Quelltext der Seite Geomikrobiologie

Die '''Geomikrobiologie''' ([[griechische Sprache|altgriechisch]] {{lang|grc|γῆ}}, ''ge'' „Erde“, {{lang|grc|μικρός}}, ''mikros'' „klein“, {{lang|grc|βίος}}, ''bios'' „Leben“ und {{lang|grc|λόγος}}, ''logos'' „Wort“) ist ein Zweig der [[Mikrobiologie]]. Sie befasst sich im Wesentlichen mit den Einflüssen [[Mikroorganismen|mikrobieller]] [[Stoffwechsel]]vorgänge auf die Beschaffenheit der oberflächennahen Schichten der [[Erde]] ([[Erdkruste]] mit [[Lithosphäre]] und [[Hydrosphäre]] sowie [[Erdatmosphäre|Atmosphäre]]) und mit den Eigenschaften der betreffenden [[Mikroorganismen]]. Sowohl die gegenwärtigen Einflüsse wie auch die der Erdgeschichte werden behandelt.
[[Datei:Earth-crust-cutaway-german.svg|mini|350px|Geologische Schichtung der Erdkruste]]
== Besondere Bedeutung der Mikroorganismen für die Geochemie ==

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 (Physik)|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, [[A/V-Verhältnis|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 [[Geochemie|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&nbsp;1 bzw. 11) oder bei Temperaturen bis zu 120&nbsp;°C oder 4&nbsp;°C oder bei Drücken über 1000&nbsp;bar (über 100&nbsp;MPa) wachsen.

== Geochemisch bedeutende mikrobielle Stoffumsetzungen ==

Im Folgenden sind einige Beispiele für mikrobielle Stoffumsetzungen aufgeführt, die für die [[Geochemie|geochemische]] Beschaffenheit der oberflächennahen Erdschichten von besonderer Bedeutung sind:
* Verbrauch von [[Kohlenstoffdioxid]] (CO<sub>2</sub>) zur Bildung von [[Biomasse]] (CO<sub>2</sub>-[[Assimilation (Biologie)|Assimilation]]). Die Folge ist neben der Absenkung der CO<sub>2</sub>-Konzentration in Gewässern und in der Atmosphäre eine Alkalisierung (Anstieg des [[pH-Wert]]s) von Gewässern und damit eine Ausfällung von [[Calciumcarbonat]] (CaCO<sub>3</sub>) und Bildung von [[Kalkstein]].
* Einbau von Calciumcarbonat (CaCO<sub>3</sub>) in Skelette (vor allem bei [[Haptophyta|Coccolithophoriden]] und [[Foraminiferen]]) und damit Bildung von Kalkgesteinen.
* Einbau von [[Siliciumdioxid]] (SiO<sub>2</sub>) in Skelette (vor allem bei [[Kieselalgen]] und [[Strahlentierchen|Radiolarien]]) und damit Bildung von SiO<sub>2</sub>-Gesteinen, nach [[Diagenese]] zum Beispiel [[Radiolarit|Kieselschiefer]].
* Bildung von [[Methan]] (CH<sub>4</sub>) (durch methanogene [[Archaeen]]), das als „[[Treibhausgas]]“ wirkt.
* Oxidation von zweiwertigem [[Eisen]] (Fe<sup>2+</sup>) und damit [[Immobilisierung]] von Eisen in Form von Verbindungen dreiwertigen Eisens.
* Reduktion von dreiwertigem Eisen und damit Mobilisierung von Eisen aus praktisch wasserunlöslichen Verbindungen in Form von Fe<sup>2+</sup>-[[Ion]]en.
* Oxidation von [[Schwefelwasserstoff]] (H<sub>2</sub>S) und elementarem [[Schwefel]] zu [[Schwefelsäure]] und damit Ansäuerung des Milieus
* Auflösung von [[Schwermetall]]sulfiden (zum Beispiel [[Pyrit]] und [[Markasit]], beide FeS<sub>2</sub>) durch abiotische Oxidation des [[Sulfide|Sulfids]] durch [[Ion]]en von dreiwertigem Eisen und biotische Oxidation des dabei gebildeten elementaren [[Schwefel]]s und der gebildeten Schwefelverbindungen sowie biotische Reoxidation der zweiwertigen Eisenionen zu dreiwertigen; Folge der Vorgänge ist die Auflösung der Sulfidminerale und Mobilisierung der Schwermetalle.
* Reduktion von [[Sulfat]]en zu Schwefelwasserstoff (H<sub>2</sub>S) durch [[Desulfurikation|sulfatreduzierende Bakterien]] mit der Folge, dass Schwermetalle als praktisch wasserunlösliche [[Sulfide]] ausgefällt und somit immobilisiert werden.

== Mikroorganismen und geochemische Erdevolution ==

Mikroorganismen besiedeln die Erde seit mindestens [[Archaikum|3,8 Milliarden Jahren]], größere, vielzellige Lebewesen dagegen erst seit etwa [[Neoproterozoikum|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 (CO<sub>2</sub>), das zu Beginn Hauptbestandteil der Atmosphäre war und deshalb auch in der Hydrosphäre in hoher Konzentration enthalten war, durch CO<sub>2</sub>-Assimilation (Bindung des Kohlenstoffs in Biomasse). Damit Alkalisierung der Meere, Fällung von [[Carbonate]]n und Bildung von Kalkgesteinen.
* Bildung von zu Beginn nur in sehr geringen Konzentrationen vorhandenem elementarem [[Sauerstoff]] (O<sub>2</sub>, 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 Fe<sup>2+</sup>-Ionen gelöstem, zweiwertigem Eisen durch Oxidation zu dreiwertigem Eisen, das in Form von Fe(III)-Verbindungen [[Fällung|ausgefällt]] wurde und letztlich in [[Hämatit]] (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) überführt wurde (Bildung von „gebänderten Eisensteinen“, „[[Bändererz]]“ englisch „Banded Iron Formations“ = „BIF“ und von [[Buntsandstein|Rotsandsteinen]], „Red Bed“).
* Bildung von wasserschwerlöslichen [[Sulfate]]n wie Calciumsulfate ([[Gips]], [[Anhydrit]]) und [[Bariumsulfat]] ([[Baryt]]).

'''Siehe auch''': [[Endolithe]], [[Mikrobiologie]]

== Literatur ==

* 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 E. Canfield|Donald Canfield]] (et al.): ''Aquatic geomicrobiology.'' Elsevier Acad. Press, Amsterdam 2005, ISBN 0-12-026147-2

== Weblinks ==
* [https://www.bgr.bund.de/DE/Home/homepage_node.html Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR)]

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