Lagerstätten aufspüren 08.11.2023, 10:28 Uhr

Bakterien als Schatzsucher auf der Jagd nach Diamanten

Forschende haben entdeckt, dass Mikroben Diamanten im Boden besser anzeigen können als geochemische Analysen. Die Zusammensetzung der Bakterien gibt Aufschluss darüber, ob sich im Untergrund diamantreiches Kimberlitgestein verbirgt – selbst, wenn es sich in 100 Metern Tiefe befindet.

Diamanten

Über die Bakterienzusammensetzung im Boden lässt sich feststellen, ob darin Diamantenvorkommen zu finden sind.

Foto: Panthermedia.net/VadimVasenin

Diamanten zählen zu den teuersten Rohstoffen der Welt und sind entsprechend begehrt. Allerdings sind sie in der Regel tief im Erdinnern verborgen. Wer sie fördern will, braucht gute geologische Kenntnisse, Testbohrungen und ein erstklassiges Labor für geochemische Analysen. Vielleicht geht es in Zukunft aber auch alles viel einfacher. Ein Team der University of British Columbia in Vancouver hat entdeckt, dass Mikroben sehr sensibel darauf reagieren, was sich selbst in großer Tiefe in der Erde verbirgt. So lassen sich nach Meinung des Forschungsteams zum Beispiel Lagerstätten von Kupfer, Diamanten und Rohstoffen künftig leichter aufspüren.

Diamanten im Kimberlit verborgen

Diamanten, die unter hohem Druck in der Tiefe von 150 bis 500 Kilometer entstehen, sind Hunderte von Millionen oder sogar Milliarden von Jahren alt. Sie werden in der Regel in einem vulkanischen Gesteinstyp namens Kimberlit gefunden. Durch Vulkanausbrüche gelangten die Diamanten relativ nah an die Erdoberfläche. Nur so besteht überhaupt die Möglichkeit, diese zu entdecken und abzubauen.

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Forschende der Universität Southampton haben vor einiger Zeit untersucht, an welchen Stellen die Diamanten bevorzugt an die Oberfläche kommen, in Zukunft könnten auch Mikroben bei der Suche nach den richtigen Stellen helfen. Bisher brauchte es Testbohrungen, seismische und geochemische Analysen, um solche Lagerstätten zu entdecken.

Mikroben weisen den Weg zu den Diamanten

Wie bereits geschrieben, konnten Forschende der University of British Columbia anhand von Beobachtungen der Bodenmikroben die Bereiche ausfindig machen, in denen sich vermutlich Diamanten im Kimberley-Gestein verborgen halten. Die Mikroben reagieren sehr sensibel auf kleinste geochemische Veränderungen ihrer Umwelt. „Sie interagieren mit Mineralen auf der Nano- bis Mikroebene und diese Interaktionen erzeugen charakteristische Merkmale der mikrobiellen Biosphäre“, erklärt Rachel Simister von der British Columbia.

Bislang war es jedoch unklar, ob und inwiefern tiefere Gesteinsschichten die Zusammensetzung von Bodenbakterien beeinflussen. Genau das haben Simister und ihr Team zunächst durch eine Reihe von Voruntersuchungen im Labor untersucht. In diesen Studien kultivierten die Wissenschaftler Mikroben, die sie aus Böden der arktischen Tundra gewonnen hatten.

Die Mikroben wurden unter zwei Bedingungen getestet: Zum einen wuchsen sie in ihrem ursprünglichen Boden, zum anderen in einer Umgebung, die mit fein gemahlenem Kimberlit angereichert war. „Gerade Kimberlite sind gute Beispiele für mineralische Ressourcen, die unter Tundraböden verborgen liegen“, berichtet das Forschungsteam.

In Kimberlit änderte sich die Artenzusammensetzung

Bei den Laboruntersuchungen zeigte sich, dass die Zusammensetzung der Mikrobenarten sich deutlich änderte, sobald Kimberlit ins Spiel kam. Mithilfe von DNA-Analysen stellten die Forschenden fest, dass 65 Bakterienarten bei Anwesenheit von Kimberlit deutlich zunahmen, während sich die Population von andern 310 Bakterienarten deutlich verringerte. „Die 65 Spezies, die zugenommen hatten, machten nach der Inkubationszeit zusammen 60 Prozent der gesamten Mikrobengemeinschaft aus, vorher lag ihr Anteil bei nur 0,6 Prozent“, berichten die Forschenden.

Anschließend setzte das Forschungsteam seine Studien in der Praxis fort – genauer gesagt bei einem Feldversuch in den kanadischen Northwest Territories. In dieser Region gibt es ein Kelvin-Kimberlit-Vorkommen, das von 150 Metern Fels und vier Metern Gletschersedimenten bedeckt ist. Vor der Herausforderung zu klären, ob die Präsenz von Kimberlit auch durch die Analyse von Bodenmikroben nachweisbar ist, sammelte das Team Proben sowohl von Standorten direkt über dem Kimberlit als auch von Stellen ohne dieses Vorkommen.

Feldversuch bestätigt Laboruntersuchungen

Nach mikrobiellen und geochemischen Analysen war klar, dass der Feldversuch die im Labor gefundenen Ergebnisse bestätigt. Heißt: Wo sich in der Tiefe Kimberlit befand, fanden sich auch vermehrt die gleichen Bakterienarten wie im Labor. „Von den 65 Indikator-Spezies waren 59 auch in den Böden über der DO-18-Kimberlit-Lagerstätte präsent“, berichtet das Forschungsteam.

Es zeigte sich zudem, dass die mikrobiellen Marker sogar aussagekräftiger als herkömmliche geochemische Verfahren waren. Während die geochemischen Analysen an einigen Stellen ohne Kimberlit zu falsch-positiven Resultaten führten, spiegelte die Verteilung der Bakterienindikatoren die tatsächlichen Grenzen der Kimberlitvorkommen mit hoher Genauigkeit wider.

Dieser Zusammenhang bestätigte sich ebenfalls, als die Wissenschaftler die Methodik an einem weiteren Ort in den Northwest Territories anwendeten. Dies deutet darauf hin, dass die sogenannten „Kimberlit-Mikroben“ nicht nur auf bestimmte lokale Bedingungen reagieren, sondern ein verlässlicherer Indikator für die Präsenz von Kimberlit über verschiedene Standorte hinweg sein könnten.

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Mikroben helfen auch bei der Suche nach anderen Rohstoffen

Simister und ihr Team haben bei ihren Studien stichhaltige Belege dafür gefunden, dass Bodenmikroben tief gelegene Vorkommen von diamantenreichem Kimberlitgestein aufspüren können – und das möglicherweise effizienter und einfacher als mit konventionellen geochemischen Methoden. „Mikroben sind bessere Geochemiker als wir und es gibt Tausende von ihnen“, sagt Simister. Die Gemeinschaften der Bodenbakterien reagieren so feinfühlig auf die mineralogischen Zusammensetzungen des Untergrundgesteins, dass sie Lagestellen in großer Tiefe verraten können.

Diese Erkenntnisse könnten dabei helfen, neue Kimberlitvorkommen und somit potenziell auch Diamanten zu entdecken. Nach Meinung der Forschenden gilt das insbesondere in der Arktis, wo der Rückgang der Gletscher und das Auftauen von Permafrost neue Regionen und potenzielle Rohstofflagerstätten freilegen. Doch damit nicht genug: Mit dieser Methode könnten auch andere Rohstoffe als Diamanten ausfindig gemacht werden. „Damit repräsentieren die Mikroben ein neues Werkzeug für die geologische Erkundung mineralischer Rohstoffvorkommen“, sagt Koautorin Bianca Phillips von der University of British Columbia. „Dies könnte Prospektoren viel Zeit und Geld ersparen.“

Ein Beitrag von:

  • Dominik Hochwarth

    Redakteur beim VDI Verlag. Nach dem Studium absolvierte er eine Ausbildung zum Online-Redakteur, es folgten ein Volontariat und jeweils 10 Jahre als Webtexter für eine Internetagentur und einen Onlineshop. Seit September 2022 schreibt er für ingenieur.de.

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