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Hydrogeology Journal

, Volume 8, Issue 1, pp 11–28 | Cite as

Recent studies on bacterial populations and processes in subseafloor sediments: A review

  • R. John Parkes
  • Barry A. Cragg
  • Peter Wellsbury
Papers

Subsurface bacteria also occur in hydrothermal sediments with large temperature gradients (up to 12 °C/m) and with population numbers similar to non-hydrothermal sites at temperatures from psychrophilic to mesophilic. At greater depths and temperatures, populations decline rapidly, but they are still significant up to hyperthermophilic temperatures and are even stimulated by subsurface seawater flow. These results suggest that temperature alone does not limit bacteria in non-hydrothermal sediments until about 4 km, and evidence exists that bacterial processes may even be sustained by interaction with thermogenic processes as temperatures increase during deep burial.

Experiments demonstrate that in the presence of readily degradable organic substrates, actively growing bacteria can move faster than sediment deposition; hence, these bacteria are not necessarily trapped and buried. However, bacterial growth decreases with depth to such an extent that subsurface bacteria would not be able to keep up with sedimentation rate and hence would be buried. In some circumstances, such as in sapropel layers with high organic matter in the Mediterranean, bacteria may be buried within a specific deposition horizon. Subsurface bacteria can utilize old and recalcitrant organic matter, but only very slowly, and they seem to have a strategy of high biomass and low growth rate, commensurate with their geological habitat of generally low energy flux.

microbial processes subseafloor sediments bacteria 

Les bactéries souterraines existent aussi dans les sédiments d'origine hydrothermale où régnent des gradients de température élevés (jusqu'à 12°C/m) et où sont présentes des populations semblables en nombre à celles des sites non hydrothermaux, à températures psychrophiles à mésophiles. A de plus grandes profondeurs et à des températures plus élevées, les populations diminuent trés rapidement, mais elles sont encore significativement présentes jusqu'aux températures hyperthermophiles et sont même stimulées par l'écoulement d'eau marine souterraine. Ces résultats laissent penser que la température seule ne limite pas les bactéries dans les sédiments non hydrothermaux jusqu'à environ 4 km; selon certains indices, les processus bactériens peuvent même être entretenus par des interactions avec les processus liés à la température lorsque les températures augmentent au cours de l'enfouissement profond du sédiment.

Ces expériences démontrent qu'en présence de substrats organiques dégradables les bactéries à croissance active peuvent se déplacer plus rapidement que le sédiment se dépose; ainsi ces bactéries ne sont pas nécessairement piégées et enfouies. Cependant, la croissance bactérienne décroît jusqu'à une profondeur à laquelle les bactéries souterraines ne seraient plus capables de garder le dessus sur le taux de sédimentation et finiraient donc par être enfouies. Dans certaines circonstances, comme dans les couches à sapropel à forte teneur en matiére organique de la Méditerranée, les bactéries peuvent être enfouies dans une couche particuliére. Certaines bactéries souterraines peuvent utiliser une matiére organique ancienne et résistante, mais seulement trés lentement; elles semblent posséder une stratégie de biomasse élevée et de faible taux de croissance, adaptée à leur habitat géologique à flux d'énergie généralement faible.

Las bacterias también pueden aparecer en los sedimentos hidrotermales con grandes gradientes térmicos (hasta 12°C/m), en cantidades similares a los no-hidrotermales, y a temperaturas entre psicrofílicas y mesofílicas. A profundidades y temperaturas mayores las poblaciones se reducen rápidamente, pero siguen manifestándose hasta temperaturas hipertermofílicas, e incluso son estimuladas por el flujo de agua marina. Según esto, la temperatura por sí sola no limita la presencia de bacterias en sedimentos hidrotermales hasta profundidades de 4 km.

Los experimentos muestran que en presencia de los substratos orgánicos degradables las bacterias con alta actividad de crecimiento pueden moverse a una velocidad mayor que el ritmo de deposición, por lo que no quedan necesariamente atrapadas. Sin embargo, el crecimiento se reduce con la profundidad, de modo que las bacterias ceden ante la velocidad de sedimentación y son enterradas. Las bacterias subsuperficiales pueden utilizar materia orgánica recalcitrante pero de modo muy lento, y parece que han desarrollado una estrategia que engloba alta biomasa con bajo ritmo de crecimiento.

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Copyright information

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2000

Authors and Affiliations

  • R. John Parkes
    • 1
  • Barry A. Cragg
    • 1
  • Peter Wellsbury
    • 1
  1. 1.Department of Earth Sciences, University of Bristol, Wills Memorial Building, Queens Road, Bristol BS8 1RJ, UK Fax: +44-117-9253385 e-mail: J.Parkes@bris.ac.ukGB

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