Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Rostende Ur-Ozeane durch Bakterien

24.04.2013
Geomikrobiologen der Universität Tübingen finden Hinweise wie Mikroorganismen die weltgrößten Eisenerzvorräte gebildet haben

Wissenschaftler der Universität Tübingen können erstmals aufzeigen, 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.


Eisenerzmine in Hamersley, Westaustralien
Foto: Professor K.O. Konhauser

Diese Eisenerze decken nicht nur einen Großteil des Weltbedarfs an Eisen, die Gesteinsformationen geben auch Hinweise auf die Entwicklung der Atmosphäre und des Klimas sowie der Aktivität von Mikroorganismen in der frühen Erdgeschichte.

Inwiefern Mikroorganismen im Ur-Ozean zur Bildung der Eisenablagerungen beigetragen haben, war bislang unbekannt. Ein internationales Forscherteam aus den USA, Kanada und Deutschland hat dazu nun neue Erkenntnisse in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht. Unter Leitung des Geomikrobiologen Professor Andreas Kappler vom Zentrum für angewandte Geowissenschaften der Universität Tübingen fanden die Wissenschaftler konkrete Hinweise darauf, welche Mikroorganismen an der Bildung der Eisenerze beteiligt waren und woran die verschiedenen mikrobiellen Stoffwechselprozesse an Gesteinen erkennbar sind.

Das Eisen im Ur-Ozean kam als gelöstes, reduziertes zweiwertiges Eisen [Fe(II)] aus heißen Quellen auf dem Ozeanboden. Der Großteil des heutigen Eisenerzes liegt aber als oxidiertes, dreiwertiges Eisen [Fe(III)] in Form von „Rostmineralen“ vor ‒ demnach musste das zweiwertige Eisen zur Ablagerung oxidiert werden. Das klassische Modell zur Entstehung der Eisenformationen beschreibt die chemische Oxidation des zweiwertigen Eisens aus diesen Quellen durch Sauerstoff, der von sogenannten Cyanobakterien („Blaualgen“) produziert wird. Diese Oxidation kann entweder chemisch erfolgen (wie bei der Rostbildung) oder durch Beteiligung sogenannter „mikroaerophiler eisenoxidierender Bakterien“.

Unter Wissenschaftlern wird jedoch diskutiert, 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 4 Milliarden Jahre alt (das Erdalter wird auf ca. 4,6 Milliarden Jahre geschätzt) ‒ 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.

1993 wurden erstmals Bakterien gefunden, die keinen Sauerstoff benötigen und mit Hilfe von Lichtenergie das zweiwertige Eisen oxidieren („anoxygene phototrophe eisenoxidierende Bakterien“). In Studien (2005/2010) zeigte die Arbeitsgruppe um Professor Kappler bereits, dass diese Bakterien gelöstes zweiwertiges Eisen in Eisenoxide (Rost) umwandeln, wie sie in den Eisenerzen enthalten sind. Jetzt konnte das Tübinger Forscherteam nachweisen, dass sich anhand der Identität und strukturellen Eigenschaften von Eisenmineralen feststellen lässt, dass die Eisenformationen mikro-biell durch Eisenoxidierer und nicht durch von Cyanobakterien gebildeten Sauerstoff abgelagert wurden. Die Wissenschaftler setzten hierzu unterschiedliche Mengen an organischem Material zu-sammen 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 (mikrobielle Biomasse) oder mit einer größeren Menge gebildet wurden.

Durch ihre Arbeiten haben die Wissenschaftler 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 Flachwasserregionen des Ur-Ozeans eher große Mengen an sauerstoffbildenden Bakterien (Cyanobakterien) aktiv waren, während in der lichtdurchdrungenen (photischen) Tiefwasserzone eher eisenoxidierende Bakterien für die Ablagerung der Eisenformationen verantwortlich waren.

Die Forschungsergebnisse wurden von der Fachzeitschrift Nature Communications vorab online veröffentlicht (http://dx.doi.org/ 10.1038/ncomms2770): Koehler, I., Papineau, D., Konhauser, K.O., Kappler, A. (2013) Biological carbon precursor to dianetic siderite spherulites in banded iron formations. Nature Communications, in press.

Kontakt:

Prof. Dr. Andreas Kappler
Universität Tübingen
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Zentrum für Angewandte Geowissenschaften/ Arbeitsgruppe Geomikrobiologie
Sigwartstrasse 10 ∙ 72076 Tübingen
Tel. +49 (7071) 29-74992
andreas.kappler[at]uni-tuebingen.de

Myriam Hönig | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-tuebingen.de
http://www.geo.uni-tuebingen.de/arbeitsgruppen/angewandte-geowissenschaften/forschungsbereich/geomikrobiologie/workgroup.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Unterschiedliche Erwärmung von Arktis und Antarktis: Forscher sieht Höhenunterschied als Ursache
18.05.2017 | Universität Leipzig

nachricht Wie wirkt sich der Klimawandel auf die Bewohner der Arktis aus?
18.05.2017 | Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Im Focus: Neuer Ionisationsweg in molekularem Wasserstoff identifiziert

„Wackelndes“ Molekül schüttelt Elektron ab

Wie reagiert molekularer Wasserstoff auf Beschuss mit intensiven ultrakurzen Laserpulsen? Forscher am Heidelberger MPI für Kernphysik haben neben bekannten...

Im Focus: Wafer-thin Magnetic Materials Developed for Future Quantum Technologies

Two-dimensional magnetic structures are regarded as a promising material for new types of data storage, since the magnetic properties of individual molecular building blocks can be investigated and modified. For the first time, researchers have now produced a wafer-thin ferrimagnet, in which molecules with different magnetic centers arrange themselves on a gold surface to form a checkerboard pattern. Scientists at the Swiss Nanoscience Institute at the University of Basel and the Paul Scherrer Institute published their findings in the journal Nature Communications.

Ferrimagnets are composed of two centers which are magnetized at different strengths and point in opposing directions. Two-dimensional, quasi-flat ferrimagnets...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Diabetes Kongress 2017:„Closed Loop“-Systeme als künstliche Bauchspeicheldrüse ab 2018 Realität

23.05.2017 | Veranstaltungen

Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquium 2017: Internet of Production für agile Unternehmen

23.05.2017 | Veranstaltungen

14. Dortmunder MST-Konferenz zeigt individualisierte Gesundheitslösungen mit Mikro- und Nanotechnik

22.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Medikamente aus der CLOUD: Neuer Standard für die Suche nach Wirkstoffkombinationen

23.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Diabetes Kongress 2017:„Closed Loop“-Systeme als künstliche Bauchspeicheldrüse ab 2018 Realität

23.05.2017 | Veranstaltungsnachrichten

CAST-Projekt setzt Dunkler Materie neue Grenzen

23.05.2017 | Physik Astronomie