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Thema dieser Diplomarbeit ist die Untersuchung mit Hilfe von Sekundärelektronenmikroskopie (SEM) und Röntgenstrahl-Mikroanalyse (EDAX) des autolithotrophen Bakteriums Thiobacillus ferrooxidans und die Art und Weise, wie es sein Substrat, sulfidisches Erz, besiedelt. 

Thiobacillus ferrooxidans wurde erst 1951 von den Amerikanern Kenneth L. Temple und Arthur R. Colmer definitiv charakterisiert und benannt, obwohl seine Existenz in zwei Arbeiten von Colmer und Hinkle bzw. von Colmer, Temple und Hinkle schon 1947 und 1949 postuliert und nachgewiesen wurde. Thiobacillus ferrooxidans ist ein obligat autolithotrophes Bakterium, das seinen Energiebedarf durch die Oxidation von Eisen II Ionen oder reduzierten Schwefelverbindungen deckt, während CO2 ihm als alleinige Kohlenstoffquelle dient. Durch seine Oxidation reduzierter Schwefelverbindungen entsteht Schwefelsäure, die der Organismus selber bis auf einem erstaunlich niedrigen pH-Wert von unter 1,0 tolerieren kann. Andere Organismen können Acidität aber überhaupt nicht oder nur sehr begrenzt tolerieren, was ja schließlich zu der Entdeckung von Thiobacillus ferrooxidans geführt hat. Colmer und
Hinkle (1947) haben das saure und deswegen umweltschädliche Wasser, das aus manchen Kohlebergwerken fließt, untersucht und herausgefunden, daß ein Mikroorganismus dafür verantwortlich war. In den zwei sich anschließenden Arbeiten von Colmer, Temple und Hinkle (1949) und Temple und Colmer (1951) wurde es charakterisiert und benannt. Dabei zeigt sich ein Phänomen, das man eher aus dem menschlichen Bereich kennt: Erst wenn man Ärger macht, wird man interessant und bekommt Aufmerksamkeit! Thiobacillus ferrooxidans mag sich allerdings zurecht ungerecht behandelt fühlen, denn er hat lange Jahre unerkannt den Menschen auch gute Dienste geleistet. Er ist nämlich der Organismus, der bei der kommerziellen Gewinnung von Kupfer aus Armerzen durch mikrobielle Erzlaugung (auch "mikriobieller Bergbau" genannt) die Hauptrolle spielt. 

Die Erzlaugung wurde schon im Mittelalter praktiziert und wird von Georg Agricola in seinem in 1556 erschienenen Werk "De Re Metallica" als eine Methode zu Gewinnung von Kufersulfat, beschrieben. Spätestens seit der Mitte des 18. Jh. wird aus den riesigen Pyritlagern am Rio Tinto in Südspanien durch Erzlaugung Kufper gewonnen (J. H. Taylor, 1943). Dieses Verfahren ermöglicht die rentable Metallgewinnung aus Armerzen und spielt mit zunehmender Erschöpfung von metallreichen Erzenlagen eine immer wichtigere Rolle. Heute werden ca. 5% der Weltkupferproduktion (etwas mehr als 400.000 t/a) auf diese Weise gewonnen. 

Eine schematische Darstellung der Halden-Erzlaugung an einem Hang: 
 

 Bei der Erzlaugung läßt man Wasser durch eine Halde aus gebrochenem, sulfidischen Erz zirkulieren (siehe Abbildung). Die Metallsulfide werden zu Schwefelsäure und Metallsulfaten oxidiert, die dann in Lösung gehen:
 

Vorhandene Kupfer wird zu löslichem Kupfersulfat, das mit Hilfe metallischen Eisens aus der Laugflüßigkeit ausgefällt wird ("Zementation"): 
 

Weitere Einzelheiten zur mikriobiellen Erzlaugung von Metalen findet man bei Corale L. Brierley (1982), S.R Hutchins et al. (1986) und Rolf Näveke (1986) 

Der Hauptteil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von kleinen Erzstücken im Sekundärelektronenmikroskop (SEM), die in Aufwuchsversuchen mit Thiobacillus ferrooxidans inkubiert wurden. Zusätzlich wurden kleine Erzstücke aus Percolatoren einer Versuchsreihe, die Andreas Dorrong im Rahmen seiner Doktorarbeit durchgeführt hatte, auch untersucht. 

Das Sekundärelektronenmikroskop, ein Philips SEM 515, mit dem ich gearbeitet habe, ist mit einer EDAX-Anlage für die Durchführung von Röntgenstrahl-Mikroanalysen ausgerüstet. Damit war ich in der Lage bei einigen Erzstücken Punktanalysen und Elementenkarten herzustellen und mit Aufnahmen der Besiedlung durch Thiobacillus ferrooxidans zu vergleichen. 

Ohne wesentliche Mehraufwand, konnten mindestens 6 Objekte gleichzeitig für Untersuchungen im SEM präpariert werden. Diese Gelegenheit wollte ich nicht ungenutzt lassen. Die Auswahl dieser Objekte unterlag nur meine Neugier und zeigt von der Diplomarbeit unabhängige Organismen. Die SEM-Aufnahmen dieser Objekte finden Sie unter "Andere Obkekte".

Bilder, die im SEM aufgenommen werden, besitzen eine sehr große Schärfentiefe, so daß sie sehr räumlich erscheinen. Dank der kippbaren Probenbühne des Philips SEM 515 kann man damit auch ECHTE Stereoaufnahmen machen. Dieses habe ich auch getan. Die Ergebnisse sind unter "Stereobilder" zu finden. 

Das Hauptergebnis dieser Arbeit besteht aus vielen SEM-Aufnahmen, deren Präsentation mir allerdings, weil sie halt so viele sind, einige Schwierigkeiten bereitet hat. Ich sah drei Möglichkeiten sie zu präsentieren: 1) Im Rahmen eines Diavortrags (Fast alle Originalaufnahmen sind Diapositive und sicherlich am eindrucksvollsten wenn sie als solche betrachtet werden. Papierabzüge und digitalisierte Grafiken verlieren zwangsläufig einiges an Bildqualität), 2) Als Schriftliche Arbeit mit beigefügten Papierbildern, und 3) Als HTML-Veröffentlichung. Die letzte Möglichkeit hat mich besonders gereizt, weil sie so viele bis jetzt noch kaum realisierte Vorteile bietet, die in Zukunft bei solchen Arbeiten sicherlich eine immer wichtigere Rolle spielen werden. Sie ist die ideale Präsentions-Lösung für die viele Bilder, aus denen meine Arbeit besteht. Daß die Qualität der digitalisierten Bilder nicht an die der Originale herankommt, liegt nur daran, daß zur Zeit große Bilddateien Probleme bei der Übertragung im Internet bereitet. Dieses Problem wird sich mit der Zeit lösen und Bildqualität wird kein Thema mehr sein. Hyperlinks zu verschiedenen Teile der Arbeit und zu zitierten Arbeiten stellt eine enorme Erleichterung und Erweiterung dar. Und nachher steht die Arbeit nicht nur auf einem Regal im Institutsbibliothek, wo sie vielleicht ab und zu von einem Interessierten Institutsangehörigen angeschaut wird, sondern steht der ganzen Welt per Mausklick zur Verfügung. Man hat auch die Möglichkeit, die Arbeit nachträglich zu verbessern oder zu erweitern. 

Für mich ist der große Nachteil der HTML-Option, daß sie als Diplomarbeit (noch) nicht anerkannt wird. Ich habe sie trotzdem zunächst als HTML-Veröffentlichung fertig gestellt, weil es mir sehr am Herzen lag, die neuen Möglichkeiten, selber auszuprobieren. Diese hat mir als Vorlage für die schriftliche Arbeit und für den Diavortrag gedient.