Das Schicksal mikrobieller Biomasse und assoziierter Spurenelemente während der Genese von Bändereisenerzen

• Antragsteller: Dr. Manuel Schad
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525223979

Bändereisenerze (BIFs) sind Eisen (Fe)- und silikat (Si)-reiche, chemische Sedimente, die zwischen 3,8-1,8 Ga gebildet wurden. Aufgrund ihres weit verbreiteten Auftretens stellen sie wertvolle Archive dar, die die detaillierte Rekonstruktion der präkambrischen Meereswasserchemie sowie des Redoxzustands der Atmosphäre erlauben. Ein möglicher bedeutender Prozess der zu ihrer anfänglichen Ausfällung in Form von Fe(III)-(Oxyhydr)oxiden war führte, war die Oxidation von gelöstem Fe(II) durch anoxygene photoautotrophe Bakterien in der oberen Wassersäule. Dieser mikrobielle Prozess hätte auch zur gleichzeitigen Ablagerung von mikrobiell geformtem organischem Kohlenstoff (Corg) geführt, z.B. in Form toter Zellen. Dies hätte zwei wichtige Implikationen gehabt. Erstens hätte dieser Corg während der Sedimentdiagenese nachgelagerte mikrobielle Prozesse im Sediment (z.B. dissimilatorische Fe(III)-Reduktion, Methanogenese und Fe(III)-basierte anaerobe Oxidation von Methan) sowie, bei weiterer Versenkung, niedrig metamorphe thermochemische Fe(III)-Reduktion im Gestein beeinflussen können. Zweitens hätte Corg auch einen wichtigen Vektor für Spurenelemente in die Sedimente und Sedimentgesteine dargestellt. Die Mikroorganismen, die die Sedimentdiagenese vorantreiben, können jedoch keinen komplexen Corg (d.h. intakte Zellen) verwenden und sind somit auf andere vorrangehende Stoffwechselprozesse angewiesen. Hier könnte insbesondere die Degradation von Corg mittels Hydrolyse und Fermentation von entscheidender Bedeutung für mikrobielle Stoffwechselprozess während der Entstehung von BIFs gewesen sein. Um dies einschätzen zu können, müssen allerding zunächst drei Probleme geklärt werden: (1) ob und in welchem Ausmaß Corg-abbauende Bakterien phototrophe Biomasse verwerten können und in welchem Ausmaß dieser Corg durch mitausgefällte Fe(III)-Mineralien vor mikrobieller Degradation geschützt ist; und (2) welche metabolischen Nebenprodukte (flüchtige Fettsäuren, CH4, H2) gebildet werden. (3) Eine weitere, wichtige Frage ist, ob diese Prozesse die Freisetzung von Spurenelementen aus mikrobiellem Corg bedingen, und wie dies die Interpretation des BIF-Spurenelementbudgets beeinflusst. In diesem Antrag schlage ich vor anoxygene phototrophe und Corg-abbauende Bakterien unter Bedingungen die den frühen Ozean nachstellen kozukultivieren, um zu bestimmen, inwieweit phototrophe Biomasse in Abhängigkeit von der An- oder Abwesenheit von Fe(III)-Mineralen abgebaut wird und welche Stoffwechselprodukte geformt werden. Ein weiteres wichtiges Ziel ist, die Mobilität von Spurenelementen nach Abbau von Corg experimentell zu bestimmen. Die Erstellung einer C-Massenbilanz sowie der direkte Vergleich von Experiment- und Gesteins-basierten Daten wird erlauben, die Bedeutung mikrobieller Corg-Degradation für die Entstehung von BIFs zu evaluieren und mögliche Auswirkungen auf Spurenelementbudgets kritisch zu durchleuchten.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Kanada
• Gastgeber: Professor Dr. Kurt O. Konhauser