Ablagerungen von massiven Sulfiden (SMS) entstehen auf und im rezenten Meeresboden. Sie stellen Analogien zu alten vulkanogenen Massivsulfid-Ablagerungen dar, welche einen wichtigen Beitrag zur globalen Kupfer (Cu) und Zink (Zn) Versorgung leisten. Die SMS Lagerstätten entstehen an aktiven heißen Hydrothermalquellen indem mineralreiche, reduzierte heiße hydrothermale Fluide sich mit sauerstoffreichem, kalten Umgebungswasser vermischen. Diese SMS-Vorkommen bestehen hauptsächlich aus Pyrit (FeS₂) und Chalkopyrit (CuFeS₂) und können mit wertvollen Metallen wie Cu, Zn, Kobalt (Co), Gold (Au) und Silber (Ag) angereichert sein. Abiotische Prozesse tragen zur Entstehung, Umwandlung und Auflösung von diesen Sulfidmineralen bei. Allerdings beschleunigen mikrobielle Aktivitäten diese Reaktionen erheblich, indem sie die Fällung von Sulfidmineralen, den Metalltransport und die Mineralauflösung katalysieren. Eine entscheidende Rolle spielt dabei wahrscheinlich die Sauerstoffverfügbarkeit, welche die Geschwindigkeit bestimmt, mit der Mikroben Sulfidminerale umwandeln und auflösen können (Abbildung 1). Bisher wurde in Modellsimulationen, die die Umwandlung von SMS und den Verlust wertvoller Metalle untersuchen, die Kinetik, die durch Mikroorgansimen vermittelten Prozesse beeinflusst wird, nicht berücksichtigt. Ein drängendes Problem besteht darin, die Lebensdauer von SMS-Lagerstätten zu verstehen. Verwitterungsprozesse verändern die Zusammensetzung der Gesteine, indem sie primäre in sekundäre Minerale umwandeln und wertvolle Metalle freisetzen. So nimmt im Laufe der Zeit der wirtschaftliche Wert der Lager ab. Zurzeit ist die Rolle der Mikroben, die die Mineralablagerungen besiedeln, noch nicht gut verstanden (Orcutt et al 2020). Ziel des Projektes ist es, die Bedeutung der marinen Mikroben bei der SMS-Umwandlung sowie die Zeitskalen besser zu verstehen.

_{Fallon et al. (2017). Oxidative dissolution of hydrothermal mixed-sulphide ore: An assessment of current knowledge in relation to seafloor massive sulphide mining. Ore Geol Rev 86: 309-337.
Murton et al (2019). Geological fate of seafloor massive sulphides at the TAG hydrothermal field (Mid-Atlantic Ridge). Ore Geol Rev 107: 903-925.
Orcutt et al (2020). Impacts of deep-sea mining on microbial ecosystem services. Limnol Oceanogr 65: 1489-1510.}

Die Hauptfragen, die in diesem Projekt behandelt werden:

Frage 1: Wie verhält sich die Kinetik von mikrobieller Verwitterung im Vergleich zu abiotischer Verwitterung von SMS?

Frage 2: Wie schützen Silikakappen gegen die mikrobielle oxidative Verwitterung von SMS?

Frage 3: In welchem Maße hat die mikrobiell oxidative Verwitterung Einfluss auf den Verlust von Metallen (z. B. Cu, Zn, Co)?

In diesem Projekt inkubierten wir Pyrit und SMS für vier Jahre am Meeresboden (INDEX2019, BGR) und sammelten frisches hydrothermales Material während einer Expedition zum Indischen Rücken (INDEX2023, BGR) und einer Expedition zu den Rotes Meer Vent-Arealen (HEXPLORES). Um zu verstehen, in welchem Maße und unter welchen Bedingungen Mikroben Verwitterungsprozesse von SMS-Lagern beschleunigen, werden wir Mikroskopie, Mineralogie, Geochemie und verschiedene mikrobiologische Verfahren kombinieren.

Weitere Informationen finden Sie hier:

4-jähriges in-situ Experiment
Anreicherungs- Laborexperiment

Dieses Projekt ist in das Schwerpunktprogramm “Dynamics of Ore Metals Enrichment – DOME (SPP 2238) eingebttet

Team:

Geomikrobiologie
Prof. Dr. Mirjam Perner (Lead-PI)
Ola aka Alexandra Tecza-Wiezel (PhD student in the project)
Dr. Katja Laufer-Meiser (GEOMAR)

Mineralogie
Dr. Sebastian Fuchs (BGR)
Dr. Sven Petersen (GEOMAR)

Geochemie
Prof. Dr. Sylvia Sander (GEOMAR) Co-PI

Mikroskopie
Prof. Dr. Ing. Jana Schloesser (FH Kiel)
Dipl. Phys. Claus-Henning Solterbeck (FH Kiel)

Fahrten

INDEX2019 chief scientist Dr. Ulrich Schwarz-Schampera
INDEX 2023 chief scientist Dr. Thomas Kuhn
HEXPLORES chief scientist Dr. Nico Augustin

Präsentationen

Tecza-Wiezel A., K. Laufer-Meiser, C.-H. Solterbeck, J. Schloesser, S. Sander, M. Perner (2024) Insights from a four year in-situ incubation experiment at the Indian Ridge: How Microbes Impact Seafloor Massive Sulfide Weathering. Vereinigung für Allgemeine Mikrobiologie Jahrestreffen (VAAM), Würzburg, Germany, 2-5 Juni 2024