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Ungeahnte Energie

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 10.02.2015 11:19

Die Tiefe Biosphäre ist der derzeit das jüngste „Mitglied“ im Club der irdischen Lebensräume. Ob im Meeresboden oder in der kontinentalen Kruste: Überall sind Bakterien und Archäen bis in große Tiefen anzutreffen. Eine international besetzte Forschergruppe hat jetzt Informationen über 200 Bohrproben aus vier Kontinenten zusammengetragen und festgestellt, dass an Land überall dieselben geochemischen Prozesse ausreichend Energie für mikrobielle Ökosysteme bereitstellen. Auf der Herbsttagung der Amerikanischen Geophysikalischen Union war die Tiefe Biosphäre ebenso ein Thema wie im Wissenschaftsmagazin "Nature."

Blick in den Stollen der südafrikanischen Goldmine, aus der die Geowissenschaftler ihre Wasserproben bezogen. (Foto: Gaetan Bourgonie)"Es ist ein Quantensprung für unser Verständnis von der Tiefen Biosphäre", betont Barbara Sherwood Lollar. Die Geochemikerin von der Universität Toronto wählt ganz bewusst ein so starkes Wort, um die Bestandsaufnahme zu charakterisieren, die sie zusammen mit Kollegen in "Nature" veröffentlicht hat: "Sie zeigt, wie viel Raum auf diesem Planeten für unterirdisches Leben verfügbar ist." Sherwood Lollar gehört zu einer kleinen Gruppe von Spezialisten, die seit einigen Jahren in die tiefsten Bergwerke einfahren, um dort in bis zu 2.700 Metern Tiefe nach Organismen zu suchen. Und wo immer die Wissenschaftler nachschauten, dort fanden sie auch Bakterien oder Archäen, manchmal sogar Fadenwürmer, also vielzellige Organismen.

In ihrem jüngsten "Nature"-Aufsatz hat die Gruppe jetzt versucht, über solche Momentaufnahmen hinauszugehen und einen möglichst umfassenden Überblick über den Lebensraum im Gestein der Erdkruste zu gewinnen. Im Fokus standen nicht die eventuellen Bewohner, sondern deren Lebensgrundlage. An der Erdoberfläche beruht das Leben in der Regel auf der Nutzung von Sonnenenergie durch Pflanzen. Ohne Sonnenlicht brauchen Ökosysteme andere Energielieferanten - und nehmen unter solchen Umständen gern Wasserstoff. "Unsere Studie zeigt, wie wasserstoffreich die Wässer in den Proben sind", so Sherwood Lollar, "vorsichtig geschätzt wird in der kontinentalen Kruste mindestens genauso viel Wasserstoff produziert wie im Meeresboden."

Solche Apparate wurden eingesetzt, um den Gasgehalt des Bergwerkswassers zu messen. (Foto: University of Toronto, B.Lollar)Die 200 Bohrproben, die sich die Geochemikerin vorgenommen haben, stammen von 33 verschiedenen Standorten auf vier Kontinenten. Angebohrt wurde sogenanntes präkambrisches Gestein, also Formationen aus den ersten vier Milliarden Jahren der Erdgeschichte. "72 Prozent der kontinentalen Landoberfläche bestehen aus präkambrischen Gesteinen", so Sherwood Lollar,  „wobei knapp 60 Prozent dieses Anteils unter jüngeren Sedimenten begraben sind.“ Für die Tiefe Biosphäre spielt es allerdings keine Rolle, wie weit ihr Lebensraum von der Oberfläche entfernt ist, denn der Wasserstoff entsteht durch Prozesse im Gestein selbst.

"Die Wasserstoffgehalte sind immer dann besonders hoch,", erklärt die Geochemikerin, "wenn sowohl Radiolyse als auch Serpentinisierung ablaufen." Bei der Radiolyse spaltet radioaktive Strahlung das Porenwasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff. Da es in jedem Gestein mehr oder weniger starke Radioaktivität gibt, gibt es auch die Radiolyse überall. Serpentinisierung ist eine geochemische Reaktion zwischen eisenreichen Gesteinen und Wasser, bei der unter anderem Wasserstoff und Methan entstehen. Dieser Prozess ist wohl die anorganische Energiequelle des Hydrothermalsystems von Lost City im Atlantischen Ozean, er könnte auch in den unteren Bereichen der Kontinentalkruste für vermehrten Wasserstoff sorgen.

Ein Mikrobiologe bei der Probennahme im Bergwerk. (Foto: University of Toronto, K. Voglesanger)Unter den 200 Proben befanden sich einige, deren Wasserstoffgehalt mit dem von hydrothermalen Quellen der Tiefsee konkurrieren kann. Inseln blühenden Lebens darf man in der Kontinentalkruste dennoch nicht erwarten. "Die Biomasse ist sehr, sehr gering", sagt Barbara Sherwood Lollar. Zwischen 1.000 und 100.000 Zellen finde man in einem gut belebten Kubikzentimeter der Tiefen Biosphäre. Zum Vergleich: Im Wattenmeer beherbergt das gleiche Volumen mehrere Milliarden Einzeller, im freien Ozean immerhin noch rund eine Million Mikroorganismen. "Es muss daher andere Faktoren geben, die das Leben dort unten begrenzen", so Sherwood Lollar, "danach suchen wir gerade." Einmal kann Kohlenstoffmangel das Wachstum der Organismen behindern. Vielleicht sind die ältesten und tiefsten Grundwässer der Kontinente sogar trotz reichlich vorhandener Energie steril: „Das wäre für uns noch aufregender: Ein System zu finden, das nicht vom Leben überprägt worden ist, wo rein chemische Reaktionen dominieren - so, wie sie vor der Entstehung des Lebens abgelaufen sind“, urteilt die Forscherin.

Die beiden geochemischen Prozesse könnten auch jenseits unseres Planeten von Bedeutung sein. "Wenn wir Stellen auf der unserem Planeten finden, an denen Wasserstoff und Methan aus diesen Wasser-Gesteinsreaktionen in der Tiefe an die Oberfläche dringen, hat das sehr wichtige Folgen für unsere Beobachtungen zum Beispiel auf dem Mars", so Sherwood Lollar. Das Marsgestein ist mit dem irdischen präkambrischen Gestein vergleichbar. "Wenn wir auf der Erde eine nicht biologische Quelle für Methan finden, könnte das eine sehr plausible Erklärung für das Mars-Methan sein, über das gerade berichtet wird", so Sherwood Lollar, "und ganz sicher werden unsere Kollegen diese Möglichkeit sehr genau prüfen, bevor sie Methan als Zeichen für Leben auf dem Mars ausgeben."

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