Interaction Between Bacteria, Nannobacteria, and Mineral Precipitation in Hot Springs of Central Italy L’interaction entre les bactéries, les nannobactéries et la précipitation des minéraux dans les sources chaudes du centre de l’Italie Wechselbeziehung zwischen Bakterien, Nannobakterien und mineralischer Ausscheidung in heißen Quellen von Zentralitalien.

ABSTRACT

A complex of inorganic and organic factors controls precipitation of carbonates in hot springs of Lazio, central Italy. A plot of data from this area shows that the main /norganic controls are temperature and Mg/Ca ratio of the spring waters. Virtually all springs with waters hotter than 400C precipitate aragonite, and cooler ones form calcite. Furthermore, even cold-water springs precipitate aragonite if the Mg/Ca ratio exceeds 1:1, except in two cases. To what extent is the precipitation of travertine inorganic vs. biochemical? Surely, conditions in diverse localities can vary between both end-points, but Le Zitelle springs, at the north flank of the caldera of Viterbo, provide a biochemical extreme. Waters are hot (600C), with Mg/Ca of .2, and are highly sulfurous. Carbonate precipitation rates can exceed 2 mm/day. /Vonetched samples of carbonate crusts, only minutes to a few hours old, exhibit aragonite, calcite, and 1- to 5- (im euhedral rhombs of probable dolomite. Aragonite forms spherical "pincushions" of radial needles, each needle tipped with a nannobacterial body of the same diameter as the needles, 0.1 to 0.4 jim. Each nannobacterium precipitated its own needle, and was propelled outward by needle growth. As little or no later "fattening" of the needle occurred, inorganic precipitation must have been insignificant here. fVonetched calcite crystals are composed of 0.05 (xm nannobacterial spheres that were incorporated into each layer of the crystal as it grew. No evidence of bacteria was found on the ?dolomite rhomb surfaces. Ironically, aragonite, calcite, and euhedral ?dolomite rhombs all grew within minutes to an hour of each other in the same solution under the same conditions, savaging all the rules exposed at the beginning they remain a baffling problem unresolved by chemistry, physics, or microbiology.

RÉSUMÉ

Un ensemble de facteurs inorganiques et organiques sont à l'origine de la précipitation de carbonates dans les sources chaudes de Lazio. L'étude des données montre que les facteurs inorganiques principaux sont la température et le rapport Mg/Ca dans les eaux de source. Presque toutes les sources chaudes à plus de 400C font précipiter l'aragonite et les eaux plus froides, la calcite. De plus, même les sources froides font précipiter l'aragonite si le rapport Mg/Ca dépasse 1:1, sauf exceptions. Dans quelle mesure la précipitation du travertin est-elle inorganique plutôt que biochimique? Certes, les conditions varient d'un milieu à l'autre entre les deux extrémités, mais la source Le Zitelle constitue un extrême biochimique. Les eaux sont chaudes (60°C), avec un rapport de Mg/Ca de 0,2, et très sulfureuses. Les taux de précipitation de carbonates peuvent dépasser 2 mm/jour. Les échantillons de croûtes de carbonate non corrodées (par l'acide hydrochlorique), formées dans les minutes ou les heures précédentes, présentent de l'aragonite, de la calcite et des rhomboèdres automorphes de 1 à 5 fim probablement de dolomite. L'aragonite forme des « pelotes » sphériques, d'aiguilles radiales, dont chacun des bouts se termine par un corps nannobactériel de même diamètre, soit 0,1 à 0,4 p.m, Des cristaux non corrodés de calcite se composent de sphères de nannobactérie de 0,05 y.m incorporées dans chacune des couches de cristal au fur et à mesure du développement. Aucun signe de bactérie n'a été trouvé sur les surfaces de rhomboèdres de dolomite (?). Ironiquement, l'aragonite, la calcite et les rhomboèdres de dolomite (?) ont tous cru à peu près en même temps, dans la même solution soumise aux mêmes conditions, anéantissant ainsi toutes les règles déjà émises. Le problème persiste donc et n'a été résolu ni par la chimie, la physique ou la microbiologie.

ZUSAMMENFASSUNG

Ein vielschichtiges Zusammenspiel anorganischer und organischer Faktoren regelt die Ausscheidung von Karbonaten in den heiBen Quellen von Lazio, Zentralitalien. Daten von diesem Gebiet zeigen, daB die Temperatur und das Verhàltnis Mg/Ca in den Quell-wassern die hauptsâchlichen anorganischen Faktoren sind. Praktisch scheiden aile Quellen mit Wasser, das heiBer als 400C ist, Aragonit aus, wenn das Verhàltnis Mg/Ca 1:1 ùberschreitet, auBer in zwei Fallen. In welchem MaBe ist die Ausscheidung von Kalktuff eher anorganisch als biochemisch? Sicher kônnen die Bedingungen an verschie-denen Plâtzen zwischen den zwei End-punkten variieren, aber die Quellen Le Zitelle an der Nordflanke der caldera von Viterbo stellen ein biochemisches Extrem dar. Die Wasser sind heiB (6O0C) mit einem Mg/Ca Verhàltnis von 2 und sie sind sehr schwefel-haltig. Die Karbonat-Ausscheidungsrate kann 2 mm/Tag ùberschreiten. Proben nichtausgewaschener Karbonatkrusten, die nur Minuten bis zu wenige Stunden ait sind, zeigen Aragonit, Kalkspat und automorphe Rhomben von 1 bis 5 ^m, wahrscheinlich von Dolomit. Der Aragonit bildet kugelfôrmige "Nadelkissen" mit strahlenfôrmigen Nadeln, die in einem nannobakteriellen Kôrper vom selben Durchmesser wie die Nadel enden, 0.1 bis 0.4 ^m. Die nichausge-waschenen Kalkspatkristalle bestehen aus kugelfôrmigen Nannobakterien von 0.05jj.m, welche in jede Schicht des Kristalls wàhrend seines Wuchses aufgenommen wurden. Auf den Dolomit(?)-Rhombenoberflàchen wurde kein Hinweis auf Bakterien gefunden. SeIt-samerweise wuchsen Aragonit, Kalkspat und Dolomit(?)-Rhomben aile in einem Abstand von Minuten bis zu einer Stunde voneinander in derselben Losung unter denselben Bedingungen und haben so sâmtliche Regeln des ersten Absatzes umgestoBen; sie bleiben ein durch Chemie, Physik oder Mikrobiologie ungelôstes Problem.