In den südafrikanischen Goldminen des Witwatersrand Basins hat ein internationales Forscherteam uraltes, salzhaltiges Grundwasser entdeckt: Es enthält Varianten des Edelgases Neon, die auf ein Alter von zwei Milliarden Jahren hindeuten. Gleichzeitig beherbergt das Wasser eines der tiefsten und wahrscheinlich auch ältesten mikrobiellen Ökosysteme der Erde: In ihm leben Mikroorganismen, die sich abgeschieden von Licht und organischen Nährstoffen ausschließlich von den Stoffen ernähren, die sich aus dem umgebenden Stein im Wasser lösen.
Wasser enthält je nach seiner Herkunft unterschiedliche Mengen und Varianten verschiedener chemischer Elemente und Verbindungen, die zusammen eine Art chemischen Fingerabdruck ergeben. In Bezug auf das Edelgas Neon ist diese Signatur beim normalen Oberflächenwasser praktisch überall identisch. “Wenn wir Wasser finden, das eine andere Zusammensetzung aufweist, ist das eine geologische Sensation”, erklärt Teammitglied Johanna Lippmann-Pipke. “Denn dann handelt es sich wahrscheinlich um Wasser, das über einen sehr langen Zeitraum nicht mit der Atmosphäre in Berührung gekommen ist.” Solche Wasservorkommen sind in der tiefen Erdkruste zu finden oder im darunterliegenden Erdmantel.
Auch das jetzt von den Wissenschaftlern untersuchte Grundwasser befindet sich in sehr altem Erdkrustengestein im Kaapvaal-Kraton in Südafrika. Hier werden seit langer Zeit schon Gold und Diamanten abgebaut, und auch Geologen haben das Gestein bereits intensiv untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass der letzte gesteinsverändernde Prozess bereits vor zwei Milliarden Jahren stattfand. Lippmann-Pipke und ihre Kollegen konnten nun zudem zeigen, dass einige Komponenten in dem Grundwasser, das sie in drei Kilometern Tiefe fanden, ebenso alt sind. Dabei diente ihnen das Verhältnis von bestimmten Atomkernvarianten des Edelgases Neon als Basis für die Altersbestimmung. Neon mit dieser Zusammensetzung ist normalerweise im Gestein eingeschlossen. “Dass wir es in dieser Form im Wasser finden, heißt, dass es über einen sehr langen Zeitraum eine Wechselwirkung zwischen dem Gestein und dem Wasser gegeben haben muss”, sagt Lippmann-Pipke.
In der Flüssigkeit fanden die Wissenschaftler auch Mikroorganismen, die sich nur von dem anorganischen Material ernähren, das von den umgebenden Gesteinsschichten stammt. Sie sind daher unabhängig von Licht und organischen Nährstoffen und repräsentieren damit eine der ersten und ursprünglichsten Lebensformen der Erde. In den Tiefen der Erde sei also durchaus ausreichend Nahrung für Lebensformen vorhanden, auch wenn diese eher rar sind, sagt Lippmann-Pipke. Derartige Tiefenbiosphären, wie die Lebensräume und ihre Bewohner genannt werden, können wertvolle Hinweise darauf liefern, wie das erste Leben auf der Erde entstand. Da die Untersuchung der Tiefenbiosphäre jedoch extrem aufwändig ist, sehen die Wissenschaftler in der sehr einfachen Analyse der Neon-Signatur eine gute Methode, erdgeschichtlich alte und damit vielversprechende Gewässer zu identifizieren.
Johanna Lippmann-Pipke (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Leipzig) et al: Chemical Geology, doi:10.1016/j.chemgeo.2011.01.023 dapd/wissenschaft.de – Anke Biester
