Einfluss von geogenem CO2 auf die Tiefenverteilung und Nahrungsgrundlage von tiefen mikrobiellen Gemeinschaften im Mofettensystem von Hartousov in NW Böhmen
Mineralogie, Petrologie und Geochemie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Untersuchungsgebiet, das Hartoušov Mofettensystem, befindet sich im nördlichen Egerbecken (Tschechische Republik). Das Gebiet zeichnet sich durch periodisch auftretende Schwarmerdbeben und durch die Entgasung von Mantel-CO2 mit einer relativ schweren δ13C Signatur von ca. -2 ‰ verglichen mit atmosphärischen CO2 von -8 ‰ aus. Im Frühjahr 2016 wurde eine 108,5 m tiefe Bohrung im Hartoušov Mofettengebiet bis hinab in das verwitterte Grundgestein abgeteuft. Während der Bohrung kam es in 78,5 m Tiefe zu einem starken CO2-Ausstoß, was auf eine Art CO2 Reservoir im tiefen Untergrund hindeutete. Dies Reservoir war mit einem tiefen gering-permeablen Aquifer assoziiert und stellte aufgrund seines Substratpotentials ein besonderes Intervall für tiefes mikrobielles Leben dar. Die grundlegenden wissenschaftlichen Ziele dieser Studie waren deshalb, den Einfluss des geogenen CO2 auf die indigene tiefe Biosphäre und auf deren Lebensraum, die sedimentäre Matrix (in Form von Ausfällung und Auflösung von Karbonaten), zu untersuchen. Das CO2 Reservoir befand sich genau am Übergang zwischen zwei geologischen Abfolgen: der Main Seam und der Cypris Formation, die beide während des Frühen Miozäns abgelagert wurden. Um den geologischen Hintergrund besser zu verstehen, wurde die Paleoumweltgeschichte anhand von geochemischen Parametern und Paläovegetationsbiomarkern rekonstruiert. Die Main Seam FM. war durch terrestrische Sedimente mit Feuchtgebietanzeigern charakterisiert. Die Cypris FM. hingegen zeigte den Wechsel zu einem lakustrinen Ablagerungsgeschehen mit gemischt aquatisch/terrestrischem organischem Material an. Vergangenes mikrobielles Leben wurde mit bereits teilweise abgebauten mikrobiellen Biomarkern wie den Hopanen und den Glycerol dialkyl glycerol Tetraethern (GDGTs) untersucht. Änderungen in der Zusammensetzung dieser Marker am Wechsel von der Main Seam zur Cypris FM deuteten an, dass diese Biomarker eher Änderungen während der Ablagerung anzeigten und nicht Überreste einer aktuellen tiefen Biosphäre darstellten. Als Biomarker für lebende Gemeinschaften wurden intakte polare Membranlipide (IPLs) und ihre Phospholipidfettsäuren (PLFAs) untersucht, da diese nur in lebenden Mikroorganismen über längere Zeiträume stabil sind. Normale Phospholipidester und deren PLFAs konnten nicht in signifikanten Mengen gefunden werden. Ihr geringes Auftreten zeigte an, dass der CO2-gesättigte Aquifer trotz seines Substratpotentials keinen Hotspot für eine tiefe Biosphäre darstellt. Allerdings konnten zwei Cluster von vorher unbekannten bakteriellen IPLs mit einer Sulfonsäure-Kopfgruppen und Etherseitenketten identifiziert werden, die ihre höchste Abundanz im Bereich der CO2-Blase aufwiesen. Dies deutete auf die Präsenz von speziell angepassten Bakterien in der Mofette hin, was durch die Ergebnisse des mikrobiellen Partnerprojektes unterstützt wurde. Um den Einfluss des geogenen CO2 auf die Mineralmatrix zu untersuchen, wurden Siderite (Eisenkarbonate) in der Main Seam und Cypris FM. analysiert. Die Metallionenzusammensetzung im inneren Teil der Sideritausfällungen wiesen auf einen frühen diagenetischen Einbau und eine syn-sedimentäre Sideritbildung hin. Änderungen zum Rand hin deuteten allerdings eine Reaktivierung der Sideritfällung mit dem Einsetzen der CO 2 Migration während des Späten Pleistozäns an und die Abwesenheit von Sideriten im Bereich der CO2 Blase ließ eine Karbonatauflösung vermuten. Die Ergebnisse deuteten also auf eine Änderung des mikrobiellen Lebensraums während der frühen Phase der Mofettenaktivität hin. Allerdings zeigte eine Modellierung mit PhreeqC, dass es bei heutigen Randbedingungen weder zu einer Karbonatausfällung noch zu einer -auflösung kommt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 2017. Impact of geogenic CO2 in the Hartoušov mofette system in NW Bohemia. 28th International Meeting on Organic Geochemistry 2017, Florence, Italy, September 17-22, 2017
Adler, K., Alawi, M., Liu, Q., Bussert, R., Vylita, T., Schulz, H.-M., Kämpf, H., Plessen, B., Wagner, D., Mangelsdorf, K.
