Die Geheimnisse Des Meeresbodens Erkunden

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Emily beal reist zum meeresboden, um zu erfahren, wie tiefseeorganismen die sonnenlose chemische umgebung zum gedeihen nutzen.

Dieser Artikel hinter den Kulissen wurde WordsSideKick.com in Partnerschaft mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Vor ungefähr drei Jahren bestieg Emily Beal - eine Studentin der Geowissenschaften in Penn State - das tief in die Tiefe gehende Tauchboot namens Alvin, das sich auf den Grund des Ozeans machte.

Nachdem sie sich in Alvins Titankugel eingeklemmt hatte, begann Beal mit mehr als einem Hauch Klaustrophobie ihren Sprung auf den Meeresboden. Alvin war gerade groß genug, um sie, den Piloten des Tauchers, und den Penn State-Kollegen Chris House zu halten. Glücklicherweise, als Beal während ihres Abstiegs aus Alvins plattengroßen Bullaugen spähte, wurde ihre Klaustrophobie schnell zu purem, ungetrübten Rausch.

"Sobald wir unter die sonnenbeschienenen Oberflächenschichten des Ozeans gesunken waren, wurde das pechschwarze Meer von fluoreszierenden Organismen beleuchtet; sie funkelten und funkelten wie Sterne; sie waren wunderschön", erinnert sie sich.

Eine Mission für Mikroben

Warum reisten Beal und House zum Meeresgrund? Sie wollten Proben von Mikroben sammeln, die in der Nähe von Methan leben - Orte, an denen Methan und andere kohlenwasserstoffreiche Flüssigkeiten aus dem Meeresboden strömen.

Beal und House sammelten diese Proben im Rahmen eines Forschungsprojekts, das mit Victoria Orphan vom California Institute of Technology durchgeführt wurde.

Wissenschaftler ziehen Methansickern an, weil sie einzigartige Ökosysteme beherbergen, die im Gegensatz zu fast allen anderen Ökosystemen vom Licht unabhängig sind und nicht durch Photosynthese angetrieben werden. Vielmehr werden diese Ökosysteme durch chemische Energie angetrieben, die entsteht, wenn Mikroben Methan verbrauchen, das durch sauerstofffreie Sedimente sickert.

"Fast alles Methan, das bei den Methansickern freigesetzt wird, wird von Mikroben verbraucht", sagte Beal. "Infolgedessen gelangt nur sehr wenig Methan, das ein wichtiges Treibhausgas ist, in das Meerwasser und in die Atmosphäre."

Es bleibt jedoch noch immer ein Rätsel um Methansickern. "Wir können nicht ganz verstehen, warum Methan austritt, wo sie sich bilden; vielleicht steigen diese Flüssigkeiten durch Fehler aus Gebieten auf, wo sie durch biologische oder andere Prozesse in der Tiefe produziert werden", sagte Beal. Beals Forschungsgruppe wusste, dass sie wahrscheinlich Methansickern in ihrem Zielgebiet finden würden, weil andere Forscher sie zuvor in diesem Gebiet gefunden hatten.

Die Wissenschaftler wissen sehr wenig über die chemischen Reaktionen, die auftreten, wenn Mikroben Methan an Methan versickern. Dies liegt zum Teil daran, dass es schwierig ist, reine Proben von methanfressenden Mikroben aus Sekret zu sammeln und im Labor zu züchten.

Wissenschaftler wissen jedoch seit langem, dass Mikroben das aus Methansickern freigesetzte Methan mit Sulfaten zu Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid verbinden. Die durch diese Reaktion erzeugten Schwefelwasserstoff nähren Muscheln und andere an Methan lebende Tiere, und das erzeugte Kohlendioxid fällt schließlich als Karbonate aus dem Wasser aus, wodurch verhindert wird, dass das Treibhausgas in die Atmosphäre gelangt.

Wissenschaftler haben seit langem den Verdacht, dass andere Verbindungen außer Sulfaten möglicherweise mit Methan kombiniert werden, um Kohlendioxid zu produzieren, doch es gibt keine Beweise dafür.

Unten schlagen

Nachdem sie etwa eine Stunde durch die Wassersäule abgesunken war, näherte sich die Forschungsgruppe einem etwa 530 Meter tiefen Meeresboden.

Dann schaltete der Pilot des Alvins die Scheinwerfer des Unterwasserfahrzeugs ein, die eine Flut von Plattfisch und gelegentlich einen Hai beleuchteten, und richtete Alvin auf einen Kurs parallel zum Meeresboden.

Während der dreistündigen Forschungspatrouille, die darauf folgte, fanden Beal und House mehrere Methansickerungen, indem sie nach ihren verräterischen Anzeichen suchten: Methanblasen, die vom Meeresboden aufstiegen, weiße und orangefarbene Mikrobenmatten, die den Meeresboden auslegen, und Haufen von Muscheln, die sich mit Hydrogensulfaten ernähren.

Durch die Manipulation der beiden hydraulischen Roboterarme von Alvin konnten die Forscher mikrobenhaltige Sedimente aus diesen Sickern sammeln und sie während ihres einstündigen Aufstiegs wieder an die Oberfläche bringen.

Zurück im Labor...

Nachdem Beal und House ins Labor zurückgekehrt waren, wollten sie herausfinden, ob die Mikroben im Sickerfall Eisenoxid oder Mangan ohne Sulfate verwenden, um Methan in Kohlendioxid umzuwandeln.

Die Forschung umfasste einen Vergleich der Menge an Kohlendioxid, die aus mehreren Sedimentsystemen freigesetzt wurde, die während des Alvin-Tauchgangs entnommen wurden. Einige der Systeme enthielten Sulfate; einige waren sulfatfrei; und einige enthielten Eisenoxid oder Manganoxid ohne Sulfate.

Die Ergebnisse der Forscher, die am 10. Juli 2009 in Science veröffentlicht wurden, zeigten, dass der Methanverbrauch in den sulfathaltigen Sedimentsystemen erwartungsgemäß am höchsten war.

Nichtsdestotrotz zeigten sowohl die Eisen- als auch die Manganoxid-Schnürsenkel-Proben einen erheblichen Methanverbrauch, obwohl in diesen Systemen ein geringerer Verbrauch als in den Sulfatsystemen auftrat.

"Obwohl diese Ergebnisse nicht bedeuten, dass Eisen und Mangan wichtiger als Sulfat sind, deuten sie darauf hin, dass Eisen und Mangan wahrscheinlich mehr als unbedeutende Teile des Kohlenstoffkreislaufs der Erde sind", sagte Beal.

Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass Reaktionen zwischen Methan und Mangan oder Eisenoxid in den frühen Tagen der Erde eine wichtige Rolle im Methankreislauf gespielt haben könnten, fügte Beal hinzu."In dieser Zeit stand wahrscheinlich genügend Mangan und Eisenoxid zur Verfügung, um chemische Reaktionen zu unterstützen, die Methan verbrauchen."

Bislang hat Beal mehr als ein Dutzend in ihre Experimente eingeschlossene Mikroorganismen eingeteilt. Sie weiß jedoch noch nicht, welche Mikroben oder welches Mikrokonsortium für den Verbrauch von Methan verantwortlich ist, hofft jedoch, diese wichtigen Organismen schließlich durch ihre laufenden Forschungen zu identifizieren.

Anmerkung des Herausgebers: Diese Forschung wurde von der National Science Foundation (NSF) unterstützt, der Bundesbehörde für die Finanzierung von Grundlagenforschung und -bildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Siehe das Archiv hinter den Kulissen.


Videoergänzungsan: Expedition zum Meeresgrund 2 | Die Geheimnisse des Asphalts.




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