Stromatolite als Archive für die Mobilität von Metallen und Metabolismen des frühen Lebens? Uran und Mo Isotopenstudie von modernen und Archaischen Stromatoliten und Karbonaten.

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Weyer, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Paläontologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404682152

Im beantragten Projekt möchten wir die Eignung von Stromatoliten als Archive für I) die Redoxentwicklung der frühen Ozeane und Atmosphäre und II) das Erscheinen von Mikroorganismen, welche in der Lage sind Metalle zu reduzieren, testen. Hierzu möchten wir die Spurenelement-, sowie die Mo und U Isotopenzusammensetzung von rezenten und fossilen (Perm, Neoproterozoikum, sowie Neo-Paläoarchaikum) Stromatoliten analysieren. Einige Karbonatvorkommen zeichnen direkt die Mo- und U-Isotopie ihrer Wasserquelle auf. Stromatolite scheinen jedoch aus mikrobiellen Vergesellschaftungen zu bestehen, welche neben Cyanobakterien auch eine Reihe von Metabolismen aufweisen, welche in der Lage sind, Metalle zu reduzieren, wie zum Beispiel Sulfat- und Eisenreduzierer. Möglicherweise sind auch Organismen, die Denitrifikation betreiben, hierzu in der Lage. Einige moderne Stromatolite zeigen auch eine deutliche Metallanreicherung (z.B. Mo) in den tieferen anoxischen Lagen. Insofern könnten Stromatolite, anders als andere Karbonate, charakteristische Isotopensignaturen von Mo- und U-Reduktion aufweisen. Neuere experimentelle Studien implizieren, dass die starke charakteristische U-Isotopenfraktionierung bei der U-Reduktion (zwischen UIV und UVI) nur bei der biotischer U-Reduktion aufzutreten scheint. Dies ist wahrscheinlich der dominierende Mechanismus in modernen oberflächennahen anoxischen Umgebungen, wie dem tiefen Schwarzen Meer und dem Cariaco Basin. Deshalb zeigen Sedimente solcher abgegrenzten Ozeanbecken häufig eine Korrelation ihrer Mo- und U-Isotopensignaturen. Die Schlüsselfragen bezüglich der in diesem Antrag geplanten Untersuchung von rezenten Stromatoliten sind: R1) sind ihre Mo- und U-Isotopensignaturen durch die Metallreduktion geprägt? oder R2) archivieren sie die Isotpensignatur ihrer Wasserquelle? Im Fall von R1) könnten Stromatolite ein Werkzeug sein, um das Erscheinen von Metall-reduzierenden Metabolismen zu rekonstruieren. Im Fall R2) könnten sie stattdessen geeignet sein, die Redoxentwicklung der frühen Ozeane (und der Atmosphäre) aufzuzeichnen. Schlüsselfragen bezüglich der Untersuchungen an den Frühproterozoischen und Archaischen Stromatoliten sind: A1) sind die bei der Ablagerung der Stromatolite erzeugten Isotopensignaturen in den Stromatoliten erhalten geblieben? und A2) was können sie über die Redoxentwicklung der Ozeane und/oder das Erscheinen der ersten metallreduzierenden Organismen aussagen? Die ausgewählten fossilen Stromatolite repräsentieren zum einen wichtige Intervalle in der Entwicklung der frühen Erde, zum anderen eignen sie sich auch, um die Effekte der diagenetischen Alteration (einschließlich Dolomitisierung und Silifizierung) auf die Mo- und U-Isotopensignaturen zu untersuchen. Die Isotopensignaturen der Stromatolite werden des Weiteren mit denen von anderen Karbonaten und organikreichen Sedimenten aus entsprechenden Zeitintervallen verglichen, um die Rekonstruktion der Redoxentwicklung zu optimieren.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1833: Building a Habitable Earth
• Internationaler Bezug: Australien
• Kooperationspartner: Professor Dr. Martin van Kranendonk