Uran und Vanadium Isotopenvariationen in Archaischen Sedimenten: Hinweise auf die Mobilisierung von Metallen und enzymatische Reduktion in einer weitgehend anoxische Welt

• Antragsteller: Dr. Stephan Schuth; Professor Dr. Stefan Weyer, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276874316

In der beantragten Studie möchten wir U und V Isotopenzusammensetzungen von Schwarzschiefern, Karbonaten und Bändereisenerzen analysieren, um die Redoxentwicklung der Ozeane vor dem 'great oxidation event (GOE)' zu erforschen. Wir suchen damit auch nach Hinweisen für das Auftreten erster metall-reduzierender Organismen auf der Erde. Mikroorganismen, die im Zuge ihres energetischen Metabolismus Schwefel und Metalle reduzieren, gehören wahrscheinlich zu den ältestens Lebensformen auf der Erde. Diese könnten in relativ sauerstoffreichen Lagunen bereits einige 100 Ma vor dem GOE existierten. Als Redoxindikator wird häufig die Konzentration und Isotopenzusammensetzung von redox-sensitiven Elementen, z.B. S, Cr, Mo und auch U, in Sedimenten verwendet. Uranisotope könnten besonders interessant sein, da nach den Erkenntnissen einiger Studien (sowie auch der Arbeitsgruppen um Bernier-Latmani und Weyer), enzymatische U-Reduktion mit einer bestimmten Isotopensignatur verbunden ist, die sich von der durch abiotische Reduktion generierten Signatur zu unterscheiden scheint. Über die V Isotopenfraktionierung bei Niedrig-Temperatur Redox-prozessen ist noch wenig bekannt; jedoch zeigen unsere eigenen Voruntersuchungen an Schwarzschiefern, dass V-Reduktion mit einer signifikanten V-Isotopenfraktionierung verbunden ist, und dass V und U Isotopensignaturen gekoppelt sein können. Im beantragten Projekt möchten wir die U und V Isotopenvariationen in archaischen und frühproterozoischen Schwarzschiefern, Karbonaten und Bändereisenerzen nutzen, um nach Hinweisen auf redox-bedingte Mobilisierung von redox-sensitiven Metallen zu suchen. In Kombination mit Hinweisen durch andere Proxys, möchten wir die Bedingungen charakterisieren, die zur Mobilisierung von Metallen und anschließender Reduktion und Ablagerung in Sedimenten geführt hat. Insbesondere suchen wir nach Hinweisen, ob die Reduktion von Metallen durch Microorganismen induziert wurde. Wir werden uns besonders auf Proben konzentrieren, die den Zeitraum vom späten Archaikum bis zum GOE erfassen. Dies sind insbesondere Schwarzschiefer, bei denen andere Isotopenproxys redox-sensitiver Metalle (z.B. Cr, Mo) auf Mobilisierung dieser Metalle und anschließenden Reduktion und Ablagerung hindeuten, Karbonate, bei denen zuvor die C- und S-Isotopie untersucht wurde (oder noch untersucht wird), sowie BIFs, die zuvor mit anderen Redox Proxys charakterisiert wurden. Des Weiteren werden wir auch ältere Proben analysieren, z.B. die ca. 3.5 Ga alten Sedimente der Dresser Formation (West-Australien), bei denen S-Isotopensignaturen auf microbielle S-Reduktion hinweisen. Das übergeordnete Ziel dieser Studie wird sein, die Kopplung von U und V Isotopen mit den Isotopensignaturen anderer redox-sensitiven Elementen zu untersuchen, um daraus Hinweise auf (1) frühe Metallmobilisierung und (2) den Beitrag von biogener im Vergleich zu abiogener Metallreduktion zu erhalten.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1833: Building a Habitable Earth
• Internationaler Bezug: Australien, Schweiz, Südafrika
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Rizlan Bernier-Latmani; Professor Dr. Nicolas J. Beukes; Professor Dr. Bernd Lehmann; Professor Dr. Thomas Nägler; Professor Dr. Harald Strauß; Professor Dr. David Wacey; Dr. Martin Wille