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Geomikrobiologie Die altgriechisch γῆ ge Erde μικρός mikros klein βίος bios Leben und λόγος logos Wort ist ein Zweig der

Geomikrobiologie

Die Geomikrobiologie (altgriechisch γῆ, ge „Erde“, μικρός, mikros „klein“, βίος, bios „Leben“ und λόγος, logos „Wort“) ist ein Zweig der Mikrobiologie. Sie befasst sich im Wesentlichen mit den Einflüssen mikrobieller Stoffwechselvorgänge auf die Beschaffenheit der oberflächennahen Schichten der Erde (Erdkruste mit Lithosphäre und Hydrosphäre sowie Atmosphäre) und mit den Eigenschaften der betreffenden Mikroorganismen. Sowohl die gegenwärtigen Einflüsse wie auch die der Erdgeschichte werden behandelt.

Geologische Schichtung der Erdkruste

Besondere Bedeutung der Mikroorganismen für die Geochemie Bearbeiten

Die Einflüsse von Mikroorganismen auf den Zustand der Erdoberfläche sind sowohl in quantitativer wie auch in qualitativer Hinsicht von besonderer Bedeutung. Das ist in folgenden Besonderheiten der Mikroorganismen gegenüber größeren Lebewesen begründet:

  • Nach Schätzungen ist die Masse der Mikroorganismen etwa so groß oder sogar größer als die aller anderen Lebewesen.
  • Da Mikroorganismen wegen ihrer geringen Größe eine große spezifische Oberfläche (bezogen auf ihre Masse, Oberflächen-Volumen-Relation) besitzen und die Stoffwechselgeschwindigkeit von Lebewesen umso größer ist, je größer ihre spezifische Oberfläche ist, zeichnen sich Mikroorganismen durch eine spezifische, auf ihre Masse bezogene Stoffwechselgeschwindigkeit aus, die um Größenordnungen höher ist als die größerer Lebewesen. Die große Mikroorganismen-Biomasse auf der Erde und die hohe spezifische Stoffwechselgeschwindigkeit sind die Ursachen dafür, dass die Stoffwechselvorgänge von Mikroorganismen quantitativ von besonderer Bedeutung für die geochemische Beschaffenheit der Erdoberfläche sind.
  • Mikroorganismen zeichnen sich durch eine größere qualitative Vielfalt des Stoffwechsels aus als größere Lebewesen: Sie bewirken viele chemische Umsetzungen, zu denen andere Lebewesen nicht fähig sind, zum Beispiel Bildung von Methan und Schwefelwasserstoff, Oxidation von Ammoniak und Schwefelwasserstoff.
  • Einige Mikroorganismen, besonders Bakterien, sind an extreme Umweltbedingungen angepasst (sogenannte „Extremophile“). Sie können zum Beispiel in stark saurem oder alkalischem Milieu (pH 1 bzw. 11) oder bei Temperaturen bis zu 120 °C oder 4 °C oder bei Drücken über 1000 bar (über 100 MPa) wachsen.

Geochemisch bedeutende mikrobielle Stoffumsetzungen Bearbeiten

Im Folgenden sind einige Beispiele für mikrobielle Stoffumsetzungen aufgeführt, die für die geochemische Beschaffenheit der oberflächennahen Erdschichten von besonderer Bedeutung sind:

Mikroorganismen und geochemische Erdevolution Bearbeiten

Mikroorganismen besiedeln die Erde seit mindestens 3,8 Milliarden Jahren, größere, vielzellige Lebewesen dagegen erst seit etwa 0,7 Milliarden Jahren. Mikroorganismen haben durch ihren Stoffwechsel die geochemische Entwicklung der oberflächennahen Schichten der Erde (Erdkruste mit Hydrosphäre und Lithosphäre sowie Atmosphäre) schon sehr früh wesentlich beeinflusst:

  • Drastische Verminderung des Gehalts an Kohlenstoffdioxid (CO2), das zu Beginn Hauptbestandteil der Atmosphäre war und deshalb auch in der Hydrosphäre in hoher Konzentration enthalten war, durch CO2-Assimilation (Bindung des Kohlenstoffs in Biomasse). Damit Alkalisierung der Meere, Fällung von Carbonaten und Bildung von Kalkgesteinen.
  • Bildung von zu Beginn nur in sehr geringen Konzentrationen vorhandenem elementarem Sauerstoff (O2, Dioxygen) durch oxygene Photosynthese. Dadurch ergaben sich einschneidende Veränderungen in Hydro- und Lithosphäre sowie Konsequenzen für die Evolution der Lebewesen.
  • Immobilisierung von zu Beginn in den Meeren als Fe2+-Ionen gelöstem, zweiwertigem Eisen durch Oxidation zu dreiwertigem Eisen, das in Form von Fe(III)-Verbindungen ausgefällt wurde und letztlich in Hämatit (Fe2O3) überführt wurde (Bildung von „gebänderten Eisensteinen“, „Bändererz“ englisch „Banded Iron Formations“ = „BIF“ und von Rotsandsteinen, „Red Bed“).
  • Bildung von wasserschwerlöslichen Sulfaten wie Calciumsulfate (Gips, Anhydrit) und Bariumsulfat (Baryt).

Siehe auch: Endolithe, Mikrobiologie

Literatur Bearbeiten

  • Manfred Köhler, Fernando Völsgen: Geomikrobiologie – Grundlagen und Anwendungen. Wiley-VCH, Weinheim u. a. O. 1998, ISBN 3-527-30083-X
  • Henry Lutz Ehrlich, Dianne K. Newman: Geomicrobiology. 5. Auflage. CRC Press, Boca Taton 2009, ISBN 978-0-8493-7906-2
  • Tom Fenchel, Gary M. King, Thomas Henry Blackburn: Bacterial biogeochemistry: The ecophysiology of mineral cycling. 2. Auflage. Academic Press, London u. a. O. 1998, ISBN 0-12-103455-0
  • Kurt Konhauser: Introduction to geomicrobiology. Blackwell, Oxford 2007, ISBN 978-0-632-05454-1
  • Donald Canfield (et al.): Aquatic geomicrobiology. Elsevier Acad. Press, Amsterdam 2005, ISBN 0-12-026147-2

Weblinks Bearbeiten

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Die Geomikrobiologie altgriechisch gῆ ge Erde mikros mikros klein bios bios Leben und logos logos Wort ist ein Zweig der Mikrobiologie Sie befasst sich im Wesentlichen mit den Einflussen mikrobieller Stoffwechselvorgange auf die Beschaffenheit der oberflachennahen Schichten der Erde Erdkruste mit Lithosphare und Hydrosphare sowie Atmosphare und mit den Eigenschaften der betreffenden Mikroorganismen Sowohl die gegenwartigen Einflusse wie auch die der Erdgeschichte werden behandelt Geologische Schichtung der ErdkrusteInhaltsverzeichnis 1 Besondere Bedeutung der Mikroorganismen fur die Geochemie 2 Geochemisch bedeutende mikrobielle Stoffumsetzungen 3 Mikroorganismen und geochemische Erdevolution 4 Literatur 5 WeblinksBesondere Bedeutung der Mikroorganismen fur die Geochemie BearbeitenDie Einflusse von Mikroorganismen auf den Zustand der Erdoberflache sind sowohl in quantitativer wie auch in qualitativer Hinsicht von besonderer Bedeutung Das ist in folgenden Besonderheiten der Mikroorganismen gegenuber grosseren Lebewesen begrundet Nach Schatzungen ist die Masse der Mikroorganismen etwa so gross oder sogar grosser als die aller anderen Lebewesen Da Mikroorganismen wegen ihrer geringen Grosse eine grosse spezifische Oberflache bezogen auf ihre Masse Oberflachen Volumen Relation besitzen und die Stoffwechselgeschwindigkeit von Lebewesen umso grosser ist je grosser ihre spezifische Oberflache ist zeichnen sich Mikroorganismen durch eine spezifische auf ihre Masse bezogene Stoffwechselgeschwindigkeit aus die um Grossenordnungen hoher ist als die grosserer Lebewesen Die grosse Mikroorganismen Biomasse auf der Erde und die hohe spezifische Stoffwechselgeschwindigkeit sind die Ursachen dafur dass die Stoffwechselvorgange von Mikroorganismen quantitativ von besonderer Bedeutung fur die geochemische Beschaffenheit der Erdoberflache sind Mikroorganismen zeichnen sich durch eine grossere qualitative Vielfalt des Stoffwechsels aus als grossere Lebewesen Sie bewirken viele chemische Umsetzungen zu denen andere Lebewesen nicht fahig sind zum Beispiel Bildung von Methan und Schwefelwasserstoff Oxidation von Ammoniak und Schwefelwasserstoff Einige Mikroorganismen besonders Bakterien sind an extreme Umweltbedingungen angepasst sogenannte Extremophile Sie konnen zum Beispiel in stark saurem oder alkalischem Milieu pH 1 bzw 11 oder bei Temperaturen bis zu 120 C oder 4 C oder bei Drucken uber 1000 bar uber 100 MPa wachsen Geochemisch bedeutende mikrobielle Stoffumsetzungen BearbeitenIm Folgenden sind einige Beispiele fur mikrobielle Stoffumsetzungen aufgefuhrt die fur die geochemische Beschaffenheit der oberflachennahen Erdschichten von besonderer Bedeutung sind Verbrauch von Kohlenstoffdioxid CO2 zur Bildung von Biomasse CO2 Assimilation Die Folge ist neben der Absenkung der CO2 Konzentration in Gewassern und in der Atmosphare eine Alkalisierung Anstieg des pH Werts von Gewassern und damit eine Ausfallung von Calciumcarbonat CaCO3 und Bildung von Kalkstein Einbau von Calciumcarbonat CaCO3 in Skelette vor allem bei Coccolithophoriden und Foraminiferen und damit Bildung von Kalkgesteinen Einbau von Siliciumdioxid SiO2 in Skelette vor allem bei Kieselalgen und Radiolarien und damit Bildung von SiO2 Gesteinen nach Diagenese zum Beispiel Kieselschiefer Bildung von Methan CH4 durch methanogene Archaeen das als Treibhausgas wirkt Oxidation von zweiwertigem Eisen Fe2 und damit Immobilisierung von Eisen in Form von Verbindungen dreiwertigen Eisens Reduktion von dreiwertigem Eisen und damit Mobilisierung von Eisen aus praktisch wasserunloslichen Verbindungen in Form von Fe2 Ionen Oxidation von Schwefelwasserstoff H2S und elementarem Schwefel zu Schwefelsaure und damit Ansauerung des Milieus Auflosung von Schwermetallsulfiden zum Beispiel Pyrit und Markasit beide FeS2 durch abiotische Oxidation des Sulfids durch Ionen von dreiwertigem Eisen und biotische Oxidation des dabei gebildeten elementaren Schwefels und der gebildeten Schwefelverbindungen sowie biotische Reoxidation der zweiwertigen Eisenionen zu dreiwertigen Folge der Vorgange ist die Auflosung der Sulfidminerale und Mobilisierung der Schwermetalle Reduktion von Sulfaten zu Schwefelwasserstoff H2S durch sulfatreduzierende Bakterien mit der Folge dass Schwermetalle als praktisch wasserunlosliche Sulfide ausgefallt und somit immobilisiert werden Mikroorganismen und geochemische Erdevolution BearbeitenMikroorganismen besiedeln die Erde seit mindestens 3 8 Milliarden Jahren grossere vielzellige Lebewesen dagegen erst seit etwa 0 7 Milliarden Jahren Mikroorganismen haben durch ihren Stoffwechsel die geochemische Entwicklung der oberflachennahen Schichten der Erde Erdkruste mit Hydrosphare und Lithosphare sowie Atmosphare schon sehr fruh wesentlich beeinflusst Drastische Verminderung des Gehalts an Kohlenstoffdioxid CO2 das zu Beginn Hauptbestandteil der Atmosphare war und deshalb auch in der Hydrosphare in hoher Konzentration enthalten war durch CO2 Assimilation Bindung des Kohlenstoffs in Biomasse Damit Alkalisierung der Meere Fallung von Carbonaten und Bildung von Kalkgesteinen Bildung von zu Beginn nur in sehr geringen Konzentrationen vorhandenem elementarem Sauerstoff O2 Dioxygen durch oxygene Photosynthese Dadurch ergaben sich einschneidende Veranderungen in Hydro und Lithosphare sowie Konsequenzen fur die Evolution der Lebewesen Immobilisierung von zu Beginn in den Meeren als Fe2 Ionen gelostem zweiwertigem Eisen durch Oxidation zu dreiwertigem Eisen das in Form von Fe III Verbindungen ausgefallt wurde und letztlich in Hamatit Fe2O3 uberfuhrt wurde Bildung von gebanderten Eisensteinen Bandererz englisch Banded Iron Formations BIF und von Rotsandsteinen Red Bed Bildung von wasserschwerloslichen Sulfaten wie Calciumsulfate Gips Anhydrit und Bariumsulfat Baryt Siehe auch Endolithe MikrobiologieLiteratur BearbeitenManfred Kohler Fernando Volsgen Geomikrobiologie Grundlagen und Anwendungen Wiley VCH Weinheim u a O 1998 ISBN 3 527 30083 XHenry Lutz Ehrlich Dianne K Newman Geomicrobiology 5 Auflage CRC Press Boca Taton 2009 ISBN 978 0 8493 7906 2Tom Fenchel Gary M King Thomas Henry Blackburn Bacterial biogeochemistry The ecophysiology of mineral cycling 2 Auflage Academic Press London u a O 1998 ISBN 0 12 103455 0Kurt Konhauser Introduction to geomicrobiology Blackwell Oxford 2007 ISBN 978 0 632 05454 1Donald Canfield et al Aquatic geomicrobiology Elsevier Acad Press Amsterdam 2005 ISBN 0 12 026147 2Weblinks BearbeitenBundesanstalt fur Geowissenschaften und Rohstoffe BGR Normdaten Sachbegriff GND 4156734 1 lobid OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Geomikrobiologie amp oldid 212032387