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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. |
