Expeditionen der Geobiologie

Kiritimati-Lakes

Fenster in die geologische Vergangenheit: Salzseen auf dem Kiritimati Atoll

Erste Ergebnisse der Expedition zu den Salzseen des Kiritimati Atolls nahe dem Äquator haben die Erwartungen der Göttinger Geobiologie Gruppe unter der Leitung von Prof. Dr. Joachim Reitner und Dr. Nicole Brinkmann erheblich übertroffen. Kiritimati gehört zur Atoll-Gruppe der Line Islands und ist vergleichbar mit der Vulkankette der Hawaii-Inseln.
Die rund 500 kleineren und größeren Seen des Atolls weisen teilweise sehr hohe Salzgehalte auf. Der gesamte Seeboden ist von gallertartigen dicken Matten bedeckt, in denen krustenartige Mineralgebilde entstehen. Schwerpunkte der Untersuchungen an einigen dieser Seen ist die Erfassung der mikrobiellen Vielfalt, der Zusammensetzung der organischen Matrix und des chemischen Milieus in den Matten. Damit soll gezeigt werden, wie Mikroorganismen in der Lage sind, Mineral- und Gesteinsbildung zu steuern.
Die Mächtigkeit und farbliche Zonierung der bis zu 15 cm dicken Matten sind in der Tat spektakulär. Schneidet man die Matten auf, so sehen diese aus wie eine in den Farben orange, grün, rot und schwarzbraun geschichtete Torte, allerdings sollte man diese nicht essen, sie wäre zu salzig und generell wenig bekömmlich. Innerhalb der farblich zonierten Bakterienlagen und an der Basis dieser Matten entstehen unterschiedliche Minerale wie Kalk (Aragonit), Gips und weitere Salze, die erst im Labor näher bestimmt werden können. Die mineralischen Lagen an der Basis der Matten sind oft fein geschichtet und zeigen einen periodischen Wachstumsprozess an. Es entstehen Strukturen, die in der Geologie als Stromatolithe bekannt sind. Die Bildungsbedingungen und Wachstumsprozesse dieser Strukturen sind ein zentrales Forschungsthema der Göttinger Forschergruppe.
Wesentliche neue Erkenntnisse erbringt hier die „in situ“, also direkte Beobachtung der Vorgänge in den Matten. Mikrosensormessungen, die von Dr. Danny Ionescu (Max-Plack-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen) und Svenja Spitzer (Geobiologie, Göttingen) durchgeführt werden, bestimmen u.a. die Verteilung der Sauerstoff- und Kalziumkonzentration sowie des pH-Wertes mit hoher vertikaler Auflösung. Diese Messungen zeigen, dass sauerstofffreie Zonen in den Matten dominieren und die damit verbundenen speziellen Stoffwechselprozesse die Mineralbildungen beeinflussen.
Wasserchemische Analysen werden zur Charakterisierung der Habitate von Dr. Andreas Reimer (Geobiologie, Göttingen) durchgeführt. Die Salzgehalte der Seen haben z.T. ungewöhnlich hohe Werte, wie sie zum Beispiel aus dem Toten Meer bekannt sind. Die hohen Salzgehalte sind ideal für extremophile Mikroorganismen, die unter diesen Bedingungen optimal gedeihen können.
Die Mikrobiologen der Expedition, Dr. Stefan Spring (DSMZ, Braunschweig), Dominik Schneider (Genomische und Angewandte Mikrobiologie, Göttingen) und Dr. Nicole  Brinkmann (Geobiologie, Göttingen) widmen sich den Organismen in den Matten mit klassischen Kultivierungstechniken und modernen DNA/RNA- Sequenzanalysen. Erste Ergebnisse der Anzucht-Kulturen lassen eine Vielfalt von neuen Arten vermuten.
Die organische Matrix, die entscheidenden Einfluss auf den strukturellen Aufbau der Matten hat, weist aufgrund erster mikroskopischer Untersuchungen von Dr. Barbara Zippel (Helmholtzzentrum für Umweltforschung-UFZ, Magdeburg) auf eine qualitativ und quantitativ unterschiedliche Zusammensetzung in den einzelnen Lagen hin.
Die geobiologischen Untersuchungen von Prof. Dr. Joachim Reitner und Prof. Dr. Hubertus Porada (Geobiologie, Göttingen) legen nahe, dass die Salzseen vermutlich einige 1000 Jahre alt sind und somit wahrscheinlich auch die dicken mikrobiellen Matten. Die Mattensysteme sind hervorragende Recycling Maschinen, die oft mit geringen Energiebilanzen auskommen können. Neu beobachtet wurden Unterwasser Quellaustritte von weniger salzigem Grundwasser, die wichtige Nährstoffquellen für die Mikroben-Gemeinschaften darstellen. Die Seen sind durch Hebung des Atolls von ca. 2-3m entstanden, die bis heute vermutlich andauert. Normalerweise sinken Atolle, die vulkanische Seeberge (Seamounts) darstellen, ab.
Diese Salzseen sind in der Tat ein Fenster in die geologische Vergangenheit und ein natürliches Laboratorium der frühen Erdgeschichte und erlauben Einblicke in gesteins- und mineralbildende Prozesse, wie sie in der Frühzeit der Erde abgelaufen sind, sowie in die Struktur ursprünglicher mikrobieller Lebensgemeinschaften. Die Ausarbeitung der gewonnenen Daten wird einige Zeit in Anspruch nehmen. Die besondere Lage, die geologische Geschichte und die habitatspezifischen Matten der Insel sind ein idealer geobiologischer Forschungsstandort, der sicherlich nicht das letzte Mal von der Göttinger Forschergruppe besucht wurde.
Die Erdbebenereignisse in Japan haben die Forscher auf der Insel auch am Rande gespürt. Infolge einer Tsunami Warnung haben sie die Nacht zum 12.03.2011 auf einem höher gelegenen Platz am Südende der Insel verbracht. Morgens um 8 Uhr 30 erreichte eine Welle von ca. 30 cm die Insel, ohne Schaden anzurichten.

Die Expedition wurde im Rahmen der DFG-Forschergruppe FOR 571 „Geobiology of Organo- and Biofilms“ durchgeführt. Neben den Göttinger Forschern nahmen auch Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen, dem Helmholtzzentrum für Umweltforschung in Magdeburg und der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen in Braunschweig an der Expedition teil.


Deep Down Under Expedition 2009