Mikrobielle Eisenumwandlungsprozesse während der Bildung von gebänderten Eisenerzen: Einfluss auf die Eisenmineralogie sowie auf die Mobilität von Nickel und Phosphat

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Kappler
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448371684

Gebänderte Eisenerze sind Fe- und Si-reiche Sedimentgesteine die überwiegend zwischen 3.8-1.8 Ga gebildet wurden. Die primären Minerale die Bändererze formten, waren höchstwahrscheinlich Fe(III) Oxyhydroxide, die entweder von (1) anoxygenen phototrophen Fe(II)-oxidierenden Bakterien (Photoferrotrophe) (vor dem "Great Oxidation Event" als kein bzw. wenig Sauerstoff in der Atmosphäre war) oder (2) nach der Evolution von Cyanobakterien durch chemische Oxidation von Fe(II) durch O2, produziert von diesen Cyanobakterien, gebildet wurden. Die wichtigsten Minerale, die heute in gebänderten Eisenerzen allerdings gefunden werden, sind das Fe(III) Mineral Hämatit (Fe2O3) und die Fe(II)-haltigen Minerale Siderit (FeCO3) und Magnetit (Fe3O4). Die Transformation der Fe(III) Oxyhydroxide in diese sekundären Minerale wurde teilweise abiotischen diagenetischen und metamorphen Prozessen zugeschrieben, aber auch mikrobiell katalysierten diagenetischen Prozessen wie z.B. mikrobieller dissimilatorischer Eisenreduktion, welche Magnetit und Siderit bildet. Beweise für diese mikrobiellen, diagenetischen Prozesse stammen von Eisenisotopendaten sowie aus Spurenelement- und Nährstoffanalysen in gebänderten Eisenerzen. Es ist jedoch ungeklärt, in welchem Ausmaß der mikrobielle Eisenzyklus, d.h. der wiederholte Wechsel von Fe(II) Oxidation und Fe(III) Reduktion, sich in einem solchen sedimentären Milieu auf der frühen Erde entwickelt haben könnte, welche sekundären Minerale unter diesen Bedingungen während des mikrobiellen Eisenzyklus gebildet wurden und wie dies den Spurenelement- und Nährstoffgehalt der sekundären Minerale beeinflusste. Daher wollen wir nacheinander das O2-bildende Cyanobakterium Synechococcus PCC 7002 und Fe(III)-reduzierende Bakterien im Vergleich zu rein abiotischer O2-abhängiger Fe(II) Oxidation gefolgt durch mikrobielle Fe(III) Reduktion in einem Medium kultivieren (3 Redox-Zyklen für jede Kombination), das die Verhältnisse des altertümlichen Ozeans nachahmt. Damit möchten wir bestimmen, welche sekundären Minerale während wiederholtem Eisenzyklus gebildet werden. Wir schlagen weiterhin vor, experimentell die Mobilität des essenziellen Spurenmetalls Ni und Nährstoffs Phosphat während des mikrobiellen Eisenzyklus zu untersuchen. Der Vergleich unserer Ergebnisse mit Bändererzgesteinen wird es uns letztlich erlauben festzustellen, wie der mikrobielle Eisenzyklus die sekundäre Mineralogie und den Erhalt von Ni und Phosphat Gehalt in Bändererzen beeinflusste.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen