Onsdag 20.6.2018 - Uke 25

logo

Samarbeidspartnere

To milliarder år gamle bergarter fra Russland forteller om hvordan mikrobesamfunn var med på å danne fosforitter i hydrotermale miljøer på havets bunn.


530x388 leplandAivo Lepland er forsker ved NGU og leder forskningen på fosforitter. Her fra feltarbeid i Karelen i Russland. Foto: Aivo Lepland

- For om lag 2,3 milliarder år siden begynte oksygen å akkumuleres i atmosfæren. I kjølvannet av dette skjedde det en rekke store miljøendringer på Jorda, forteller Aivo Lepland, forsker ved Norges geologiske undersøkelse (NGU).

Endringene ledet blant annet til dannelsen av de aller første fosforholdige bergartene – fosforitter.

For om lag ett år siden publiserte Lepland og hans kolleger en artikkel i tidsskriftet Nature Geoscience der de viste at svovelbakterier spilte en avgjørende rolle i dannelsen av fosforittene.

LES OGSÅ: Fosforittmysterium løst

Siden den gang har forskerne fortsatt å jobbe for å komme til bunns i hvordan svovelbakteriene danner fosforitter, hvilket miljø de levde i, og hvilke andre globale prosesser som var gjeldende i samme tidsperiode.  

Dataene består blant annet av unike borekjerner fra russiske Karelen, som ble boret som en del av FAR DEEP-prosjektet.

LES OGSÅ: Den største forurensningen noensinne

Dannes i oksygenfattige sedimenter

Lepland og hans kolleger tror mekanismen for hvordan bakteriene dannet fosforittene er nokså lik slik lignende bakterier gjør det i dag.

- Økningen i atmosfærisk oksygen førte til økt forvitring av landmassene på Jorda som videre førte til oksidasjon av sulfider til sulfater. Svovelet spilte en sentral rolle i det hele, forklarer Lepland.

530x658 FosforittiseringIllustrasjonen viser hvordan bakterier i sedimentene på havbunnen danner fosforitter i dag. Trolig foregikk prosessen på omtrent samme måte for to milliarder år siden. Dette skal undersøkes i PhD-prosjektet til stipendiat Kärt Üpraus ved CAGE. Illustrasjon: Üpraus (2014), modifisert etter Brock og Schulz-Vogt, 2011

Mer tilgjengelig sulfat i havene ga grobunn for sulfatreduserende bakterier i sedimentene på havbunnen. Som et resultat av sulfatreduksjonen ble miljøet dypere ned i sedimentene anoksisk (oksygenfattig eller oksygenfritt) og sulfidisk med høye konsentrasjoner av gassen hydrogensulfid (H2S).

I grenseområdet mellom de sulfidiske og oksiske miljøene i sedimentene var det et habitat for svoveloksiderende bakterier (svovelbakterier).

Denne grensen i sedimentene flyttet seg litt opp og ned avhengig av vannsirkulasjon, organisk produktivitet og metanoppstrømming.

- Når svovelbakterier ved grensen havnet i oksisk miljø tok de opp fosfat fra porevannet som de konsentrerte i cellene sine. På motsatt side av grensen reagerte de ved å skille ut fosfat. Dette førte til høye konsentrasjoner av fosfat i porevannet og utfelling av apatitt blant havbunnssedimentene, utdyper Lepland.

530x440 bakterieFossilisert svovelbakterie sett i elektronmikroskop. Runde svovelbakterier som konsentrerer fosfor, er de aller største bakterier som er funnet i moderne avsetninger og kan ha en diameter opp til 0,75 mm. Foto: NGU / FAR DEEP

Globale fosforittforekomster

530x252 kartKartet viser forekomsten av fosforitter i proterozoikum. Zaonega-formasjonen i Karelen er en av de best bevarte forekomstene. Illustrasjon: Lepland et al., 2013

Lepland og hans kolleger ønsker å korrelere fosforittene fra Karelen med andre kjente forekomster i verden.

- Vi må datere kjernene våre for å kunne sette de inn i et globalt perspektiv. Det er ingen enkel oppgave ettersom de sedimentære avsetningene kan ha blitt dannet over relativt kort tid i et geologisk perspektiv, påpeker Lepland.

Ønsket er å forstå samspillet mellom de globale og regionale hendelsene som står bak de ulike ca. to milliarder år gamle forekomstene som finnes i blant annet Nordvest-Russland, India, Kina, Uruguay og USA.

- Vi tror ikke at opphopningen av oksygen i atmosfæren ga betingelsene for fosfordannelse over hele verden i samme geologiske tidsintervall. De ulike bassengene kan ha blitt tilrettelagt gradvis over tid og ført til forskjellige aldere på de ulike forekomstene, mener Lepland.

Metan, vulkanisme og hydrotermal aktivitet

Video: NGU

Historien om miljøforandringene på Jorda to milliarder år tilbake i tid er et komplekst puslespill, og økningen av svovel i havene og fosforittdannelsen er bare to av svært mange biter.

LES OGSÅ: Fant urgammel supergigant

- Vi kjenner til flere anomalier fra denne tiden, sier Lepland og peker blant annet på endringer i karbonsyklusen og Jordas første kjente istid.

Derfor forsøker forskerne å jobbe seg systematisk gjennom dataene sine for å forstå alle signalene sedimentene i kjernene gir dem.

- Vi tror disse bakteriene levde i et miljø preget av ”cold seeps” og hydrotermal aktivitet, slik vi også observerer i dag for eksempel i Mexicogulfen og undersjøiske fjellkjeder, sier Lepland.

Derfor samarbeider NGU med SFF-senteret Senter for arktisk gasshydrat, miljø og klima (CAGE) ved Universitetet i Tromsø som har god kompetanse på blant annet metandannelse under havbunnen og mikrobielle miljøer.

- Koblingen mellom de mikrobielle prosessene og fosforittdannelse blir nærmere studert i et PhD-prosjekt ved CAGE med fokus på svovelsyklus og metanmetabolisme, sier Lepland. 

Animasjonen over viser hvordan forskerne tenker seg at sedimentasjon, vulkanisme og hydrotermal aktivitet kan ha virket sammen med mikrobesamfunnene for å danne fosforitter i Karelen i Russland.

FAR DEEP-prosjektet ble gjennomført av International Continental Drilling Program (ICDP) og en rekke internasjonale aktører, deriblant NGU, i 2007. Totalt ble 3,7 kilometer med kjerneprøver bestående av paleoproterozoiske bergarter hentet opp fra Kolahalvøya og i Karelen i Russland.

En ny, mindre boring ble gjennomført i 2012 for å lære mer om fosforittene.

Fosforitter er betegnelsen på fosforrike bergarter og finnes gjerne i sedimentære sekvenser der avsetningsraten har vært lav. Fosforitter er den viktigste kilden vi har til fosfor, som blant annet brukes til gjødsel i jordbruket.

Samarbeidspartnere

Nyhetsbrev

captcha 

200 ledige stillingerb

200 Tips oss

200 Fortell om din forskning

 

 Ukens PhD comics

24phd080808s


Redaktør: Denne e-postadressen er beskyttet mot programmer som samler e-postadresser. Du må aktivere javaskript for å kunne se den.å

Om: Info om Geoforskning.no

Annonsere: Informasjon og priser

Kontakt: Kontaktinformasjon Tips oss

Webløsning ©2013-15 av Web Norge. Skjerm: