Es war zum Aus-der-Haut-Fahren: Immer und immer wieder "verfälschte" die Aktivität von Mikroorganismen die Ergebnisse der Experimente, mit denen Stephan Krämer im Rahmen seiner Diplomarbeit die Einflüsse chemischer Prozesse auf Gesteine untersuchen wollte. Was ihn als Diplomand an der Universität Bochum störte, ist jetzt als Professor sein zentraler Forschungsgegenstand: Univ.-Prof. Dipl.-Geol. Dr. Stephan Krämer, seit Oktober 2006 Universitätsprofessor für Biogeochemie und Isotopengeochemie, erforscht den Einfluss des Lebens auf die Geologie - und umgekehrt.
Organismen stehen in ständiger Wechselwirkung mit Mineralien und Gesteinen. Ob auf der Oberfläche von Steinen oder Felsen, in der Tiefsee oder in mehreren Kilometern Tiefe in der Erdkruste: Überall in den äußeren Schichten unseres Planeten sind Lebewesen damit beschäftigt, Energie oder Nährstoffe aus Gesteinen und Mineralien zu gewinnen. Diese Stoffumwandlungsprozesse, die lokal auf mikroskopischer Ebene stattfinden, wirken auf globale Phänomene wie etwa das Klima ein.
Wundermittel Eisen?
Stefan Krämer forscht zusammen mit seiner Assistentin Dr. Kristina Straub unter anderem an einem Phänomen, das zunächst darauf hoffen ließ, ein Heilmittel gegen die Klimaerwärmung gefunden zu haben: die "Eisendüngung". "Gebt mir eine halbe Tankerladung Eisen, und ich gebe euch eine neue Eiszeit", prophezeite der amerikanische Ozeanograph John Martin in den 1980er Jahren.
Wie kam Martin auf diese Idee? Im subarktischen und äquatorialen Pazifik und im südlichen Ozean wird die Vermehrung des pflanzlichen Planktons, das in der Lage ist, das Treibhausgas CO2 zu binden, vor allem durch Eisenmangel eingeschränkt. Martin glaubte, dass eine künstliche Eisendüngung mehr Phytoplankton und damit mehr gebundenes und in marinen Ablagerungen festgelegtes CO2 bedeuten würde.
Tatsächlich haben Wissenschafter das Meer bereits mit einigen Tankerladungen Eisen gedüngt - ohne eine Eiszeit zu erzeugen. Trotzdem haben diese Experimente gezeigt, dass die zentrale Hypothese Martins zum Eisenmangel des marinen Phytoplanktons richtig war. Daher ist die Erforschung der Prozesse rund um die natürliche Eisendüngung der Meere - wie sie Krämer betreibt - von großer Bedeutung für unser Verständnis des Klimas.
Eisen aus dem Wüstensand
Nun stellte sich die Frage, wie Eisen auf natürlichem Weg in die betroffenen Meeresteile kommt. Die wichtigste Eisenquelle ist der vom Wind antransportierte Wüstensand, in dem das Eisen hauptsächlich in einer für Organismen nicht verwertbaren - da kaum wasserlöslichen - Form als dreiwertige Eisen-Ionen vorliegt.
Um dieses "Luftpost-Eisen" aus dem Wüstensand zu nutzen, bevor es mit dem Sand in die Tiefsee sinkt, haben manche Bakterien spezielle chemische Stoffe, sogenannte Siderophoren, entwickelt, die sie ins Meerwasser abgeben. Die Siderophoren, an denen Krämer derzeit forscht, ziehen das Eisen quasi aus den Staubkörnchen und gehen mit ihm Verbindungen ein. Diese nehmen die Bakterien anschließend wieder auf. Klimarelevant wird dieses Phänomen durch die Sonne: Fällt nämlich Sonnenlicht auf die Eisen-Siderophor-Verbindungen, wird wasserlösliches Eisen in Form zweiwertiger Eisen-Ionen frei. Diese können auch vom CO2-bindenden Plankton genutzt werden.
Isotopen-Fingerabdrücke
Seine Verfahren erlauben Krämer nicht nur die Erforschung gegenwärtiger, sondern auch lange vergangener biologischer Prozesse auf der Erde: Im Labor untersucht Krämer die Isotopen-Fingerabdrücke spezifischer chemischer Umwandlungsprozesse wie etwa dem von wasser-unlöslichem dreiwertigen zu wasserlöslichem zweiwertigen Eisen durch Licht und durch Bakterien im Ozean. Findet er solche Fingerabdrücke in den Ablagerungen eines ehemaligen Ozeans wieder, verraten sie ihm die "chemischen Tricks", welche die Organismen dieses Meeres für ihre Stoffumwandlungsprozesse eingesetzt haben.
Systemorientiert und interdisziplinär
Als Lehrender hält Stephan Krämer, der vor seinem Wechsel an die Universität Wien Oberassistent an der ETH Zürich war, derzeit verschiedene einführende Lehrveranstaltungen zur Geochemie. Die Interdisziplinarität, die in seiner geochemischen Forschung an der Grenze zur Biologie offensichtlich ist, ist Krämer auch dort wichtig: "Ich will den Studierenden von Anfang an ein systemorientiertes, interdisziplinäres Verständnis erdgeschichtlicher Prozesse vermitteln." (hz)
Die Antrittsvorlesung von Univ.-Prof. Dr. Stephan Krämer mit dem Titel "Leben und Gestein: Mechanismen der biogeochemischen Steuerung des Erdsystems" findet am Mittwoch, 24. Oktober 2007 um 17 Uhr im Kleinen Festsaal der Universität Wien statt. |
