Abbildung 1: Eine vereinfachte schematische Darstellung, die chemische Reaktionen rundum SMS Verwitterung visualisiert. (A) Sauerstoffreiches Meerwasser beschleunigt dier Verwitterung an SMS. (B) Die Bildung von Krusten limitiert das Eindringen von sauerstoffreiechem Wasser, so dass die Verwitterung verlangsamt wird. Abbildung 1(A) stammt aus Fallon et al. 2017. (C) Ein roter Japis wird beispielhaft aus dem TAG-Hydrothermalgebiet gezeigt (bereitgestellt von Dr. S. Petersen) (Murton et al.2019).
Ablagerungen von massiven Sulfiden (SMS) entstehen auf und im rezenten Meeresboden. Sie stellen Analogien zu alten vulkanogenen Massivsulfid-Ablagerungen dar, welche einen wichtigen Beitrag zur globalen Kupfer (Cu) und Zink (Zn) Versorgung leisten. Die SMS Lagerst盲tten entstehen an aktiven hei脽en Hydrothermalquellen indem mineralreiche, reduzierte hei脽e hydrothermale Fluide sich mit sauerstoffreichem, kalten Umgebungswasser vermischen. Diese SMS-Vorkommen bestehen haupts盲chlich aus Pyrit (FeS2) und Chalkopyrit (CuFeS2) und k枚nnen mit wertvollen Metallen wie Cu, Zn, Kobalt (Co), Gold (Au) und Silber (Ag) angereichert sein. Abiotische Prozesse tragen zur Entstehung, Umwandlung und Aufl枚sung von diesen Sulfidmineralen bei. Allerdings beschleunigen mikrobielle Aktivit盲ten diese Reaktionen erheblich, indem sie die F盲llung von Sulfidmineralen, den Metalltransport und die Mineralaufl枚sung katalysieren. Eine entscheidende Rolle spielt dabei wahrscheinlich die Sauerstoffverf眉gbarkeit, welche die Geschwindigkeit bestimmt, mit der Mikroben Sulfidminerale umwandeln und aufl枚sen k枚nnen (Abbildung 1). Bisher wurde in Modellsimulationen, die die Umwandlung von SMS und den Verlust wertvoller Metalle untersuchen, die Kinetik, die durch Mikroorgansimen vermittelten Prozesse beeinflusst wird, nicht ber眉cksichtigt. Ein dr盲ngendes Problem besteht darin, die Lebensdauer von SMS-Lagerst盲tten zu verstehen. Verwitterungsprozesse ver盲ndern die Zusammensetzung der Gesteine, indem sie prim盲re in sekund盲re Minerale umwandeln und wertvolle Metalle freisetzen. So nimmt im Laufe der Zeit der wirtschaftliche Wert der Lager ab. Zurzeit ist die Rolle der Mikroben, die die Mineralablagerungen besiedeln, noch nicht gut verstanden (Orcutt et al 2020). Ziel des Projektes ist es, die Bedeutung der marinen Mikroben bei der SMS-Umwandlung sowie die Zeitskalen besser zu verstehen.
Fallon et al. (2017). Oxidative dissolution of hydrothermal mixed-sulphide ore: An assessment of current knowledge in relation to seafloor massive sulphide mining. Ore Geol Rev 86: 309-337.
Murton et al (2019). Geological fate of seafloor massive sulphides at the TAG hydrothermal field (Mid-Atlantic Ridge). Ore Geol Rev 107: 903-925.
Orcutt et al (2020). Impacts of deep-sea mining on microbial ecosystem services. Limnol Oceanogr 65: 1489-1510.
Die Hauptfragen, die in diesem Projekt behandelt werden:
Frage 1: Wie verh盲lt sich die Kinetik von mikrobieller Verwitterung im Vergleich zu abiotischer Verwitterung von SMS?
Frage 2: Wie sch眉tzen Silikakappen gegen die mikrobielle oxidative Verwitterung von SMS?
Frage 3: In welchem Ma脽e hat die mikrobiell oxidative Verwitterung Einfluss auf den Verlust von Metallen (z. B. Cu, Zn, Co)?
Rasterelektronenmikroskopie-Aufnahme (REM) eines Pyrit-Pl盲ttchens nach 4-j盲hriger in-situ Inkubation am Indischen R眉cken. Zu sehen ist die Besiedelung des Pl盲ttchens durch verschiedene Mikroben sowie ein gedrehter Stiel geformt durch Eisen oxidierende Bakterien. Bildnachweis: 漏 C. Solterbeck, Institut f眉r Werkstoffe und Oberfl盲chen, FH Kiel
Rasterelektronenmikroskopie-Bild (REM) eines Pyrit-Pl盲ttchens nach 4-j盲hriger in-situ Inkubation am Indischen R眉cken. Zu erkennen ist, dass verschiedene Mikroben, die das Pl盲ttchen besiedelt haben. Bildnachweis: 漏 C. Solterbeck, Institut f眉r Werkstoffe und Oberfl盲chen, FH Kiel
In diesem Projekt inkubierten wir Pyrit und SMS f眉r vier Jahre am Meeresboden (INDEX2019, BGR) und sammelten frisches hydrothermales Material w盲hrend einer Expedition zum Indischen R眉cken (INDEX2023, BGR) und einer Expedition zu den Rotes Meer Vent-Arealen (HEXPLORES). Um zu verstehen, in welchem Ma脽e und unter welchen Bedingungen Mikroben Verwitterungsprozesse von SMS-Lagern beschleunigen, werden wir Mikroskopie, Mineralogie, Geochemie und verschiedene mikrobiologische Verfahren kombinieren.
Weitere Informationen finden Sie hier:
4-j盲hriges in-situ Experiment
Anreicherungs- Laborexperiment
Dieses Projekt ist in das eingebttet
Geomikrobiologie
Prof Mirjam Perner (Lead-PI)
Ola aka Alexandra Tecza-Wiezel (PhD student in the project)
Dr. Katja Laufer-Meiser (91探花)
Mineralogie
Dr. Sven Petersen (91探花)
Geochemie
Prof. Dr. Sylvia Sander (91探花) Co-PI
Mikroskopie
INDEX2019 chief scientist Dr. Ulrich Schwarz-Schampera
INDEX 2023 chief scientist Dr. Thomas Kuhn
HEXPLORES chief scientist Dr. Nico Augustin
Tecza-Wiezel A., K. Laufer-Meiser, C.-H. Solterbeck, J. Schloesser, S. Sander, M. Perner (2024) Insights from a four year in-situ incubation experiment at the Indian Ridge: How Microbes Impact Seafloor Massive Sulfide Weathering. Vereinigung f眉r Allgemeine Mikrobiologie Jahrestreffen (VAAM), W眉rzburg, Germany, 2-5 Juni 2024
