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Rubrik: Tagesberichte |
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ETH-Doktorand erforscht die Entstehung von Dolomit in der „Deep Biosphere“ Produktionsstätte in tiefer See | |
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Im Februar 2002 stach das Forschungsschiff JOIDES Resolution vor der Küste Perus in See. Mit an Bord ein ETH-Doktorand, welcher im Rahmen des „Ocean Drilling Program“ (ODP) an der Bohrkampagne teilnahm. Erste Ergebnisse der Expedition wurden kürzlich in der Fachzeitschrift „Science“ veröffentlicht: Zahlreiche Mikroorganismen mit ihren verschiedenen Stoffwechselmechanismen wurden in den Tiefseesedimenten identifiziert. Zurück an der ETH, untersuchte der Doktorand mit Hilfe der an Bord gesammelten Proben, inwiefern Mikroben an der Entstehung von Dolomit beteiligt sind. Von Anne Laurence Klein Der Meeresboden der Ozeane enthält eine Fülle lebender Mikroorganismen. Ihr Vorkommen in Tiefseesedimenten ist jedoch erst seit kurzem bekannt. Dennoch: Die Biomasse der "tiefen Biosphäre" wird auf ein Drittel bis ein Zehntel der gesamten Biomasse der Erde geschätzt. Die mikrobielle Diversität in der tiefen Biosphäre ist sehr groί und verschiedene Stoffwechselgruppen sind bereits nachgewiesen worden. Insgesamt sind sie von grosser Bedeutung: Die Reaktionen, wie zum Beispiel die Bildung von Methan, einem wichtigen Treibhausgas, aber auch die Oxidation von Methan, spielen eine wichtige Rolle für die Bedingungen an der Erdoberfläche. „Über die Organismen selbst wusste man bis anhin allerdings nur sehr wenig“, kommentiert Patrick Meister. Messungen auf hoher See Der Doktorand des Instituts für Geologie der ETH Zürich (1) ging im Rahmen des „Ocean Drilling Program“ (ODP), einem internationalen Tiefsee-Bohrprogramm (2), welches vom Schweizerischen Nationalfond(3) mitfinanziert wird, an Bord des Forschungsschiffes „JOIDES Resolution“. Ziel der „Leg 201“ genannten Bohrkampagne war, die tiefe Biosphäre am Kontinentalrand vor Peru und im östlichen äquatorialen Pazifik zu erkunden. Das Forschungsschiff ist mit einem 63 Meter hohen Bohrturm ausgestattet. Dieser ermöglicht es Sedimentproben aus bis zu 1000 Metern Tiefe unter dem Meeresboden zu entnehmen. Vollständig ausgerüstete Labors sind im Schiff eingerichtet, um gleich die Struktur und Zusammensetzung der Bohrkerne analysieren zu können. Weitere, auf Trockeneis gelegte Proben, brachte Meister zwecks eingehender Analyse mit zurück ans Festland.
Grosse Diversität Die Ergebnisse der Expedition, die im Frühling 2002 stattfand, sind nun in der Fachzeitschrift „Science“ veröffentlicht worden (4). Sie zeigen vor allem, wie die Mikroorganismen in den Tiefseesedimenten verteilt sind. Die Aktivität der Organismen lässt sich an chemischen
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Prozessen und an der Ausbildung von Gradienten in den Sedimenten erkennen. So wie sich die ozeanographischen Bedingungen am Kontinentalrand vor Peru von dem dazu gehörenden Tiefseegraben oder auf offener See unterscheiden, so unterscheiden sich auch die Vergesellschaftungen der Mikroben und ihre Stoffwechselreaktionen in diesen Lebensräumen. Überraschenderweise waren in 100 Meter unter dem Meeresboden mehr Einzeller als in den Oberflächensedimenten vorzufinden. Dies zeigt, dass die Zellzahlen nicht wie bisher angenommen exponentiell mit der Sedimenttiefe abnehmen, sondern, dass die Zellzahlen unter gewissen Bedingungen ansteigen, zum Beispiel, wenn in der Tiefe sulfatreiches Porenwasser zugeführt wird.n. Mit Mikroben zum Dolomit Nebst den kürzlich publizierten Daten, interessiert sich Meister aber vor allem für die geomikrobiologischen Prozesse, die in der tiefen Biosphäre ablaufen. Er erforscht im Team von Professor Judith McKenzie die mikrobiellen Abläufe, die zur Entstehung von Karbonatgestein führen. Dass Dolomit, ein Kalzium-Magnesium Karbonat, mit Hilfe von Mikroben ausgefällt werden kann, konnte die Gruppe bereits früher im Labor zeigen. „Die Isotopenuntersuchungen am Karbonatgestein vom ODP Leg 201 zeigen aber nun besser, wie diese Prozesse in der Natur ablaufen“, erklärt Meister. Die „Isotopensignaturen“ von Strontium, Kohlenstoff und Sauerstoff aus den Tiefseesediment-Proben haben einerseits gezeigt, dass Dolomit in geringen Tiefen, knapp unter der Oberfläche entstanden ist. Die neuen Untersuchungen weisen ausserdem darauf hin, dass die Dolomitlagen an der Grenzfläche zwischen der Sulfatreduktions- und der Methanogenesezone im Meeresbodensediment entstanden sind. Unterstützt wird diese Hypothese durch die Tatsache, dass während des Leg 201 eine besonders hohe Zahl an Einzellern in dieser Grenzregion gemessen wurde. Es ist wahrscheinlich, dass diese Bakterien massgebend an der Dolomitentstehung beteiligt sind. Als weiteren wichtigen Schritt betrachtet Meister nun die Identifizierung der Einzeller, welche die Bildung von Dolomit fördern – diese Herausforderung haben zwei Mitarbeiter aus dem Team der Geomikrobiologie bereits angenommen.
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Literaturhinweise:
Fussnoten:
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