In der "Unterwelt" - scinexx | Das Wissensmagazin
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In der „Unterwelt“

Tief unter der Oberfläche existiert eine ganze Lebenswelt

Gemeinhin wird unter dem Begriff „Biosphäre“ die Tier- und Pflanzenwelt auf dem Land und im Meer verstanden, also das Leben auf der Erde. Bis zu 20 Prozent des in lebenden Organismen gespeicherten Kohlenstoffs findet sich aber in Mikroben, die tief in der Erde leben – die sogenannte „tiefe Biosphäre“. In den letzten zwanzig Jahren hat sich die Erforschung des Lebens im tiefen Untergrund von einem Nischenthema zu einer wichtigen Forschungsrichtung entwickelt.

Die Organismen der tiefen Biosphäre sind enorm sensibel. Hier werden sie in einer speziellen Box mit reinem Stickstoff untersucht. © J. Kallmeyer/ GFZ

Im Gestein, in Minen und im Meeresboden

Über viele Jahre lag der Fokus auf der Erforschung der tiefen marinen Biosphäre, also des Lebens im Meeresboden. In den letzten Jahren gab es jedoch vermehrt Forschungsprojekte im terrestrischen Bereich. Neben klassischen Bohrungen von der Erdoberfläche in die Tiefe werden bei der Erforschung der terrestrischen tiefen Biosphäre auch alternative Möglichkeiten genutzt, die im marinen Bereich nicht möglich sind. So wird beispielsweise innerhalb von Minen horizontal gebohrt. Diese Technik hat z. B. den Vorteil, dass wesentlich kürzere Strecken gebohrt werden müssen.

Neue Forschungsergebnisse belegen, dass die tiefe Biosphäre für viele gesellschaftliche Bereiche relevant ist. Von einer Reihe von Prozessen, die früher als rein chemisch angesehen wurden, ist heute bekannt, dass sie von Mikroorganismen katalysiert werden. Zudem wird der tiefe Untergrund inzwischen wesentlich stärker als früher wirtschaftlich genutzt. Neben der Gewinnung von Rohstoffen wird die Speicherung von Energieträgern oder Abfallstoffen im Untergrund zunehmend diskutiert. Ohne eine genaue Kenntnis der biologischen Prozesse im Untergrund lassen sich aber keine verlässlichen Aussagen über die Langzeitstabilität solcher Systeme treffen.

Bohrturm des Kontinentalen Tiefbohr-Programms (KTB), einem Vorgänger des ICDP © Walter J. Pilsak/ CC-by-sa 3.0

Tiefbohrungen für die Forschung

Auf der wissenschaftlichen Seite beschäftigen sich zwei internationale Programme mit der Erforschung des tiefen Untergrunds durch Bohrungen, das landbasierte Internationale Kontinentale Wissenschaftliche Bohrprogramm (International Continental Drilling Program, ICDP), das am Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ koordiniert wird, und das Tiefseebohrprogramm International Ocean Discovery Program (IODP).

Seit etwa zehn Jahren beteiligt sich das GFZ an Forschungsprojekten zur tiefen Biosphäre: von marinen Bohrungen im Rahmen von IODP und seinen Vorläufern, über terrestrische Bohrungen im Rahmen von ICDP und anderen Programmen, im Permafrost und in tiefen südafrikanischen Goldminen. Neben diesen eher im Bereich der Grundlagenforschung angesiedelten Forschungsprojekten werden stets auch anwendungsbezogene Fragestellungen bearbeitet, z. B. im Bereich der CO2-Speicherung im Untergrund oder zur Erforschung von Prozessen in geothermischen Anlagen.

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Ziel ist es, ein grundlegendes Verständnis der tiefen Biosphäre hinsichtlich ihrer Stoffdynamik und der daran beteiligten Mikroorganismengemeinschaften zu erlangen, um deren generelle Bedeutung für die globalen Stoffkreisläufe abschätzen zu können.

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Jens Kallmeyer / Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ, Potsdam
Stand: 19.09.2014

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Großer Bohrer jagt nach den Kleinsten
Wissenschaftliches Bohren für die geomikrobiologische Forschung

In der "Unterwelt"
Tief unter der Oberfläche existiert eine ganze Lebenswelt

Sensible Extremisten
Organismen der tiefen Biosphäre sind schwer zu beproben

Schmutziges Bohren
Warum eine Bohrung ohne Kontaminationen kaum möglich ist

Steril geht nicht
Auch das Bohrgerät sorgt für Kontaminationen

Verräterisches Leuchten
Kontaminationskontrolle mit Hilfe von Tracern

Frühe Planung hilft
Wie Bohrungen in die tiefe Biosphäre trotzdem gelingen

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