Forscher haben vergrabenen Kimberlit, die felsige Heimat von Diamanten, identifiziert, indem sie die DNA von Mikroben im Oberflächenboden getestet haben.
Diese „biologischen Fingerabdrücke“ können aufdecken, welche Mineralien Dutzende Meter unter der Erdoberfläche vergraben sind, ohne dass gebohrt werden muss. Die Forscher glauben, dass dies der erste Einsatz moderner DNA-Sequenzierung mikrobieller Gemeinschaften bei der Suche nach vergrabenen Mineralien ist.
Die Forschung veröffentlicht In Kommunikation Erde und Umwelt stellt ein neues Werkzeug für die Mineralienexploration dar, bei dem ein vollständiger Werkzeugkasten den Prospektoren Zeit und viel Geld sparen könnte, sagt Co-Autorin Bianca Iulianella Phillips, Doktorandin an der Abteilung für Erd-, Ozean- und Atmosphärenwissenschaften (EOAS) der UBC.
Die Technik ergänzt die relativ begrenzte Anzahl von Werkzeugen, die bei der Suche nach vergrabenem Erz helfen, einschließlich erster Scans des Bodens und der Analyse von Elementen im darüber liegenden Gestein.
„Diese Technik entstand aus der Notwendigkeit, die Erde mit größerer Empfindlichkeit und Auflösung zu durchschauen, und sie hat das Potenzial, dort eingesetzt zu werden, wo andere Techniken nicht funktionieren“, sagte Phillips.
Wenn Erz mit dem Boden interagiert, verändert es die Mikrobengemeinschaften im Boden. Die Forscher testeten dies im Labor, indem sie Kimberlit in Bodenmikroben einführten und beobachteten, wie sie sich in Anzahl und Art veränderten.
„Wir haben diese veränderten Mikrobengemeinschaften als Indikatoren für das Vorhandensein von Erzmaterialien oder biologischen Fingerabdrücken im Boden vergrabener Mineralvorkommen angesehen“, sagte Phillips.
Mithilfe dieser „Indikator“-Mikroben und ihrer DNA-Sequenzen testete das Team den Oberflächenboden an einem Explorationsstandort in den Nordwest-Territorien, wo Kimberlit zuvor durch Bohrungen bestätigt worden war. Sie fanden heraus, dass 59 der 65 Indikatoren im Boden vorhanden waren, davon 19 in großer Zahl direkt über dem vergrabenen Erz. Sie identifizierten auch neue Indikatormikroben, die sie ihrem Set hinzufügen konnten.
Mit diesem Set untersuchten sie den Oberflächenboden an einem zweiten Standort in den Nordwest-Territorien, wo sie vermuteten, dass Kimberlit vorhanden war, und lokalisierten genau die topologischen Umrisse und die Position des Kimberlits, der Dutzende Meter unter der Erdoberfläche vergraben war. Dies zeigte, dass Indikatoren von einem Standort den Standort an einem anderen Standort vorhersagen konnten. Künftig könnten Explorationsteams eine Datenbank mit Indikatorarten aufbauen und einen unbekannten Standort testen, um herauszufinden, ob Kimberlitvorkommen unter der Erde vergraben sind.
Die Forscher verglichen ihre Technik mit einer anderen Technik, die als geochemische Analyse bekannt ist und bei der Elemente im Boden getestet werden, um die darunter liegenden Mineralien zu identifizieren. Die Mikroben waren genauer, wenn es darum ging, den Standort vergrabener Erze zu bestimmen.
„Mikroben sind bessere Geochemiker als wir, und es gibt Tausende von ihnen“, sagte Hauptautorin Dr. Rachel Simister, die die Arbeit als Postdoktorandin in der Abteilung für Mikrobiologie und Immunologie (M&I) der UBC leitete. „Vielleicht gehen Ihnen die Elemente zum Probieren aus, aber die Mikroben werden Ihnen nie ausgehen.“
Die Technik, die aus der Arbeit eines Teams mit Phillips, Dr. Simister, Dr. Sean Crowe und dem verstorbenen Professor Peter Winterburn hervorgegangen ist, könnte die Entdeckung neuer Kimberlitvorkommen beschleunigen. Diese Gesteine sind nicht nur als potenzielle Diamantenspeicher bekannt, sondern auch für ihre Fähigkeit, atmosphärischen Kohlenstoff einzufangen und zu speichern.
Die Technik kann auch bei anderen Metallablagerungen Anwendung finden. Die laufenden Untersuchungen des Teams zeigen ähnliche Ergebnisse bei der Identifizierung von Porphyr-Kupfer-Lagerstätten.
„Mit dieser Technik könnten Sie Mineralien finden, die eine grüne Wirtschaft vorantreiben“, sagte der leitende Autor Dr. Crowe, EOAS- und M&I-Professor und Canada Research Chair für Geomikrobiologie. „Kupfer ist das wichtigste kritische Element, von dem wir in Zukunft mehr brauchen werden.“
„Das ist spannend, weil es Teil einer wachsenden Erkenntnis des Potenzials für den Einsatz von Mikroben in jeder Phase des Bergbaus ist, von der Suche nach Mineralien über deren Verarbeitung bis hin zur Wiederherstellung des natürlichen Zustands der Standorte.“ sagte Dr. Crowe. „Derzeit erfordert die mikrobielle DNA-Sequenzierung spezielles Fachwissen und ist in ihren Kosten mit anderen Mineralexplorationstechniken vergleichbar, aber das könnte sich mit der Einführung in der Industrie ändern.“
Mehr Informationen:
Rachel L. Simister et al., DNA-Sequenzierung, mikrobielle Indikatoren und die Entdeckung vergrabener Kimberlite, Kommunikation Erde und Umwelt (2023). DOI: 10.1038/s43247-023-01020-z