Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der erste Schritt zum Erdöl

15.05.2006
Eine Forschergruppe mit ETH-Beteiligung hat einen wichtigen geochemischen Prozess entdeckt. Die Wissenschaftler fanden heraus, wie organisches Material nach dem Absterben in Sedimenten stabilisiert wird. Diese Forschungsergebnisse wurden in der aktuellen Ausgabe von Science publiziert.

Was von abgestorbenen Lebewesen übrig bleibt, hat in der Regel nicht lange Bestand. Organismen bestehen zu einem grossen Teil aus Kohlenhydraten und Proteinen, die durch Abbauprozesse leicht zerstört werden. Dennoch findet man in Millionen von Jahren alten Gesteinen organisches Material, beispielsweise in Form von Kohle oder Erdöl. Das liegt daran, dass die Lipide mit ihre Kohlenstoff-Doppelbindungen relativ schnell in gesättigte Verbindungen ohne Doppelbindungen umgewandelt werden, die der Zersetzung besser standhalten. Wie und unter welchen Umständen diese Umwandlung genau abläuft, darüber gab es bisher nur vage Vorstellungen. Einig war man sich, dass die Konservierung bevorzugt in einer sogenannt anaeroben, also sauerstofffreien Umgebung stattfindet und dass Mikroorganismen für die Umwandlung verantwortlich sind.

Einem Forscherteam der ETH Zürich und der Université Louis Pasteur in Strassburg ist es nun gelungen, diesen Mechanismus besser zu verstehen. Wie die Forscher letzte Woche in Science Express berichteten, spielt ein rein chemischer Prozess in der frühen Phase der Sedimentablagerung bei der Stabilisierung der organischen Verbindungen eine entscheidende Rolle. Die These, es wären in erster Linie Mikroorganismen, welche die ungesättigten Kohlenstoffketten in stabile Formen überführen, muss demnach revidiert werden.

Ungewöhnliches Gewässer

Die Forscher haben für ihre Studie Wasserproben und Sedimente aus dem Cadagnosee im Kanton Tessin in der Schweiz untersucht. Der Bergsee weist einige Besonderheiten auf, wie Stefano Bernasconi vom Geologischen Institut der ETH Zürich erklärt. Das rund 20 Meter tiefe Gewässer verfügt über eine äusserst stabile Schichtung: Oben ist das Wasser sauerstoffhaltig, unten hingegen herrschen anaerobe Bedingungen. Die beiden Wasserpakete sind durch eine scharfe, rund einen Meter dicke Schicht voneinander getrennt, in der hochspezialisierte, rötlich gefärbte Bakterien ihren Lebensraum finden.

Anaerob ist die untere Schicht, weil Unterwasser-Quellen sulfathaltiges Wasser in den See einbringen. Das Sulfat wird von den Bakterien im Sediment und in der unteren Wasserschicht zu Schwefelwasserstoff umgewandelt. Dadurch entstehen die Voraussetzungen, dass abgestorbenes organisches Material besser konserviert werden kann. Die rötlichen Bakterien in der Grenzschicht nützen den Schwefelwasserstoff für eine spezielle Form von Photosynthese und verhindern so, dass dieser in die obere Wasserschicht entweicht.

Ideales Modellsystem

Der Cadagnosee ist wegen dieser speziellen Situation ein ideales Modellsystem für geologisch wichtige Lebensräume. Ähnliche Verhältnisse waren in erdgeschichtlicher Zeit in vielen Meeresbecken anzutreffen. Genau dort entstanden im Laufe der Zeit Muttergesteine, in denen das abgelagerte organische Material zu Erdöl reifte. Heutzutage findet man eine vergleichbare Situation nur an vereinzelten Stellen, etwa im Schwarzen Meer und in gewissen Fjorden Norwegens.

Die Forscher haben nun festgestellt, dass die Umwandlung von gewissen organischen Verbindungen, die für Bakterien und Algen typisch sind, in Anwesenheit von Schwefelwasserstoff offenbar kurz nach dem Absterben der Lebewesen einsetzt. Teilweise gesättigte Kohlenstoffketten findet man bereits in den obersten Sedimentschichten, die erst vor kurzem abgelagert wurden. Auffallend ist auch, dass das Aufbrechen der Doppelbindungen an beliebigen Stellen entlang der Kohlenstoffketten stattfindet. "Das deutet darauf hin, dass die Umwandlung nicht durch Mikroorganismen verursacht wird", so Bernasconi. "Denn diese setzten mit ihrem Metabolismus in der Regel an bestimmten Stellen an."

Nachbildung im Labor

Ihre These konnte die Gruppe mit Laboruntersuchungen bestätigen. Die Wissenschaftler haben künstliche Lösungen mit den entsprechenden organischen Verbindungen bei 50 bis 90 Grad einige Wochen lang reagieren lassen. Die Analyse zeigte, dass im Labor genau dieselbe Umwandlung stattfindet, wie man sie in den Sedimenten des Sees beobachten kann. Die chemische Reaktion verläuft dabei in zwei Schritten, wie Bernasconi erläutert: Zuerst bindet sich eine einfache Schwefel-Wasserstoff (SH) Gruppe an die Kohlenstoffkette. In einem zweiten Schritt wird diese Gruppe dann reduziert; das Schwefelatom wird herausgelöst, so dass nur noch ein Wasserstoffatom übrig bleibt.

Bernasconi ist überzeugt, dass das Team einen wichtigen Mechanismus im globalen Kohlenstoffkreislauf entdeckt hat. "Das hilft uns, die Entstehung von Erdöl besser zu verstehen", ist er überzeugt. Von Bedeutung könnte der neu entdeckte Prozess auch bei den sogenannten "Black Smokers" sein. Dabei handelt es sich um untermeerische Quellen, bei denen heisses, schwefelhaltiges Wasser ausströmt. Man vermutet, dass in der Umgebung dieser Quellen das Leben auf der Erde entstanden sein könnte. Rund um diese "Black Smokers" könnten ähnliche chemische Reaktionen stattfinden wie in den Tiefen des unscheinbaren Cadagnosees.

Anke Poiger | idw
Weitere Informationen:
http://www.ethz.ch
http://www.sciencemag.org/sciencexpress/recent.dtl

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Was Vogelgrippe in menschlichen Zellen behindert
10.12.2019 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

nachricht Pflanzliche Reaktion bei Hitze: Der Kopf steckt im Boden
10.12.2019 | Technische Universität Braunschweig

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Wie Graphen-Nanostrukturen magnetisch werden

Graphen, eine zweidimensionale Struktur aus Kohlenstoff, ist ein Material mit hervorragenden mechanischen, elektronischen und optischen Eigenschaften. Doch für magnetische Anwendungen schien es bislang nicht nutzbar. Forschern der Empa ist es gemeinsam mit internationalen Partnern nun gelungen, ein in den 1970er Jahren vorhergesagtes Molekül zu synthetisieren, welches beweist, dass Graphen-Nanostrukturen in ganz bestimmten Formen magnetische Eigenschaften aufweisen, die künftige spintronische Anwendungen erlauben könnten. Die Ergebnisse sind eben im renommierten Fachmagazin Nature Nanotechnology erschienen.

Graphen-Nanostrukturen (auch Nanographene genannt) können, je nach Form und Ausrichtung der Ränder, ganz unterschiedliche Eigenschaften besitzen - zum Beispiel...

Im Focus: How to induce magnetism in graphene

Graphene, a two-dimensional structure made of carbon, is a material with excellent mechanical, electronic and optical properties. However, it did not seem suitable for magnetic applications. Together with international partners, Empa researchers have now succeeded in synthesizing a unique nanographene predicted in the 1970s, which conclusively demonstrates that carbon in very specific forms has magnetic properties that could permit future spintronic applications. The results have just been published in the renowned journal Nature Nanotechnology.

Depending on the shape and orientation of their edges, graphene nanostructures (also known as nanographenes) can have very different properties – for example,...

Im Focus: Geminiden - Die Wünsch-dir-was-Sternschnuppen vor Weihnachten

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde (VdS) und des Hauses der Astronomie in Heidelberg - Die Geminiden, die Mitte Dezember zu sehen sind, sind der "zuverlässigste" der großen Sternschnuppen-Ströme mit bis zu 120 Sternschnuppen pro Stunde. Leider stört in diesem Jahr der Mond zur besten Beobachtungszeit.

Sie wurden nach dem Sternbild Zwillinge benannt: Die „Geminiden“ sorgen Mitte Dezember immer für ein schönes Sternschnuppenschauspiel. In diesem Jahr sind die...

Im Focus: Electronic map reveals 'rules of the road' in superconductor

Band structure map exposes iron selenide's enigmatic electronic signature

Using a clever technique that causes unruly crystals of iron selenide to snap into alignment, Rice University physicists have drawn a detailed map that reveals...

Im Focus: Das 136 Millionen Atom-Modell: Wissenschaftler simulieren Photosynthese

Die Umwandlung von Sonnenlicht in chemische Energie ist für das Leben unerlässlich. In einer der größten Simulationen eines Biosystems weltweit haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler diesen komplexen Prozess an einem Bestandteil eines Bakteriums nachgeahmt – am Computer, Atom um Atom. Die Arbeit, die jetzt in der renommierten Fachzeitschrift „Cell“ veröffentlicht wurde, ist ein wichtiger Schritt zum besseren Verständnis der Photosynthese in einigen biologischen Strukturen. An der internationalen Forschungskooperation unter Leitung der University of Illinois war auch ein Team der Jacobs University Bremen beteiligt.

Das Projekt geht zurück auf eine Initiative des inzwischen verstorbenen, deutsch-US-amerikanischen Physikprofessors Klaus Schulten von der University of...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Analyse internationaler Finanzmärkte

10.12.2019 | Veranstaltungen

QURATOR 2020 – weltweit erste Konferenz für Kuratierungstechnologien

04.12.2019 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Arbeit

03.12.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Analyse internationaler Finanzmärkte

10.12.2019 | Veranstaltungsnachrichten

Was Vogelgrippe in menschlichen Zellen behindert

10.12.2019 | Biowissenschaften Chemie

Schäden im Leichtbau erkennen durch Ultraschallsensoren

10.12.2019 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics