In dieser Arbeit wurden Biofilme zweier
CO2-entgasender Karstwasserbäche in Deutschland, welche in ihrem
Verlauf flußabwärts hohe Kalziumkarbonat-Übersättigungen erreichen,
bezüglich der mikrobiellen Effekte auf die CaCO3-Fällung,
Wasserchemie des Mikro- und Makromilieus, Stabile
Isotopenverhältnisse und Kalktuff-Gefügebildung untersucht. In situ
und ex situ Mikroelektroden-Messungen an kalzifizierenden
Biofilmen, welche hauptsächlich von filamentösen Cyanobakterien
aufgebaut werden, zeigen, daß unter Belichtung eine CaCO3-Fällung
durch Photosynthese induziert, unter Dunkelheit dagegen eine
Fällung verhindert wird. Eine Photosynthese-induzierte
CaCO3-Fällung wurde ebenso bestätigt durch 45Ca-Tracer-Experimente
und Massenbilanzrechnungen. Die in den Kalktuff-Stromatolithen
aufgezeichneten stabilen Sauerstoff- und Kohlenstoff-Isotopenwerte
ließen keinen Photosynthese-Effekt erkennen, trotz der
offensichtlichen Photosynthese-induzierten Fällung. Entsprechend
kann das Fehlen einer 13C-Anreichungen in Karbonatmineralen nicht
als Indikator für ein Fehlen eines Photosynthese-Effektes auf eine
Karbonatfällung gewertet werden Ebenso kann das Verkalkungsmuster
von Cyanobakterien nicht zur Unterscheidung von
Photosynthese-induzierter und physikochemisch induzierter
CaCO3-Fällung herangezogen werden. Insbesondere tritt in den
photosynthetisch verkalkten Kalktuff-Biofilmen anstatt
Polysaccharidscheiden-Imprägnation eine -Inkrustation auf, sprich
ein Verkalkungsmuster, welches vormals als Indikator für
physikochemisch-erzwungene Fällung angesehen wurde. Auch wenn
Kalktuff-Stromatolithen durch Photosynthese-induzierte
Kalzitfällung gebildet werden, so zeigen doch
Massenbilanzrechnungen, daß die Biofilmverkalkung für nur etwa
10-20% des Ca2+-Entzuges im Bachwasser verantwortlich ist, während
der verbliebene Ca2+-Entzug mit physikochemischer Fällung auf Ästen
und Blättern sowie in Form feinkörnige Kalzitpartikel erklärt
werden muß. Entsprechend sind die Effekte einer
Photosynthese-induzierten Fällung verdünnt, und damit mit
herkömmlichen Wasseranalysen kaum nachweisbar, außer bei Gewässern
mit geringen Fließgeschwindigkeiten. Auf der anderen Seite können
endolithische Cyanobakterien-Biofilme wie auch Moose aufgrund ihrer
geringeren Photosynthese-Leistung keine Kalkfällung induzieren, wie
ex situ Mikroelektroden-Messungen belegen. Biofilm-freie
Kalksubstrate führen trotz hoher Übersättigungen des
Umgebungsmilieus zu keiner spontanen Kalkfällung, wohingegen
Kalktuffbiofilme unter denselben Bedingungen eine Fällung
induzieren. Dies zeigt, daß Photosynthese ein entscheidender
Mechanismus zur Überwindung kinetischer Barrieren der CaCO3-Fällung
ist, sogar in hochgradig übersättigten Milieus. Modellrechnungen
des Photosynthese-Effekts unter verschiedenen pH, DIC und
Ca2+-Konzentrationen zeigen, daß die Voraussetzungen einer
Photosynthese-induzierten Karbonatfällung (1) optimale
pH-DIC-Bedingungen mit niedrigem DIC-Puffereffekt, (2) ausreichende
initiale Mineralsättigungen, und (3) nicht extrem niedrige
Ca2+-Konzentrationen sind. Außerdem können hohe Ionenstärken eine
Photosynthese-induzierte Fällung beeinträchtigen oder verhindern.
Sicherlich muß auch die Photosynthese-Aktivität der Biofilme für
eine Verschiebung des Karbonatgleichgewichtes auf oder in den
Biofilmen hoch genug sein. Die meisten dieser Voraussetzungen
lassen sich auch auf Karbonatfällungen übertragen, welche durch
andere Arten mikrobieller Stoffwechselaktivität wie
Sulphatreduktion induziert werden. Die Schlußfolgerung ist daher,
daß die oben genannten Voraussetzungen wichtige Schlüssel für das
Verständnis der Bildung und generelle Verteilung karbonatischer
Mikrobialithe durch die Erdgeschichte hindurch sind
