Ausgrabung der Quellen der höhlenbildenden Schwefelsäure

Eine in der Zeitschrift veröffentlichte Studie Geologie verwendet Schwefelisotope, um die Schwefelsäurequellen zu identifizieren, die einzigartige und wunderschöne Höhlensysteme in den Pyrenäen in Südfrankreich geschaffen haben.

Höhlennetzwerke bilden sich, wenn Karbonatgestein wie Kalkstein sich auflöst. Diese werden auch als Karste bezeichnet. In den meisten Höhlen ist Wasser durch die Erdoberfläche gesickert, hat Kohlendioxid aufgenommen und ist dabei leicht sauer geworden; Dies ist die gleiche Art von milder Kohlensäure, die Sie in einer Dose Limonade finden, in der Kohlendioxid gelöst ist.

Ein seltenerer Höhlentyp bildet sich durch den Transport von Flüssigkeiten nach oben durch die Kruste und durch Störungszonen und bildet vertikale Höhlen, die sich mit horizontalen Höhlen verbinden und große Netzwerke bilden können. In einigen Fällen bildet sich Schwefelsäure, wenn Schwefel vorhanden ist, und löst Kalkstein viel schneller auf – sie bildet 10–100-mal schneller Höhlen als ihre Kohlensäure-Pendants.

Wenn Schwefelverbindungen im Wasser oder in den Mineralien der Höhlenwände vorhanden sind, nutzen chemikalienliebende Bakterien das Sulfat als Energiequelle und produzieren als Nebenprodukt Schwefelwasserstoff. Die Oxidation dieses Schwefelwasserstoffs bildet dann Schwefelsäure. Schwefelsäure kann auch aus hydrothermalen Quellen oder aus Mineralien im Gestein stammen, und beides trifft auf die nördlichen Pyrenäen zu.

Schwefel kommt in vier verschiedenen Isotopen vor, die jeweils eine etwas andere Menge wiegen. Die Forscher konnten die relativen Beiträge von Schwefelsäure aus verschiedenen Quellen abschätzen, indem sie diese Isotope als Marker für die Herkunft des Schwefels verwendeten.

Das große Netzwerk von Kalksteinhöhlen in den Ausläufern der französischen Pyrenäen entstand durch eine Kombination säurebildender Prozesse, die ihre Spuren in den zurückgelassenen Mineralien hinterließen. Schwefelhaltige Mineralien wie Gips und Mirabilit in den Höhlen deuteten darauf hin, dass Schwefelsäure an ihrer Entstehung beteiligt war. Mirabilit ist ein seltenes Mineral, das lange, dünne Kristalle von bis zu 50 cm Länge bildet, die wie Blumen strahlenförmig ausstrahlen.

Zum ersten Mal haben Forscher, die durch Schwefelsäure geschnitzte Kalksteinhöhlen untersuchten, geschätzt, wie viel der höhlenbildenden Säure von Bakterien in der Höhle produziert wurde, im Vergleich zu wie viel durch thermochemische Prozesse produziert wurde. Diese Innovation bei der Trennung der verschiedenen Quellen der Kalksteinauflösung hat es ihnen auch ermöglicht, die erste Schätzung darüber anzustellen, wie viel Kohlendioxid durch die Bildung der Höhlen emittiert wurde.

Dimitri Laurent, Hauptautor dieser Studie, erklärt: „Wir haben versucht, hydrothermale Quellen in der Nähe von gemessenen Verwerfungen zu identifizieren, und dann haben wir die örtlichen Höhlenklubs kontaktiert, um die Höhlen in der Nähe der Quellen zu besuchen. Wir sehen das in der Tiefe in den nördlichen Pyrenäen, in In den nördlichen Ausläufern gibt es Trias-Evaporite, die vor 65 Millionen Jahren durch thermochemische Prozesse Schwefelwasserstoff produzierten.

Dieser Schwefelwasserstoff wanderte dann durch Brüche im Gestein und ist seitdem im Höhlenwirtsgestein eingeschlossen. Als Wasser begann, dieses schwefelreiche Gestein aufzulösen, wurde der fossile Schwefelwasserstoff freigesetzt und zu Schwefelsäure oxidiert. Die Evaporite aus der Trias haben in jüngerer Zeit über tiefe hydrothermale Flüssigkeiten auch Sulfate in die Höhlen geliefert, die dann von Bakterien in der Höhle verwendet werden.

Durch die Kombination von Chemie mit physikalischen Beobachtungen der Landschaft rekonstruierten die Forscher die Entstehungsgeschichte dieser spektakulären Höhlen.