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Verräterisches Leuchten

Kontaminationskontrolle mit Hilfe von Tracern

Selbst mit größten Vorsichtsmaßnahmen gelangen immer einige Mikroben und unerwünschte Substanzen von der Oberfläche ins Bohrloch. Da sich die Kontamination nicht vermeiden lässt, muss ihre Ausbreitung verfolgt werden. So kann man feststellen, wo unkontaminierte Bereiche liegen, aus denen dann doch noch geeignete Proben gewonnen werden können. Es geht also bei einer mikrobiologischen Bohrung in erster Linie um Kontaminationskontrolle und nicht um Kontaminationsvermeidung.

Kontrolle statt Vermeidung

Alle Methoden der Kontaminationskontrolle beruhen darauf, dass eine Substanz der Bohrspülung zugesetzt wird (ein sogenannter „Tracer“), die nicht natürlich vorkommt, möglichst einfach auch in geringsten Konzentrationen mit hoher Genauigkeit quantifiziert werden kann und nach Möglichkeit nicht die geplanten Analysen beeinflusst.

Der Uranin-Tracer fluoresziert im UV-Licht leuchtend grün. © Sagichnich/CC-by-sa 3.0

Zur Kontaminationskontrolle werden kleine Proben aus dem Bohrkern entnommen, normalerweise je eine von der Außenkante und dem Zentrum des Kerns, sowie eine oder zwei Proben dazwischen. Aus diesen Proben wird anschließend der Tracer extrahiert und quantifiziert. Da die Konzentration des Tracers in der Spülung bekannt ist, kann berechnet werden, wie viel Bohrspülung in den Kern eingedrungen ist.

Fluoreszenz verrät die Kontamination

Zwei häufig eingesetzte Tracer sind Uranin (Na-Fluorescein) und Perfluorocarbon (Perfluoro-1,3-dimethylcyclohexan). Uranin ist ein sogenannter Farbstofftracer, er fluoresziert bei Anregung mit UV-Licht leuchtend grün. Diese Fluoreszenz lässt sich sehr empfindlich mit einem Fluorometer messen, wodurch sich auch sehr geringe Konzentrationen nachweisen lassen.

Von allen Tracern ist Uranin mit Abstand der preiswerteste, doch leider lässt er sich nicht überall anwenden, da er auch bei Tageslicht leuchtend grün schimmert. Die Substanz ist zwar ungiftig, kann aber Seen und Flüssen eine neongrüne Färbung verleihen. Zudem reicht in einigen Fällen die Empfindlichkeit der Messung nicht aus, um extrem geringe Kontaminationen der Proben festzustellen. Die Empfindlichkeit beim Nachweis von Uranin reduziert sich deutlich, wenn die extrahierte Probe eine Eigenfärbung hat, z. B. durch einen hohen Anteil an Huminstoffen.

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Tracer-Gas als Indikator

Perfluorocarbon-Tracer ist nicht wasserlöslich und muss daher permanent in dosierten Mengen durch die Ansaugöffnung der Bohrspülungspumpe in die Bohrung eingebracht werden. Aus einem frisch gebohrten Kern werden die Proben zügig für die Kontaminationskontrolle entnommen und in gasdichte Glasgefäße mit etwas Wasser überführt.

Keine Mikrowelle, sondern ein Gaschromatograph © Polimerek/ CC-by-sa 3.0

Nach einer kurzen Erwärmung tritt der Perfluorocarbon-Tracer aus dem Wasser aus und befindet sich in der Gasphase, in der er über Gaschromatographie analysiert werden kann. Dieses Verfahren ist wesentlich empfindlicher, benötigt aber einen Gaschromatographen vor Ort – ein deutlicher Nachteil gegenüber der Farbstoffmessung, die mit einem handlichen Fluorometer

durchgeführt werden kann.

Eine andere Form von Tracer sind die sogenannten Partikeltracer, auch bekannt als Microspheres oder Microbeads. Dabei handelt es sich um fluoreszierende Kunststoffpartikel mit einer Größe im Bereich von 0,5 μm, also etwa der typischen Größe einer Mikrobenzelle in der tiefen Biosphäre. Diese Partikel können über Zentrifugation in gesättigter Kochsalzlösung aus der Sedimentprobe extrahiert und auf einen Filter überführt werden, auf dem man sie unter einem Fluoreszenzmikroskop auszählt. Leider sind diese Partikel sehr teuer, so dass sie sich nicht für tiefe Bohrungen mit großen Mengen an Bohrflüssigkeit eignen.

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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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