Rätsel der gebänderten Eisenerze gelöst

Die ersten gebänderten Eisenerze bildeten sich bereits vor 3,8 Milliarden Jahren. In Schichten, die jünger als 1,8 Milliarden Jahre alt sind, findet man sie kaum noch. Dies wird allgemein auf einen Anstieg des Sauerstoffgehalts der Atmosphäre zurückgeführt, wodurch Eisenverbindungen schnell rosteten. Sauerstoffproduzenten waren die so genannten Blaualgen oder Cyanobaktieren, die vor ungefähr 2,5 Milliarden Jahren die Photosynthese erfanden.

Kappler und seine Kollegen widersprechen in der Zeitschrift Geology jetzt der klassischen Interpretation, die Cyanobakterien seien für die Ablagerung der gebänderten Eisenerze verantwortlich. Die Forscher führten Versuche mit roten Schwefelbakterien und roten Eisenbakterien durch. Beide Mikroben leben unter anaeroben Bedingungen und wandeln Kohlendioxid mit Hilfe von Licht in Biomasse um. Im Gegensatz zur Photosynthese, bei der Wasser gespalten wird, nutzen die beiden Mikrobensorten Schwefelwasserstoff beziehungsweise zweiwertiges Eisen als Elektronenquelle. Kappler und seine Kollegen berichten, dass die roten Eisenbakterien (Rhodobacter ferrooxidans) unter den Bedingungen der Erdurzeit im Meer unterhalb der obersten, von Wellen aufgewühlten Schicht leben konnten. Dort sei noch genug Licht für ihren Stoffwechsel vorhanden gewesen, schreiben die Forscher.

Da die Meere im Präkambrium eine stabile Schichtung aufwiesen, verbrauchten die Eisenbakterien alles Eisen aus den tiefen Schichten, bevor es in die obersten Meeresregionen quellen konnte, die durch die Cyanobakterien mit Sauerstoff angereichert waren. Ähnliche Verhältnisse herrschen heute noch im Schwarzen Meer, berichten die Forscher.

Mit Modellrechnungen weisen sie außerdem nach, dass die Eisenbakterien genug Eisen oxidieren konnten, um die gewaltigen Mengen der gebänderten Eisenerze zu erklären: Gut 90 Prozent der wirtschaftlich interessanten Eisenvorkommen bestehen aus gebänderten Eisenerzen. Die Forscher vermuten, dass sich das dreiwertige Eisen nach der Ablagerung teilweise wieder zu zweiwertigem Eisen zurückbildete, was die Anwesenheit von Mineralien wie Magnetit erklären könnte, die nicht vollständig oxidiert sind. Dreiwertiges Eisen, zum Beispiel im Mineral Hämatit, ist gewöhnlich rostrot.

Wie die Forscher um Kappler schreiben, lässt sich mithilfe dieser relativ primitiven Mikroben auch erklären, warum sich die ersten gebänderten Eisenerze bereits vor 3,8 Milliarden Jahren bildeten ? vermutlich lange vor der Erfindung der Photosynthese.