Geologen lieben Wasserkocher, denn sie können beim Warten aufs Teewasser zuschauen, wie eine dünne Schicht neues Gestein entsteht. Beim Sieden verliert das Wasser schlagartig seine gelösten Stoffe und die fallen als Kalk aus. Dieses Calciumkarbonat baut weltweit ganze Gebirge auf. Und wie es entsteht, haben nicht nur teeliebende Geologen heute gut verstanden. Ein anderes Karbonat dagegen ist seit seiner Entdeckung ein großes Rätsel geblieben – und das, obwohl es auch weltweit vorkommt und ebenfalls ganze Gebirge formt: Der Dolomit.
"Seit der Entdeckung Ende des 19. Jahrhunderts besteht das sogenannte Dolomitproblem. Denn wenn man sich die Erdgeschichte der letzten 600 Millionen Jahre anschaut, dann sieht man, dass es in der Vergangenheit Perioden gegeben hat, in denen sehr viel Dolomit gebildet wurde. Aber diese Dolomitbildung können wir heute nicht mehr so in diesem Maße feststellen."
Damit umreißt Stefan Krause vom Institut IFM-Geomar in Kiel ein elementares Problem der Geologie. Dolomit ähnelt zwar äußerlich dem gewöhnlichen Calciumkarbonat und unterscheidet sich chemisch nur minimal von ihm. Doch in keinem Wasserkocher der Welt könnte Dolomit entstehen. Er benötigt Temperaturen von über 100 Grad Celsius, die es auch in der Erdgeschichte in kaum einem Gewässer gegeben haben kann. Ein Teil des Dolomits könnte sich zwar auch durch chemische Reaktionen in der heißen Erdkruste gebildet haben – aber bei weitem nicht alles. Die Kieler Meereskundler sind der Lösung des Dolomiträtsels nun ein entscheidendes Stück näher gekommen. Und das eher zufällig: Die Forscher waren in ihren Labor ursprünglich nur an der Lebensweise von bestimmten Mikroorganismen interessiert.
"Wir waren gar nicht auf Dolomit fokussiert, sondern: diese Bakterien, die für uns von Interesse sind, die bilden so genannte Biofilme aus. Ein Biofilm ist definiert als: Bakterien, die sich an einem Grund – wir nennen das Substrat – festsetzen und eine Hülle aus, man muss sagen, aus Schleim bilden, der aus langkettigen Zuckern besteht und auch aus Aminosäuren und ein paar Proteinen."
Im Labor kultivierte Stefan Krause zunächst sulfatreduzierende Mikroben, die in der Natur meist tief ins Sediment zurückgezogen leben. Der Biologe wollte nun lediglich den Biofilm untersuchen, den Bakterien der Art Desulfobulbus mediterraneus bilden. Biofilme geben den Bakterien Halt oder schützen sie vor widrigen Umwelteinflüssen. Doch die untersuchten Bakterien schafften es auch, in ihrem Biofilm feine Dolomitkristalle zu produzieren – und das weit unterhalb von 100 Grad Celsius. Der untersuchte Organismus gewinnt seine Energie, indem er in Wasser gelöste Schwefelverbindungen atmet. Sauerstoff ist für ihn dagegen ein Gift. Deswegen lebt er heute zurückgezogen in die Tiefe – und wurde im Sediment 1000 Meter tief unter dem Boden des Mittelmeers entdeckt. Doch dort muss er nicht immer gelebt haben. Krause:
"Während der letzten 600 Millionen Jahre gab es im Prinzip zwei große Perioden, in denen massiv Dolomit gebildet wurde. Und die korrelieren sehr gut mit Zeiten, in denen es global einen geringeren Sauerstoffanteil gegeben hat."
Diese erdgeschichtlichen Phasen mit weit verbreiteten sauerstofffreien Zonen in den Meeren könnten also der Schlüssel sein zum Dolomitproblem: Es ist anzunehmen, dass sulfatreduzierende Mikroben in dieser Zeit aus ihren tiefen Verstecken auftauchten und damit begannen, weiträumig den für sie lebensfreundlichen Meeresboden zu bevölkern, wo der Sauerstoff knapp war. Schließlich waren sie in der Lage, in ihren Biofilmen große Mengen Dolomit auszuscheiden. - Zumindest könnte es so gewesen sein: Denn wie genau der Organismus Dolomit bildet, bleibt weiterhin im Dunkeln.
"Seit der Entdeckung Ende des 19. Jahrhunderts besteht das sogenannte Dolomitproblem. Denn wenn man sich die Erdgeschichte der letzten 600 Millionen Jahre anschaut, dann sieht man, dass es in der Vergangenheit Perioden gegeben hat, in denen sehr viel Dolomit gebildet wurde. Aber diese Dolomitbildung können wir heute nicht mehr so in diesem Maße feststellen."
Damit umreißt Stefan Krause vom Institut IFM-Geomar in Kiel ein elementares Problem der Geologie. Dolomit ähnelt zwar äußerlich dem gewöhnlichen Calciumkarbonat und unterscheidet sich chemisch nur minimal von ihm. Doch in keinem Wasserkocher der Welt könnte Dolomit entstehen. Er benötigt Temperaturen von über 100 Grad Celsius, die es auch in der Erdgeschichte in kaum einem Gewässer gegeben haben kann. Ein Teil des Dolomits könnte sich zwar auch durch chemische Reaktionen in der heißen Erdkruste gebildet haben – aber bei weitem nicht alles. Die Kieler Meereskundler sind der Lösung des Dolomiträtsels nun ein entscheidendes Stück näher gekommen. Und das eher zufällig: Die Forscher waren in ihren Labor ursprünglich nur an der Lebensweise von bestimmten Mikroorganismen interessiert.
"Wir waren gar nicht auf Dolomit fokussiert, sondern: diese Bakterien, die für uns von Interesse sind, die bilden so genannte Biofilme aus. Ein Biofilm ist definiert als: Bakterien, die sich an einem Grund – wir nennen das Substrat – festsetzen und eine Hülle aus, man muss sagen, aus Schleim bilden, der aus langkettigen Zuckern besteht und auch aus Aminosäuren und ein paar Proteinen."
Im Labor kultivierte Stefan Krause zunächst sulfatreduzierende Mikroben, die in der Natur meist tief ins Sediment zurückgezogen leben. Der Biologe wollte nun lediglich den Biofilm untersuchen, den Bakterien der Art Desulfobulbus mediterraneus bilden. Biofilme geben den Bakterien Halt oder schützen sie vor widrigen Umwelteinflüssen. Doch die untersuchten Bakterien schafften es auch, in ihrem Biofilm feine Dolomitkristalle zu produzieren – und das weit unterhalb von 100 Grad Celsius. Der untersuchte Organismus gewinnt seine Energie, indem er in Wasser gelöste Schwefelverbindungen atmet. Sauerstoff ist für ihn dagegen ein Gift. Deswegen lebt er heute zurückgezogen in die Tiefe – und wurde im Sediment 1000 Meter tief unter dem Boden des Mittelmeers entdeckt. Doch dort muss er nicht immer gelebt haben. Krause:
"Während der letzten 600 Millionen Jahre gab es im Prinzip zwei große Perioden, in denen massiv Dolomit gebildet wurde. Und die korrelieren sehr gut mit Zeiten, in denen es global einen geringeren Sauerstoffanteil gegeben hat."
Diese erdgeschichtlichen Phasen mit weit verbreiteten sauerstofffreien Zonen in den Meeren könnten also der Schlüssel sein zum Dolomitproblem: Es ist anzunehmen, dass sulfatreduzierende Mikroben in dieser Zeit aus ihren tiefen Verstecken auftauchten und damit begannen, weiträumig den für sie lebensfreundlichen Meeresboden zu bevölkern, wo der Sauerstoff knapp war. Schließlich waren sie in der Lage, in ihren Biofilmen große Mengen Dolomit auszuscheiden. - Zumindest könnte es so gewesen sein: Denn wie genau der Organismus Dolomit bildet, bleibt weiterhin im Dunkeln.