren. Die Ergebnisse sind eine wichtige Grundlage für die Einschätzung der Vorgänge im heutigen Watt.

Stand: laufend

Fremdfinanzierung: DFG

Kooperation mit:

Universität Bochum/Prof. Dr. J. Mutterlose; Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Hannover/Dr. J. Fenner, Dr. U. von Rad; Niedersächsisches Landesamt für Bodenforschung/Prof. Dr. H. Streif; Dr. J. BArckhausen Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung/PD. Dr. R. Stein; RWTH Aachen/Prof. Dr. R. Littke; Universität Bremen/Prof. Dr. G. Wefer, Dr. P. Müller, Dr. R. Schneider; Université de Bordeaux/Dr. I. Bouloubassi, Dr. H. Budzinski, Dr. P. Garrigues; University of Aberdeen/Prof. A.H.F. Robertson; University of Plymouth/Prof. Dr. S. Rowland; University of Michigan Ann Arbor/Prof. P.A. Meyers; Institut für Ostseeforschung Warnemünde/Prof. Dr. K.-Ch. Emeis; Forschungszentrum Terramare/PD Dr. G. Liebezeit; Fachbereich Biologie der Universität Oldenburg und ICBM/Prof. Dr. H.-J. Brumsack; ICBM-Meeresstation/Dr. G. Gerdes

Dissertationen

K.-U. Hinrichs, Ausgewählte Lipide in Sedimenten des Santa Barbara-Beckens und des Amazonas-Fächers: Zeugnis spätquartärer Paläoumweltbedingungen, Oldenburg, 1997

S. Schulte, Erhaltung und frühe Diagenese von organischem Material in Sedimenten vom pakistanischen Kontinentalrand, Universität Oldenburg, 1997

J. H. van der Smissen, Organisch-geochemische Untersuchungen an Sedimenten des Kontinentalhangs vor New Jersey im Hinblick auf Klima- Entwicklungen und Meeresspiegelschwankungen, Oldenburg, 1998

Diplomarbeiten

Hajo Wilkens, Lipide in spätquartären Sedimenten aus dem Bereich des Benguela-Stroms im Südatlantik, Oldenburg, 1997

Frank Rautenberg, Organische Geochemie eines Hochmoores, Oldenburg, 1997

Ute Güntner, Hinweise auf klimatische und ozeanographische Verhältnisse am kalifornischen Kontinentalrand während der letzten 150 000 Jahre aus Biomarkeranalysen an Sedimenten der ODP-Bohrung 1018A, Oldenburg, 1997

Claus Köller, Extrahierbare polare Lipide in Basaltorfen des Holozäns aus dem Wangerland, Oldenburg, 1998

Claudia Wenzel, Chemische Analyse von Etherlipiden in Torfen und torfbildenden Pflanzen, Oldenburg, 1998

Veröffentlichungen

Budzinski H., Garrigues P., Bernard G., Bellocq J., Hinrichs K. und Rullkötter J., 1997. Identification of polycyclic aromatic hydrocarbons in sediments from the Amazon fan: Occurrence and diagenetic evolution. Proc. ODP, Sci. Res. 155, 555-564

Hinrichs K.-U., Rinna J., Rullkötter J. und Stein R., 1997. A 160-kyr record of alkenone-derived sea-surface temperatures from Santa Barbara Basin sediments. Naturwissenschaften 84, 126-128

Hinrichs K.-U. und Rullkötter J., 1997. Terrigenous and marine lipids in Amazon Fan sediments: Implications for sedimentological reconstructions. Proc. ODP, Sci. Res. 155, 539-553

Robertson A.H.F., Emeis K.-C., Richter C., Blanc-Valleron M.-M., Bouloubassi I., Brumsack H.J., Cramp. A., di Stefano G.J., Flecker R., Frankel E., Howell M.W., Janecek T.R., Jurado M.-J., Kemp. A.E.S., Koizumi I., Kopf A., Major C.O., Mart Y., Pribnow D.F.C., Rabaute A., Roberts A.P., Rullkötter J., Sakamoto T., Spezzaferri S., Staerker T.S., Stoner J.S., Whiting B.M. und Woodside J.M., 1998. Collision-related break-up of a carbonate platform (Eratosthenes Seamount) and mud volcanism on the Mediterranean Ridge: preliminary synthesis and implications of tectonic results of ODP Leg 160 in the Eastern Mediterranean Sea. In: Geological Evolution of Oceanic Basins: Results from the Ocean Drilling Program (A. Cramp, C.J. MacLeod, S.V. Lee und E.J.W. Jones, eds.). Geological Society, London, Special Publication 131, 243-271

Bouloubassi I., Guhenneux G. und Rullkötter J., 1998. Biological marker significance of organic matter origin in sapropels from the Mediterranean Ridge, Site 969. In Emeis K.-C., Robertson, A.H.F., Richter, C., et al. (Eds.), Proc. ODP, Sci. Res., 160, 261-270

Dellwig O., Gramberg D., Vetter D., Watermann F., Barckhausen J., Brumsack H.-J., Gerdes G., Liebezeit G., Rullkötter J., Scholz-Böttcher B.M. und Streif H., 1998. Geochemical and microfacies characterisation of a Holocene depositional sequence in northwest Germany. Org. Geochem. 29, 1687-1699

Hinrichs K.-U., Rinna J. und Rullkötter J., 1998. Late Quaternary paleoenvironmental conditions indicated by marine and terrestrial molecular biomarkers in sediments from the Santa Barbara basin. In: Proc. 14th Annual Pacific Climate (PACLIM) Workshop, April 6-9,1997 (R.C. Wilson und V.L. Tharp, eds.). Interagency Ecology Program, Technical Report 57, 125-134. California Department of Water Resources, Sacramento (CA)

Littke R., Jendrzejewski L., Lokay, P., Wang Shuangqing und Rullkötter J., 1998. Organic geochemistry and depositional history of Upper Barremian - Aptian boundary interval in the Lower Saxony Basin, northern Germany. Cret. Res. 19, 581-614

Rullkötter J., Rinna J., Bouloubassi I., Scholz-Böttcher B.M., Meyers P.A., Johns L.und Rowland S.J., 1998. Biological marker significance of organic matter origin and transformation in sapropels from the Pisano Plateau, Site 964. In Emeis K.-C., Robertson, A.H.F., Richter, C., et al. (Eds.), Proc. ODP, Sci. Res., 160, 271-284

Ökosystemforschung

Projektleitung: Prof. Dr. Jürgen Rullkötter

Unter wissenschaftlicher Mitarbeit von: Dr. B. M. Scholz-Böttcher, Dr. J.K. Volkman, Dipl.-Chem. P. Brocks, Dipl.-Chem. D. Rohjans, Dipl.-Chem. H. Rütters

Im Rahmen des Ökosystemforschungsprogramms Niedersächsisches Wattenmeer wurde über zwei Jahresgänge hinweg die Fähigkeit des Wattenmeers untersucht, das durch die Faeces und Pseudofaeces einer Muschelbank und durch den Aufwuchs von Makroalgen auf der Muschelbank eingetragene organische Material zu metabolisieren. In den Konzentrationen des organischen Materials in den Oberflächensedimenten spiegelte sich der Jahresverlauf mit den Planktonblüten im Frühjahr und Spätsommer und dem Auftreten der Makroalgen im Hochsommer ebenso wider wie in den Verteilungsmustern charakteristischer Lipide (Fettsäuren, Isoprenoidalkohole und -ketone, Steroide). Am Ende des Winters wurde in etwa wieder der Zustand des Vorjahr erreicht. Nur ein geringer Teil des organischen Materials gelingt in die tiefere anoxische Zone der Wattsedimente. Während des Eiswinters 1995/96 wurden die Oberflächensedimente des Watts nachhaltig gestört und zusammen mit den Eisschollen zum Teil über größere Entfernungen verfrachtet. Die als Untersuchungsgegenstand dienende Muschelbank wurde zerstört, durch molekulare organisch-geochemische Untersuchungen konnten die verfrachteten Sedimente anhand ihres Sterolprofils jedoch identifiziert werden.

Vor allem durch Untersuchungen der stabilen Kohlenstoffatome des organischen Materials und der Schwefelisotope des Sulfats und des Sulfids im Porenwasser von Wattsedimenten konnten die biogeochemischen Prozesse im Übergang von der oxischen Oberflächenschicht in die tiefere anoxische Zone näher charakterisiert werden. Für die Erklärung der Bildung der sogenannten „schwarzen Flecken“ im Watt wurden auf diese Weise neue Erkenntnisse gewonnen.

In den Wattsedimenten konnten durch molekulare Untersuchungen in Verbindung mit ¹⁴C-Analysen von einzelnen Fraktionen des extrahierbaren organischen Materials der Sedimente der Nachweis geführt werden, daß erodierte Torfe einen erheblichen Beitrag zum organischen Material in tieferen Wattsedimenten liefern. Um die mikrobiologischen Prozesse bei der diagenetischen Umwandlung des organischen Materials in den Wattsedimenten besser verfolgen zu können, wurde eine Methode entwickelt, um mit Hilfe der Konzentration und der chemischen Struktur von intakten Phospholipiden lebensfähige von abgestorbenen Bakterienzellen unterscheiden zu können. Die Methode basiert auf der HPLC-Analyse von Sedimentextrakten mit einem Lichtstreudetektor und der Kombination von Flüssigkeitschromatographie und Massenspektrometrie (LC-MS).

Stand: laufend

Fremdfinanzierung: BMBF, DFG

Kooperation mit

ICBM-Meeresstation/Dr. G. Gerdes; TERRAMARE-Forschungszentrum Wilhelmshaven/PD Dr. G. Liebezeit; Fachbereich Biologie der Universität Oldenburg/Prof. H.-J. Brumsack, Prof. W.E. Krumbein; Senckenberg-Insitut Wilhelmshaven/Dr. I. Kröncke

Veröffentlichungen

Böttcher M.E., Oelschläger B., Höpner Th., Brumsack H.-J. und Rullkötter J., 1997. Stable isotope (³⁴S, ¹³C) discriminations related to the formation of anoxic sediment surfaces on tidal sandflats of the German Wadden Sea (southern North Sea). Terra Nostra, 18-19

Böttcher M.E., Oelschläger B., Höpner Th., Brumsack H.-J. und Rullkötter J., 1998. Sulfate reduction related to the early diagenetic degradation of organic matter and „black spot“ formation in tidal sandflats of the German Wadden Sea (southern North Sea): stable isotope (¹³C, ³⁴S, ¹⁸O) and other geochemical results. Org. Geochem. 29, 1517-1530

Rohjans D., Brocks P., Scholz-Böttcher B.M. und Rullkötter J., 1998. Lipid biogeogeochemistry of surface sediments in the Lower Saxonian Wadden Sea, northwest Germany, and the effect of the strong winter 1995-1996. Org. Geochem. 29, 1507-1516

Zusätzliche Angaben

Preis

Carl-Zerbe-Preis 1983 der Gesellschaft für Mineralölwissenschaft und Kohlechemie (DGMK)

Beratungs- und Gutachtertätigkeit für die Industrie

National Environmental Research Council (NERC) Committee on Decommissioning (Brent Spar: Tiefseeversenkung, Zerlegung und Verwendung für den Bau einer Hafenanlage); United Kingdom Offshore Oil Association (UKOOA): ölverschmutztes Bohrklein und Restöl in Betonplattformen.

Gutachter-, Sondergutachtertätigkeit für die DFG etc.

Gutachter für den SFB 261 (Bremen), Sondergutachter für die DFG in zahlreichen Fällen; Mitglied der Senatskommission für Ozeanographie der DFG und der Komission der Leitenden Meeresforscher Norddeutschlands

Durchführung einer Fachtagung

1. Euro-Colloquium des Ocean Drilling Program, Oldenburg, Februar 1996