Mikroorganismen haben die weltgrößten Eisenerzvorräte mitaufgebaut

11. Mai 2013, 17:45
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Forscher untersuchen Milliarden Jahre alte geologische Formationen auf der Südhalbkugel

Tübingen - Wissenschafter der Universität berichten, wie Mikroorganismen zur Entstehung der weltgrößten Eisenerzvorräte beigetragen haben. Vor allem in Südafrika und Australien gibt es mächtige, Milliarden Jahre alte geologische Formationen, die zum Großteil aus Eisenoxid bestehen: Also aus Mineralen, wie sie aus der Rostbildung bekannt sind. Diese Eisenerze geben Hinweise auf die Entwicklung der Atmosphäre und des Klimas sowie der Aktivität von Mikroorganismen in der frühen Erdgeschichte.

Ein internationales Forscherteam unter Leitung des Geomikrobiologen Andreas Kappler von der Uni Tübingen fand konkrete Hinweise darauf, welche Mikroorganismen an der Bildung der Eisenerze beteiligt waren und woran die verschiedenen mikrobiellen Stoffwechselprozesse an Gesteinen erkennbar sind. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher in den "Nature Communications".

Erzbildung in der frühesten Zeit der Erde

Das Eisen im Ur-Ozean kam als gelöstes, zweiwertiges Eisen aus heißen Quellen auf dem Ozeanboden. Die chemische Oxidation dieses Eisens erfolgte durch Sauerstoff, der - schon lange vor dem Aufkommen von Pflanzen - von Cyanobakterien produziert wurde. Diese Oxidation kann entweder chemisch erfolgen wie bei der Rostbildung oder durch Beteiligung sogenannter "mikroaerophiler eisenoxidierender Bakterien". Allerdings ist noch nicht geklärt, wann in der Erdatmosphäre überhaupt ausreichend Sauerstoff durch Cyanobakterien gebildet wurde, um solche Eisenformationen zu bilden.

Die ältesten bekannten Eisenerze stammen aus dem Präkambrium und sind bis zu vier Milliarden Jahre alt - nur etwa 600 Millionen Jahre jünger als die Erde selbst. Zu diesem frühen Zeitpunkt der Erdgeschichte war aber nur sehr wenig bis gar kein Sauerstoff vorhanden. Die Bildung der ältesten gebänderten Eisenerze kann also nicht durch Sauerstoff erfolgt sein.

Die andere Variante

1993 wurden erstmals Bakterien gefunden, die keinen Sauerstoff benötigen und mit Hilfe von Lichtenergie zweiwertiges Eisen oxidieren. In späteren Studien zeigte die Arbeitsgruppe um Kappler, dass diese Bakterien gelöstes zweiwertiges Eisen in Eisenoxide umwandeln, wie sie in Eisenerzen enthalten sind. Jetzt konnte das Tübinger Forscherteam nachweisen, dass sich anhand der Identität und strukturellen Eigenschaften von Eisenmineralen feststellen lässt, dass die Eisenformationen mikrobiell durch Eisenoxidierer und nicht durch von Cyanobakterien gebildeten Sauerstoff abgelagert wurden.

Die Wissenschafter setzten hierzu unterschiedliche Mengen an organischem Material zusammen mit Eisenmineralen in Goldkapseln hohen Temperaturen und Druck aus, um die Umwandlung der Minerale über die Erdgeschichte hinweg zu simulieren. Dabei entdeckten sie Strukturen von Eisenkarbonatmineralen (Siderit, FeCO3), wie sie tatsächlich in Eisenformationen gefunden wurden. Insbesondere konnten sie Eisenkarbonat-Strukturen unterscheiden, die entweder durch eine eher geringe Menge an organischen Verbindungen oder mit einer größeren Menge gebildet wurden.

Zwei verschiedene Wege

Durch ihre Arbeiten haben die Wissenschafter nicht nur erstmals eindeutige Hinweise auf eine direkte Beteiligung von Mikroorganismen an der Ablagerung der ältesten Eisenformationen gefunden. Die Ergebnisse geben auch Hinweise darauf, dass in den Flachwasserregionen des Ur-Ozeans eher große Mengen an Cyanobakterien aktiv waren, während in der lichtdurchdrungenen Tiefwasserzone eher eisenoxidierende Bakterien für die Ablagerung der Eisenformationen verantwortlich waren. (red, derStandard.at, 11. 5. 2013)

 

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