Lagerstätten durch Sedimentation und Verwitterung - Die Welt der Rohstoffe - page 234

Si(OH) 4 ) gesättigt, demnach kam es zu einer kontinuierlichen
Ausfällung von Silikagel und damit zur Sedimentation von Chert
- Einzeller mit einem Skelett aus Opal, die heute dafür verant-
wortlich sind, gab es noch nicht. Es wurden mehrere Prozesse
vorgeschlagen, die zur Ausfällung des Eisens geführt haben
könnten. Vermutlich liefen sie alle ab, umstritten ist allerdings,
welcher Prozess am wichtigsten war und was sich mit der Zeit
verändert hat.
In den flacheren und lichtdurchfluteten Bereichen der Meere
fanden sich auch damals schon ideale Bedingungen für das
Leben. Hier konnten die ersten Fotosynthese treibenden Lebe-
wesen wie Cyanobakterien existieren, die Sauerstoff freisetzen
( 7 Kasten 5.2 ). Dieser oxidierte Fe 2+ zu Fe 3+ , das nicht mehr
wasserlöslich ist und in Form von Eisen(III)hydroxiden und
Eisen(III)oxidhydraten ausgefällt wird. Diese sammelten sich auf
dem Grund zusammen mit amorphem SiO 2 (Chert) an. Bei der
Diagenese gaben sie Wasser ab, es entstanden Hämatit und
(durch eine teilweise Reduktion) Magnetit. Wenn der Sauerstoff-
verbrauch durch die Oxidation des Eisens den durch die biolo-
gische Aktivität frei werdenden Sauerstoff nicht schnell genug
aufbrauchte, konnte dies zu für die Bakterien giftigen Sauerstoff-
konzentrationen im Wasser und damit zu einem Absterben der
Bakterien führen (Kappler et al. 2005). Im Normalfall sorgte der
Nachschub an zweiwertigem Eisen durch aus der Tiefsee auf-
strömendes Wasser dafür, dass der freigesetzte Sauerstoff sofort
gebunden wurde und sich weder im Meerwasser noch in der
Atmosphäre anreichern konnte (Kasting 1987). Demnach puf-
ferten die eisenhaltigen Meere den bei der Fotosynthese entstan-
denen Sauerstoff lange Zeit ab. Dennoch bildete sich an der
Oberfläche der Meere eine leicht sauerstoffhaltige Schicht aus,
die durch eine scharfe Chemokline vom restlichen Wasser ge-
trennt war. Vor rund 1,9 Milliarden Jahren jedoch trat ein folgen-
schweres Ereignis ein, inzwischen war genügend Sauerstoff
freigesetzt worden, um auch in den tiefen Meeresschichten das
Eisen zu oxidieren. Damit brach der Nachschub an zweiwertigem
Eisen in die Flachmeere zusammen und die Bildung der gebän-
derten Erze blieb aus.
Das ist die klassische Theorie und tatsächlich gibt es einige
Hinweise darauf, dass zumindest beim Superior-Typ durch
Fotosynthese freigesetzter Sauerstoff wichtig war. Allerdings ist
der Zeitpunkt, zu dem die Fotosynthese »erfunden« wurde,
äußerst umstritten, somit stellt sich die Frage, wie ältere BIF ent-
standen sind, insbesondere die frühen des Algoma-Typs.
Durch UV-Strahlung kann Fe 2+ in geringer Wassertiefe auch
ohne die Beteiligung von Lebewesen oxidiert werden. Da es
damals noch keine Ozonschicht gab, war diese besonders inten-
siv. Die zweiwertigen Ionen absorbieren ein Lichtquantum im
UV-Bereich und geben dadurch ein Elektron ab. Dieses wird von
H + aufgenommen, es entsteht elementarer Wasserstoff. Dieser
Prozess lief ziemlich sicher in der obersten Wasserschicht ab,
allerdings wird bezweifelt, ob dies mit der Sedimentation von
Eisensilikaten und von Siderit mithalten kann, demnach wäre
dies nur von geringer Bedeutung (Konhauser et al. 2007).
Siderit fällt im eisenreichen Wasser schon bei relativ redu-
zierten Bedingungen aus, wenn nur genug HCO 3 - vorhanden ist.
Das Eisensilikat Greenalit kann entstehen, wenn sich Fe 2+ mit
amorphem Silikagel verbindet, was offensichtlich bei einer

hohen Konzentration relativ leicht passiert (Konhauser et al.
2007, Wang et al. 2009).
Eine andere Möglichkeit wäre die direkte Oxidation des
Eisens durch anoxygene phototrophe Bakterien. Diese Bakterien
bilden Biomasse aus Kohlendioxid und Wasser, indem sie Licht
als Energiequelle und zweiwertiges Eisen als Elektronenquelle
nutzen, wobei sie es zu dreiwertigen oxidieren (Widdel et al.
1993, Ehrenreich & Widdel 1994, Konhauser et al. 2002, Weber
et al. 2006, Emmerich 2013, Köhler et al. 2013). Es ist bekannt,
dass sie effektiv große Mengen an Eisen ausfällen können. Da sie
im Meer des Präkambriums perfekte Bedingungen gehabt hät-
ten, ist zu vermuten, dass sie einen wichtigen Beitrag geleistet
haben. Allerdings gibt es noch keinen direkten Beweis dafür, dass
sie bereits im Archaikum existiert haben.
Bei den späteren BIF, als bereits Sauerstoff durch Fotosyn-
these gebildet wurde, könnten auch bestimmte aerobe Bakterien
wichtig gewesen sein, die Fe 2+ unter Verwendung von Sauerstoff
oxidieren und so direkt zur Ausfällung von Eisenhydroxiden
führen. Dabei sind sie deutlich schneller und effektiver als die
abiotische Oxidation (Konhauser et al. 2002).
Ähnlich ungeklärt ist die Frage, wie die Bänderung entsteht
(die nicht immer spektakulär ist, . Abb. 5.11 , . Abb. 5.12 ). Nach
einer Theorie geht sie auf Schwankungen in der hydrothermalen
Aktivität zurück, was zu Änderungen in der Wasserzusammen-
setzung führt. Das könnte sich direkt auf die Ausfällung von
amorphem Silikat und von Eisen auswirken oder indirekt über
wechselnde Konzentrationen an Nährstoffen für die Mikroorga-
nismen. Eine andere Möglichkeit wäre, dass es nur zu bestimm-
ten Jahreszeiten zu einem starken Aufströmen von Fe 2+ -reichem
Wasser kam. In anderen Jahreszeiten überwog demnach die Se-
dimentation von Chert, etwa, indem die SiO 2 -Konzentration in
der obersten Wasserschicht durch Verdunstung anstieg. Eine
weitere Möglichkeit ist eine saisonal schwankende Wassertempe-
ratur und damit schwankende biologische Aktivität. Beispiels-
weise sind anoxygene fototrophe Bakterien bei 20-25 °C am ak-
tivsten, bei höherer oder niedrigerer Temperatur weniger aktiv
(Posth et al. 2008). Eine unkonventionelle Theorie (Wang et al.
2009) erklärt die feine Bänderung im kleinen Maßstab als einen
internen, dynamisch sich selbst organisierenden Prozess. Dazu
kann es kommen, wenn sich die ablaufenden chemischen Reak-
tionen selbst verstärken. Das ist der Fall, wenn ein Produkt der
Reaktion zur weiteren Freisetzung des Edukts führt oder als
Katalysator dienen kann. Das bewirkt, dass abwechselnd die
eine (Ausfällung von Eisen) oder die andere Reaktion (Ausfäl-
lung von SiO 2 ) v e r s t ä r k t w i r d .
Nach einer anderen unkonventionellen Theorie wurden BIF
in tiefen Ozeanbecken durch Meeresströmungen abgelagert
(Krapez et al. 2003, Pickard et al. 2004, Lascelles 2007). Demnach
wurde das Eisen zunächst an hydrothermalen Quellen ausgefällt.
Im Gegensatz zu heutigen Black Smokern ( 7 Abschn. 4.15.1 ) soll
beim Vermischen mit dem Meerwasser die Konzentration an
gelöstem Fe 2+ und SiO 2 so hoch gewesen sein, dass eine kolloide
Suspension von wasserhaltigen Eisensilikaten entstand, zusam-
men mit Eisenhydroxiden und Eisenkarbonaten. Diese sedi-
mentierten in der Nähe der Quelle, bis der Schlamm abrutschte
und als Trübestrom in das tiefe Ozeanbecken strömte. Die
feinsten Partikel wurden dabei im gesamten Becken verteilt. Bei