Formten sich natuerliche Kernreaktoren als Konsequenz des Auftretens sauerstoffproduzierender Photosynthese waehrend des Archaikums?
In der aktuellen Ausgabe von GSA Today, dem Newsletter der Amerikanischen Geologischen Vereinigung, erschien ein interessanter Artikel zur moeglichen Wechselwirkirkung zwischen Sauerstoffproduzierenden Leben und der Entstehung natuerlicher Kernreaktoren.
Natuerliche Kernreaktoren sind erstmal keine Neuigkeit, die Moeglichkeit wurde 1956 vom Physiker Kuroda aufgezeigt und spaeter fand man in 2150 Ma alten fluvatilen Sedimenten der Uranlagerstaetten Oklo und Bagombe in Gabun, Westafrika, insgesamt 17 fossile Reaktorzonen.
Moeglich wird die Bildung dieser natuerlichen Kernrekatoren durch das damalige hoehere Verhaeltnis zwischen 235U und 238U, welches durch die unterschiedlichen Halbwertszeiten bedingt ist. 235U hat eine HWZ von 707 Millionen Jahren, 238U aber 4.470 Ma, wodurch der 235U Anteil im Archaikum deutlich hoeher war, im Bereich von angereicherten Uran wie es heute in modernen Leichtwasserreaktoren verwendet wird.
Man geht heute davon aus das die Atmosphaere des Archaikums reduzierend, das heisst sauerstoffrei war. Erst vor etwa 2.200 Ma kam es zu einem sprunghaften ansteigen des Sauerstoffgehaltes in der Atmosphaere. Allerdings gibt es Hinweise auf das Vorhandensein von isolierten flachmarinen oder lakustrinen Biotopen, in welchen sauerstoffproduzierende, photosynthesebetreibende Bakterien gelebt haben.
Nun kommt die Geochemie des Urans in Spiel: Uran ist unter reduzierenden Bedingen in waessrigen Loesungen immobil, das heisst es geht nicht in Loesung. Unter oxidierenden Bedingungen hingehend ist es sehr mobil. Wenn nun Uranminerale als Spuren in bspw. Graniten entstehen, koennen diese unter reduzierenden Bedingungen mechanisch herauswittern und als klastische Komponenten abgetragen werden. Durch die hohe Dichte des wichtigsten Uranminerals Uraninit (UO2) kann es sich als Schwermineral anreichern, analog z.B. Dem Zinnstein im Erzgebirge oder dem wohlbekannten Goldseifen. So entstanden im Archaikum z.T. Ausgedehnte Uranseifenlagerstaetten wie jene von Elliot Lake (Kanada) oder Witwatersrand (Suedafrika), letztere aber wohl bekannter fuer ihren gigantischen Goldinhalt.
In den oxidierenden “Inseln” des Archaikums konnte es nun passieren, das oxidierende Waesser Uraninitgeroelle aus den unterliegenden klastischen Sedimentten loessten und ins Wasser eintrugen. Dieses geloeste Uran wanderte zu den Grenzbereich zwischen oxidierendem und reduzierendem Wasser, wurde dort wieder ausgefaellt und reicherte sich so in den obersten Sedimentbereichen an dieser REDOX Grenze an. Die Geologen aus dem GSA Artikel haben nun kuenstliche Kernreaktoren modelliert und zeigen koennen, das schon ab einem Uraninhalt von etwa 1.000 kg und einer Urangehalt des Sediments von 10% diese kritisch werden konnten.
Welche Auswirkung hat dies nun auf das Oekosystem? Ein Reaktor setzt thermische Energie, ionisierende Strahlung, Spaltprodukte sowie freie Radikale frei. Bei einer Leistung von Groessenordnungmaessig 1 kW ist die thermische Energie kein groesseres Problem fuer ein Oekosystem von der Groesse eines Sees oder isolierten Meeresbereiches. Die ionisierende Strahlung dirket von der Reaktorzone ist zwar im Kernbereich einige 10er Potenzen hoeher als die natuerliche Strahlung, nimmt aber isoliert durch die Sedimente schnell nach aussen hin ab. Problematischser sind giftige Spaltprodukte und freie Radikale, welche erzeugt und ins Wasser abgegeben werden. Diese koennen die DNA der photsynthesebetreibenden Lebewesen schaedigen. So koennte es zwischen sauertsofferzeugenden Leben und Reaktoren eine negative Rueckkopplung gegeben haben, welche die Ausbreitung von photosynthesebetreibenden Leben ueber diese Inseln hinaus verhinderte bis sich aufgrund des abnehmenden 235U Gehaltes keine Reaktoren mehr bilden konnten.
Die Pruefung dieser These bleibt naturgemaess schwierig, da sich diese Kernrektoren in sehr falchen Sedimentbereichen gebildet haetten die heute mit hoher Wahrscheinlichkeit erodiert sind. Als Beispiel fuehren sie auch epithermale Goldlagerstaetten auf die sich in den obersten 0.5 km der Erdkruste bilden und von den die aeltesten erhaltenen Beispiele kaum aelter als einige 10er Ma sind.
Sie schlagen daher vor anstatt direkt nach solchen alten Reaktorzonen zu suchen sich lieber auf die Suche nach Anomalien im 235U/238Uranverhaeltnisses bzw. Den vorhandensein von Tochterisotopen der Spaltprodukte zu suchen, was allerdings Messungen mit extremer Praezission vorraussetzt.
Zum GSA Artikel:
Did natural reactors form as a consequence of the emergence of oxygenic photosynthesis during the Archean?
