Original paper

Reaktionen von Eisen(III)-Oxidhydraten während der Frühdiagenese in marinen Sedimenten: Experimentelle Untersuchungen

[Reactions of Ferric Oxides and Hydroxides during Early Diagenesis in Marine Sediments: Experimental Studies]

Schinzel, Uwe; Dahmke, Andreas; Schulz, Horst D.

Kurzfassung

Eisen(III)-Oxidhydrate dienen neben freiem Sauerstoff, Nitrat und Manganoxiden in der Sedimentsäule als Akzeptor von Protonen und Elektronen beim mikrobiell katalysierten Abbau organischer Kohlenstoffverbindungen bzw. bei der Oxidation reduzierter anorganischer Verbindungen. Mit Hilfe von Inkubationsversuchen konnte die Abhängigkeit der mikrobiellen Eisenreduktion von der Oberfläche der verwendeten Eisen(III)-Oxidhydrate (Goethit, Magnetit und Hämatit) gezeigt werden. Die Bilanzierung der bei den Redoxreaktionen umgesetzten Elektronen ergab einen Überschuß zugunsten der bei der Oxidation freigesetzten Elektronen. Daraus folgt, daß die Eisenreduktion mit parallel ablaufenden, fermentativen Prozessen gekoppelt war. Die Eisenreduktion lief während der Sulfatreduktion und Methanfermentation weiterhin ab. Die Mineralisation organischer Substanz erfolgte überwiegend durch die Sulfatreduktion, während die verfügbaren Eisen(III)-Oxidhydrate nur teilweise reduziert wurden. Als authigene Mineralneubildungen konnten Eisenphosphate, Eisensulfide, Eisen-, Calcium-, Magnesium- und Mangankarbonate nachgewiesen werden.

Abstract

In the sediment column ferric oxides and hydroxides like oxygen, nitrate and manganese oxides and hydroxides act as acceptors for electrons and protons during the microbial catalysed decomposition of organic matter and the oxidation of reduced inorganic species. Laboratory studies revealed that the microbial ferric reduction depends on the size of mineral surface (e. g. goethite, magnetite and hematite). Calculating a balance of electrons transferred during the redox reactions showed an excess of electrons released during oxidation. Hence ferric reduction seems to be coupled with fermentative processes, which took place simultaneously. It could be proved that ferric reduction may take place during sulfate reduction and methane fermentation. The mineralisation of organic matter was mainly caused by sulfate reduction, while the available ferric oxides and hydroxides where only partially reduced. As authigenic mineral formations ferric phosphates, ferric sulfides, ferric and manganese carbonates as well as calcium and magnesium carbonates could be identified.

Keywords

Experimental studiesmarine sedimentsearly diagenesismicrobial reductionferric irongoethitemagnetitehematitemineral surfaceorganic matterauthigenesisphosphatessulfidescarbonates