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Basalt

Basalt

Basalt ist ein vulkanisches, meist schwarzes Gestein, das aus einer Mischung von Eisen- und Magnesiumsilikaten mit Olivin und Pyroxen sowie kalziumreichen Feldspäten (Plagioklas) besteht. Wenn Lava erkaltet, entstehen durch das Zusammenziehen nicht selten mehreckige meterlange Basaltsäulen, die sich senkrecht zur Abkühlungsfläche bilden. Dabei bilden sich bevorzugt sechseckige Säulen.

Entstehungszonen

Lava] Alle Ozeanböden bestehen aus Basalt. Sie sind Teil der unteren Erdkruste, meist bedeckt von mächtigen Meeressedimenten. Entlang der weltumspannenden mittelozeanischen Rücken steigt die Lava empor und erzeugt durch die erkaltende Gesteinsschmelze neuen Ozeanboden zwischen auseinanderweichenden tektonischen Platten. Je nach Entstehungsort bezeichnet man den Basalt als MORB (mid ocean ridge basalt, an Spreizungszonen zwischen zwei ozeanischen Platten), CMB (continental margin basalt, an Subduktionszonen zwischen ozeanischer und kontinentaler Platte), IAB (island arc basalt, an Subduktionszonen zwischen zwei ozeanischen Platten) oder OIB (ocean island basalt, an Hot-Spots innerhalb einer Platte). Basalt kommt aber auch auf dem Festland vor und ist meist an tektonische Schwächezonen wie etwa Grabenbrüche gebunden.

Basalt auf anderen Himmelskörpern

Basalt ist darüber hinaus ein häufiges Gestein auf allen terrestrischen Planeten (Merkur, Venus, Mars) und dem Mond. Auch viele Meteoriten besitzen die gleiche chemische Zusammensetzung wie Basalt. Mit ihrer Hilfe kann man Rückschlüsse auf die Entstehung unseres Sonnensystems ziehen.

Basalt als Baustoff

Als Baustoff findet Basalt aufgrund seines druckfesten, schwer zu bearbeitenden, aber nicht zu spröden Charakters hauptsächlich für den Unterbau von Straßen und Bahngleisen Verwendung. In der Nähe von Vulkanen werden auch Häuser aus basaltischem Gestein errichtet, was den Dörfern ein dunkles Gepräge gibt, z.B. in den Ortschaften um den Ätna auf Sizilien. Eine Sonderform stellt der so genannte Sonnenbrennerbasalt dar, der leicht zerfällt, und daher für viele technische Anwendungen nicht geeignet ist.

Vorkommen von Basalt


- Erzgebirge
  - Scheibenberg
  - Bärenstein
  - Pöhlberg
  - Geisingberg
  - Naturschutzgebiet Ryžovna
- Lausitzer Bergland
  - Landeskrone
  - Löbauer Berg
  - Kottmar
- Nordostbayern (Kemnather Talkessel), (Nördlicher Steinwald)
- Vogelsberg
- Rhön
  - Stoppelsberg
  - Gangolfsberg
- Westerwald, Vulkaneifel
- Siebengebirge
- Böhmisches Mittelgebirge in Tschechien (České středohoří)
- Lausitzer Gebirge in Tschechien (Luzicke hory)
- Duppauer Gebirge in Tschechien (Doupovske hory)
- Giant's Causeway, Nordirland
- Zentralmassiv in Frankreich
- Columbia Gorge (Washington/Oregon, USA)
- Armenien
- Island
- Färöer
- Kamerun u. weitere afrikanische Länder Bild:Basaltformation-frodba.jpg|Basaltsäulen auf den Färöern in Froðba Bild:Basaltsteinbruch.jpg|Basaltsteinbruch in Nordostbayern Bild:Basalt-tschechien.jpg|Basalt: Herrenhausfelsen (Panska Skala) bei Kamenický Šenov/Steinschönau, Lausitzer Gebirge in Tschechien Bild:Basaltsaeulen.jpg|Basaltsäulen auf dem Parkstein in Nordostbayern

Siehe auch

Liste der Gesteine, Zeolith

Weblinks

http://www.bayern-fichtelgebirge.de/geologie/geologie.htm Kategorie:Gestein Kategorie:Vulkanismus ja:玄武岩 ko:현무암

Vulkan

Ein Vulkan ist eine geologische Struktur, die entsteht, wenn Magma (geschmolzenes Gestein) bis an die Oberfläche eines Planeten (z. B. der Erde) aufsteigt. Alle Begleiterscheinungen, die mit dem Austritt der glutflüssigen Gesteinsschmelze verbunden sind, bezeichnet man als Vulkanismus. Der Begriff "Vulkan" leitet sich von der italienischen Insel Vulcano ab. In der römischen Mythologie galt diese Insel als die Schmiede des Vulcanus, dem römischen Gott des Feuers. In einer Tiefe ab 100 km, in der Temperaturen zwischen 1000 und 1300 Grad Celsius herrschen, schmelzen Gesteine zu zähplastischem Magma, das sich in großen, tropfenförmigen Magmaherden in 2 bis 50 km Tiefe sammelt. Wenn der Druck zu groß wird, steigt das Magma über Spalten und Klüfte der Lithosphäre auf. Magma, das auf diese Weise an die Erdoberfläche gelangt, wird als Lava bezeichnet. Bei einem Vulkanausbruch werden nicht nur glutflüssige, sondern auch feste oder gasförmige Stoffe freigesetzt (Vulkanismus).

Bekannte Vulkane

Vulkanausbruch Die bekanntesten (aktiven) Vulkane in Europa sind:
- der Ätna auf Sizilien;
- der Vesuv nahe Neapel
- die Campi Flegrei - ("Brennende Felder") an der anderen Seite als Vesuv bei Neapel, Europas aktivste Vulkanzone mit zahlreichen Fumaroli;
- der Stromboli - eine Insel nördlich von Sizilien (Liparische Inseln);
- der "Santorin
- " in Griechenland, im 17. vorchristlichen Jahrhundert (1628 v. Chr.) durch eine gewaltige Explosion weitgehend zerstört - wahrscheinlich erloschen (
- wir kennen den antiken Vulkannamen nicht mehr, "Santorin" oder "Santorini" heißt heute eine der drei übrig gebliebenen Inseln aus der zusammengestürzten Caldera.);
- der Pico del Teide auf der kanarischen Atlantikinsel Teneriffa ist zwar Spaniens höchster Berg, gehört jedoch nur politisch, nicht aber geologisch zu Europa.;
- die Hekla auf der ohnehin von zahlreichen Vulkanen beherrschten Insel Island; sie bricht ziemlich regelmäßig alle 10 Jahre aus. Einige bekannte Vulkane außerhalb Europas sind: Island
- der Kilimandscharo in Afrika
- der Popocatépetl in Mexiko,
- der Krakatau in Indonesien,
- der Fujisan in Japan,
- der Aso-san in Japan,
- der Mauna Loa auf Hawaii,
- der Mauna Kea auf Hawaii,
- der Mount Saint Helens in den USA,
- der Pinatubo auf den Philippinen,
- der Soufriere auf Montserrat,
- der Pico de Fogo auf Fogo, Kap Verde
- der Arenal in Costa Rica. Costa Rica Erloschene Vulkane in Deutschland:
- der Kaiserstuhl nahe Freiburg (18 Mio. Jahre bis 13 Mio. Jahre)
- im Hegau nahe dem Bodensee, Baden-Württemberg (14 Mio. Jahre bis 7 Mio. Jahre)(z. B. der Hohentwiel)
- der Schwäbische Vulkan in Baden-Württemberg (ca. 17 bis 16 Mio. Jahren)
- in der Vulkaneifel in Rheinland-Pfalz / Nordrhein-Westfalen (Beginn vor 700.000 Jahren, letzter Ausbruch vor 11.000 Jahren)
- der Vogelsberg
- der Drachenfels im Siebengebirge
- der Otzberg und der Katzenbuckel im Odenwald
- in der Rhön
- die Amöneburg im Marburger Land
- die Limburg in Baden-Württemberg Ob die deutschen Vulkane als erloschen bzw. ruhend gelten, ist derzeit noch umstritten. Zwar scheint es wenig wahrscheinlich, dass sie innerhalb der nächsten Jahrhunderte wieder aktiv werden, doch mehren sich die Anzeichen für Größenzunahme des Magmaplumes beispielsweise unter der Eifel. Kohlendioxidbläschen, die z.B. in den Maaren aufsteigen, werden in jüngster Zeit nicht mehr als Symptom verklingender Tätigkeit gedeutet, sondern als Zeichen zunehmender Aktivität. Eindringendes Wasser (Grundwasser, Oberflächenwasser) verleiht den Eifelvulkanen zudem besondere Gefährlichkeit, da durch den enormen Druckaufbau ein hochexplosives Gemisch entsteht und es zu Phreatomagmatischen Explosionen kommen kann. Bereits beim letzten Ausbruch vor 11.000 Jahren wurden dadurch ungeheure Mengen an Magma, Asche und Schlacke an die Erdoberfläche befördert. Der nördlichste Vulkan der Welt ist der 2277 m hohe Vulkan Haakon VII Toppen/Beerenberg auf der Insel Jan Mayen, er wurde 1970 nach langer Ruhe wieder aktiv. Der südlichste Vulkan der Welt ist der 3794 m hohe Mount Erebus auf der Ross-Insel in der Antarktis, er ist ständig aktiv. Der höchste Vulkan der Welt ist nach neuesten GPS-Messungen der 6882 m hohe Monte Pissis in Argentinien. Der höchste Vulkan des Sonnensystems (allerdings bereits erloschen) ist der Olympus Mons auf dem Mars. Er ist mit 26,4 km Höhe der höchste bekannte Berg unseres Sonnensystems, was für einen ehemaligen Schildvulkan außerordentlich bemerkenswert ist. Auf der Venus gibt es ebenfalls zahlreiche erloschene Vulkane, während aktive Vulkane außer auf der Erde bislang nur noch auf dem Jupitermond Io bekannt sind. Weitere Vulkane auf der Erde und in unserem Sonnensystem sind unter Liste der Vulkane zu finden.

Vulkantypen

Vulkane kann man nach ihrer äußeren Form und nach der Art ihres Magmenzufuhrsystems unterteilen.
- Unterteilung nach der äußeren Form:
  - Schicht-Vulkane (auch Strato-Vulkane genannt)
  - Schild-Vulkane Ca. 95% der Vulkane auf der Erde sind Schicht-Vulkane. Andererseits sind ca. 90% aller aktiven Vulkane Schild-Vulkane.
- Unterteilung nach der Art des Magmenzufuhrsystems:
  - Zentral-Vulkane
  - Spalten-Vulkane Eine besondere Form ist der Super-Vulkan ([http://www.sueddeutsche.de/,tt2m2/wissen/artikel/41/48992/ Süddeutsche - Supervulkane])

Magmatypen

Eine andere Möglichkeit, Vulkane zu klassifizieren, ist, sie nach dem Typ des Magmas zu beschreiben, das sowohl die entstehende Form des Vulkans als auch das Ausbruchsverhalten entscheidend bestimmt:
- Rote Vulkane
- Graue Vulkane Zusammenfassend kann man sagen, dass "graue Vulkane" "Schichtvulkane" bilden, während "rote Vulkane" "Schildvulkane" hervorbringen. Viele Vulkane folgen allerdings nicht einem "reinen" Ausbruchsmuster, sondern zeigen variierendes Verhalten entweder während einer Eruption oder während der Millionen Jahre ihrer Aktivität. Ein Beispiel dafür ist der Ätna auf Sizilien.

Verteilung von Vulkanen

Weltweit gibt es etwa 1900 Vulkane, die als aktiv betrachtet werden. Ihre Verteilung kann man mit Hilfe der Erkenntnisse der Plattentektonik verstehen:
- Vulkane der Spreizungszonen liegen mit wenigen Ausnahmen auf dem Meeresgrund, wo die Erdplatten auseinanderdriften.
Das dort vorkommende Magma ist basaltisch. Hierzu gehören hauptsächlich rote Vulkane oder Schildvulkane.
- Vulkane der Subduktionszonen sind die sichtbarsten Vulkane. Sie treten auf, wo Erdplatten aufeinander treffen und die eine Erdplatte unter die andere geschoben wird. Das abtauchende (oft SiO2-reiche) Gestein wird in der Tiefe geschmolzen und steigt, da es eine geringere Dichte hat, nach oben, wo es zu Eruptionen kommt. Hierzu rechnet man hauptsächlich graue Vulkane oder Schichtvulkane. Schichtvulkan
- Vulkane über Hot Spots oder Plumes sind selten, da es weltweit zurzeit nur etwa 40 "Hot Spots" gibt. Ein "Hot Spot" ist ein über lange Zeit (meist über 100 Mio. Jahre) ortsfester Aufschmelzungsbereich im Erdmantel unter der Lithosphäre. Da sich die Lithosphärenplatten während dieser langen Zeiträume im Verlauf der Plattentektonik über einen "Hot Spot" hinweg schieben, bilden sich perlenschnurartig hintereinander neue Vulkane. Ein bekanntes Beispiel sind die Hawaii-Inseln: die Hauptinsel Hawai'i, die als jüngste Vulkaninsel über dem "Hot Spot" liegt, ist erst 400 000 Jahre alt, während die älteste der 6 Vulkaninseln Kauai im Nordwesten bereits vor etwa 5,1 Millionen Jahren entstanden ist. Ein weiteres Beispiel für diese seltene Art des Vulkanismus findet sich in der deutschen Vulkaneifel.

Vorhersage von Vulkanausbrüchen

Vulkaneifel Ob ein Vulkan endgültig erloschen ist oder vielleicht wieder aktiv werden kann, interessiert besonders die Menschen, die in der Umgebung eines Vulkans leben. In jedem Fall hat ein Vulkanausbruch weitreichende Konsequenzen, denn über das persönliche Schicksal hinaus werden Infrastruktur und Wirtschaft der betroffenen Region nachhaltig beeinflusst. Daher ist es das vorrangige Forschungsziel, Vulkanausbrüche möglichst präzise vorhersagen zu können. Fehlprognosen wären allein unter Kostengesichtspunkten verheerend (Evakuierung Tausender von Menschen, Stilllegung des gesamten Wirtschaftslebens u.v.m.). Trotz gewisser Gemeinsamkeiten gleicht kein Vulkan in seinem Ausbruchsverhalten dem anderen. Demnach sind Beobachtungen über Ruhephasen oder seismische Aktivitäten eines Vulkans kaum auf einen anderen übertragbar. Verstärkt auftretende leichte Erdbeben oder einen verstärkten Gasausstoß deutet man zwar als vage Anzeichen einer bevorstehenden Eruption, diese kann aber auch erst 50 Jahre später erfolgen. Aussagefähiger sind Formveränderungen der Erdkruste unmittelbar über dem Magmaherd. Mit Lasermessung werden die geringsten Distanzveränderungen erfasst. So hat sich sowohl unmittelbar vor dem Ausbruch des Mount Saint Helens 1980 als auch vor dem Ausbruch des Pinatubo 1991 die Erde über dem Magmaherd aufgewölbt. Dadurch konnten die Vulkanologen die Ausbrüche schon wenige Tage zuvor voraussagen. Dennoch muss man feststellen, dass trotz intensiver Forschung und Einsatz modernster technischer Hilfsmittel die verlässliche exakte Vorhersage eines Vulkanausbruchs zur Zeit noch nicht in jedem Fall möglich ist.

Weblinks


- http://www.parautochthon.com/100584/190915.html Vulkane und magmatische Gesteine
- http://survival.4u.org/vulkane/index.htm Vulkan-Monitor
- http://www.uni-muenster.de/MineralogieMuseum/vulkane/Vulkan-2.htm
- http://www.schlaufuchs.at/list/l_vulkan.htm Aktive Vulkane der Welt
- http://volcanoes.usgs.gov/Products/Pglossary/volcano.html (englisch)
- http://volcano.und.edu/ (englisch)
- http://www.swisseduc.ch/stromboli/ Information über Stromboli, Ätna und andere Vulkane
- http://www.swvrc.org/cerupt.htm current eruptions (englisch)
- [http://www.naturgewalten.de/vulkan.htm Vulkanseite von naturgewalten.de]
- [http://www.vulkanschule.de/ Welt der Eifelvulkane für Schüler]
- [http://www.vulkanarchiv.de Reportagen und Bilder zum Thema Vulkane] Kategorie:Geologie Kategorie:Vulkanismus ! ja:火山 ms:Gunung berapi simple:Volcano th:ภูเขาไฟ

Eisen

Eisen ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit Symbol Fe (lat. ferrum, Eisen) und Ordnungszahl 26. Es ist ein Metall der 4. Periode in der 8. Gruppe im Periodensystem. Der Name Eisen ist entweder auf das urkeltische Wort isorai oder auf das indogermanische Wort eison (glänzend) zurückzuführen.

Eigenschaften

Metall Das durchschnittliche Eisen-Atom hat etwa die 56-fache Masse eines Wasserstoff-Atoms. Der Atomkern des Eisenisotops 56Fe weist einen der größten Massendefekte und damit eine der höchsten Bindungsenergien pro Nukleon aller Atomkerne auf. Bei Raumtemperatur ist die allotrope Modifikation des reinen Eisens das Ferrit oder α-Eisen. Diese Modifikation weist ein kubisch raumzentriertes Kristallgitter auf, das unterhalb 911 °C vorliegt. Unterhalb des Curiepunkts bei 760 °C ist das Ferrit ferromagnetisch. Die Modifikation zwischen 760 °C und 911 °C heißt β-Eisen. Da sie sich außer in den magnetischen Eigenschaften nicht vom Ferrit α-Eisen unterscheidet, wird sie gewöhnlich auch als α-Eisen bezeichnet. Bis 1392 °C liegt es in der kubisch flächenzentrierten γ-Modifikation oder Austenit vor. Bei weiter steigender Temperatur wandelt das Eisen in δ-Ferrit um, das wieder ein kubisch raumzentriertes Gitter aufweist. Der Schmelzpunkt liegt bei 1539 °C. Diese Eigenschaft der Umwandlung des Gitters von kubisch-raumzentriert (bis 911 °C) über kubisch-flächenzentriert (bis 1392 °C) zu kubisch-raumzentriert (bis 1539 °C) sowie des anschließenden Zerfalls der Gitterstrukturen nennt man auch die „Polymorphie des Eisens“. Eisen ist beständig an trockener Luft, in trockenem Chlor sowie in konzentrierter Schwefelsäure, konzentrierter Salpetersäure und basischen Agenzien (außer heißer Natronlauge) mit einem pH-Wert größer als 9.

Eisen als Mineral

Sehr selten kann Eisen auch gediegen auftreten. Das Mineral kristallisiert dann im kubischen Kristallsystem, hat eine Härte von 4,5 und eine stahlgraue bis schwarze Farbe. Auch die Strichfarbe ist grau. Wegen der Reaktion mit Wasser und Sauerstoff ist gediegenes Eisen nicht stabil. Es tritt daher in Legierung mit Nickel nur in Eisenmeteoriten auf, sowie in Basalten, in denen es manchmal zu einer Reduktion von eisenhaltigen Mineralen kommt. Letztere findet man dagegen vergleichsweise häufig, wichtige Beispiele sind Magneteisenstein (Fe3O4), Roteisenstein (Fe2O3), Brauneisenstein (Fe2O3·n H2O), Siderit (FeCO3), Magnetkies (FeS) und Pyrit (FeS2).

Isotope

Eisen hat vier natürlich vorkommende, stabile Isotope, mit den relativen Häufigkeiten: 54Fe (5,8 %), 56Fe (91,7 %), 57Fe (2,2 %) und 58Fe (0,3 %). Das Isotop 60Fe hat eine Halbwertszeit von 1,5 Millionen Jahren. Die Existenz von 60Fe zu Beginn der Entstehung des Planetensystems konnte durch den Nachweis einer Korrelation zwischen den Häufigkeiten von 60Ni, dem Zerfallsprodukt von 60Fe, und den Häufigkeiten der stabilen Fe-Isotope in einigen Phasen mancher Meteoriten (beispielsweise in den Meteoriten Semarkona und Chervony Kut) nachgewiesen werden. Möglicherweise spielte die freigesetzte Energie beim radioaktiven Zerfall von 60Fe, neben der atomaren Zerfallsenergie des ebenfalls vorhandenen radioaktiven 26Al, eine Rolle beim Aufschmelzen und der Differenzierung der Asteroiden direkt nach ihrer Bildung vor etwa 4,6 Milliarden Jahren. Heute ist alles damals ursprünglich vorhanden gewesene 60Fe vollständig in 60Ni zerfallen. Die Verteilung von Nickel- und Eisenisotopen in Meteoriten erlaubt es, die Isotopen- und Elementehäufigkeit bei der Bildung des Sonnensystems zu messen und die vor und während der Bildung des Sonnensystems vorherrschenden Bedingungen zu erschließen. Nur das Eisenisotop 57Fe besitzt einen Kernspin und findet darum Anwendung in der Chemie und Biochemie.

Verbindungen

Oxidationsstufen


- Fe2+, diese Salze sind zumeist blassgrün,
- Fe3+, diese Salze sind zumeist intensiv orange. Ihre Farbigkeit in wässriger Lösung ist durch die Bildung von Aqua-Komplexen (Komplexchemie) zu erklären [Fe(H2O)6]3+, die je nach pH-Wert Wasser-Liganden gegen OH--Liganden austauschen. Durch die Wasserliganden erhält man eine Ligandenfeldaufspaltung, mit den Hydroxidionen einen Chargetransfer (Charge-Transfer-Komplexe).
- Fe4+, kommt in den Katalysezyklen einiger Enzyme vor (zum Beispiel als Cytochrom P450, Peroxidasen),
- Fe6+, ist selten (beispielsweise K2FeO4).

Oxide

Eisen bildet zweiwertige und dreiwertige Oxide. Eisen(III)oxid Eisen(III)oxid (Fe2O3) ist eine braune Substanz und das Endprodukt des Verrostens. Es entsteht durch langsame Oxidation von Eisen in Gegenwart von Wasser. Eisen(II)oxid Eisen(II)oxid (FeO) entsteht beim direkten Verbrennen von Eisen, z. B. mit dem Schneidbrenner. Es ist schwarz und bei Umgebungstemperatur nicht stabil. Eisen(II,III)oxid Eisen(II,III)oxid (Fe3O4) entsteht durch Umwandlung von FeO . Da diese Oxide keine feste Schutzschicht bilden, oxidiert ein der Atmosphäre ausgesetzter Eisenkörper vollständig. Wenn er vor dem endgültigen Verrosten eingesammelt und dem Recycling zugeführt wird, ist das verrostete Eisen (Stahl) bei der Stahlproduktion im Elektro-Schmelzofen ein begehrter und wertvoller Sauerstoffträger, ohne den die Stahlindustrie nicht auskommen könnte. Dieser Sauerstoff im Eisenschrott wirkt beim „Stahlkochen“ als Oxidationsmittel, um ungewünschte qualitätsmindernde Beimengungen (z. B. Leichtmetalle) zu oxydieren (verbrennen). Einzelne Eisenverbindungen:
- Fe3C, Eisencarbid,
- Fe(CO)5, Eisencarbonyl, Eisenpentacarbonyl, IPC (I für iron), entsteht unter Druck aus Eisen und Kohlenmonoxid und bildet nach seiner Zersetzung neben Kohlenmonoxid ein besonders reines Eisenpulver, das Carbonyleisen. Eine weitere Variante von Eisencarbonyl ist Fe2(CO)9.
- Fe(SCN)3, Eisen(III)-thiocyanat, Eisenrhodanid, hat eine sehr ergiebige blutrote Färbung, dient zum Nachweis von Fe3+-Ionen.

Geschichte

Naher Osten

Der älteste menschliche Gebrauch von Eisen stammt aus Sumer und Ägypten, etwa 4000 v. Chr. Es handelte sich um gediegenes Eisen von Meteoriten, und wurde zur Dekoration oder als Speerspitze benutzt. Es wurde nicht durch Schmelzen oder Schmieden, sondern durch Methoden der Steinbearbeitung (Steinzeit) bearbeitet. Zwischen 3000 und 2000 v. Chr. findet man verhüttetes Eisen (vom Meteoriteisen durch die Abwesenheit von Nickel unterscheidbar) in Mesopotamien, Anatolien und Ägypten. Es scheint nur zeremoniell genutzt worden zu sein und war wertvoller als Gold. Möglicherweise entstand es in Form von Schwammeisen als Nebenprodukt der Bronzeherstellung. Zwischen 1600 und 1200 v. Chr. wurde Eisen verstärkt genutzt; es löste Bronze allerdings noch nicht ab. Ab 1200 v. Chr. fand im Nahen Osten der Übergang von der Bronzezeit zur Eisenzeit statt. Es wird vermutet, dass nicht die Materialüberlegenheit des Eisens, sondern ein Mangel an Zinn (zur Bronzeherstellung notwendig) den Übergang auslöste. Beim ersten eisenzeitlichen Verhüttungsschritt entstand Schwammeisen. Durch den Gebrauch von Holzkohle bei der Weiterverarbeitung wurde dem Eisen Kohlenstoff zugeführt, mit dem Endresultat eines (zumindest oberflächlichen) Stahls. Durch Härten (das heißt abruptes Abkühlen, im Allgemeinen in einer Flüssigkeit wie Wasser oder Öl) entstanden Werkstücke mit einer bis dahin nicht gekannten Elastizität und Härte, die der Bronze weit überlegen war.

China

Auch in China wurden die ersten Erfahrungen mit Eisen an Meteoriteneisen gewonnen. Erste archäologische Spuren von Schmiedeeisen finden sich im Nordwesten, nahe Xinjiang, aus dem 8. vorchristlichen Jahrhundert. Man vermutet, dass diese Produkte, die mit den Methoden des Nahen Ostens erstellt wurden, durch Handel nach China gelangt sind. Etwa 550 v. Chr., in der späteren Zhou-Dynastie (1122 bis 256 v. Chr.), fand mit der Entwicklung des Hochofens ein entscheidender technischer Durchbruch statt: die Produktion von Gusseisen wurde möglich.

Europa

Neben seiner herausragenden Bedeutung als Werkstoff wurde Eisen in der Alchemie verwendet, wo es mit dem Zeichen für Mars/Männlichkeit ♂ assoziiert wurde. Da europäische Verarbeitungstechniken nur Temperaturen von knapp 1.300 °C erreichten, fand die Entwicklung von Gusseisen erst im 15. Jahrhundert in Schweden (Lapphyttan und Vinarhyttan) statt. Mit der gegossenen Kanonenkugel verbreitete sich die Gusseisenverarbeitung schnell wie die Feldzüge über ganz Europa. Als die schwindenden Wälder den wachsenden Holzkohlebedarf zur Eisengewinnung in Großbritannien nicht mehr decken konnten, wurde Kohle (genauer das Kohleprodukt Koks) von Abraham Darby als Alternative entwickelt. Diese Umstellung, zusammen mit der Erfindung der Dampfmaschine, gilt als Beginn der industriellen Revolution.

Vorkommen

Eisen ist zusammen mit Nickel vermutlich der Hauptbestandteil des Erdkerns. Angetrieben von thermischen Kräften, erzeugen Konvektionsströmungen von flüssigem Eisen im äußeren Kern das Erdmagnetfeld. Mit einem Anteil von fünf Prozent ist Eisen aber auch eines der häufigsten Elemente der Erdkruste. Die ersten Vorkommen, die abgebaut wurden, waren Raseneisenerz und offenliegende Erze. Heute wird vor allem 40-prozentiges Magneteisenerz abgebaut. Das wichtigste Mineral zur Eisengewinnung ist Hämatit, welches größtenteils aus Fe2O3 besteht. Eisen ist das zehnthäufigste Element im Universum. Die Fusion von Elementen in Sternen endet beim Eisen, da bei der Fusion von höheren Elementen keine Energie mehr frei wird, sondern Energie verbraucht wird. Schwerere Elemente entstehen bei Supernovaexplosionen, die auch für das Verstreuen der im Stern entstandenen Materie verantwortlich sind.

Gewinnung und Darstellung

Eisenerz wird im Tagebau und Tiefbau (Untertagebau) gewonnen. Dort, wo die als abbauwürdig erkannten Eisenerzlagerstätten offen zutage treten, kann das Erz im weniger aufwändigen Tagebau gewonnen werden. Heute wird Eisenerz hauptsächlich in Südamerika, bes. Brasilien, im Westen Australiens, in der Volksrepublik China, in Ost-Europa (beispielsweise Ukraine)(Krivoi Rog, ist der Name des Erzes) und Kanada auf diese Weise abgebaut. Diese Länder verdrängten in den letzten Jahren die ursprünglich bedeutendsten Eisenerz-Förderländer wie Frankreich, Schweden oder auch Deutschland selbst, dessen letzte Eisenerzgrube in der Oberpfalz 1987 geschlossen wurde. Deutschland Allerdings stellt der relativ leichte Abbau auch ein großes Problem dar: Der Export von Rohstoffen ist nach wie vor die Haupteinnahmequelle vieler ärmerer Staaten. Entsprechend hemmungslos stürzen sich viele der hochverschuldeten Entwicklungsländer auf diese Ressourcen, meist auf Kosten von Mensch und Umwelt. Riesige Erz-Abbaugebiete wie die Ok Tedi-Mine in Papua-Neuguinea zerstören nicht nur den Regenwald auf ihrem eigentlichen Gebiet, sondern in weitem Umkreis die ganze Landschaft. Denn hochgiftige Abwässer und Schlämme kippen die Minenbetreiber einfach in die Gegend, von wo sich das Gift durch die Flüsse verteilt – so dass stromabwärts am Ok Tedi der für die Bevölkerung traditionelle Fischverzehr zur Gesundheitsgefahr wurde. Nur selten gelangt das Eisenerz vom Bergwerk kommend, unmittelbar zu den Lagerplätzen der Hütten. Meist müssen erst weite Transportwege auf dem Landweg und auf dem Seeweg, mit mehrfachem Umladen, zurückgelegt werden. Vor der weiteren Verarbeitung wird das Erz schließlich zerkleinert und gemahlen. Danach werden die Erzkörner nach ihrer Größe sortiert und gesintert. Das heißt, es werden kleine Erzkörner gemeinsam mit Kalkzuschlagsstoffen auf mit Gas unterfeuerten motorisch angetriebenen Wanderrosten (Rost-Förderband) aufgelegt und durch starke Erhitzung „zusammengebacken“, denn nur in dieser Form als gesinterte grobe Brocken ist der Einsatz im Hochofen möglich, da das feine Erz die Luftzufuhr (Wind) sehr beeinträchtigen, bzw. verhindern würde.

Hochofenprozess

Das Eisen wird durch chemische Reduktion mit Kohlenstoff im Hochofen gewonnen; dabei treten Temperaturen von etwa 2.000 °C auf. Zuerst wird Koks dem Hochofen zugegeben, wo es mit dem in der Einblasluft (Wind) vorhandenen Sauerstoff zu Kohlenmonoxid reagiert: Das Kohlenmonoxid reagiert mit dem Eisenoxid: Aufgrund der hohen Reaktionstemperatur und der Schmelzpunktsenkung durch die Aufnahme von Kohlenstoff ist das entstehende Eisen flüssig. Allerdings enthält es noch Verunreinigungen in Form von Siliziumdioxid. Durch Zugabe von Kalkstein wird das Siliziumdioxid als Schlacke abgesondert. Ein erster Reaktionsschritt wandelt den Kalk in Kalziummonoxid um: Daraufhin reagiert das Kalziummonoxid mit dem Siliziumdioxid. Die entstehende Schlacke wird heute im Tiefbau, früher auch als Dünger (Thomasmehl), eingesetzt. Weltweit wurden im Jahre 2000 etwa 1.000 Megatonnen Eisenerz abgebaut, mit einem Wert von etwa 25 Mrd. Euro. Die bedeutendsten Eisenerzlieferanten sind die Volksrepublik China, Brasilien, Australien, Russland und Indien. Zusammen liefern sie etwa 70 % des Weltbedarfs. Aus den 1.000 Mt Erz wurden etwa 572 Mt Eisen gewonnen. Zusätzlich wird aus Schrott noch neues Eisen gewonnen.

Verwendung

Indien Technisch ist Eisen für die Herstellung von Stahl sehr bedeutsam. Stähle sind Legierungen des Eisens, die beim Vermischen (legieren) mit anderen Metallen und auch Nichtmetallen (insbesondere Kohlenstoff) entstehen. Eisen ist mit 95 Prozent Gewichtsanteil an genutzten Metallen, das weltweit meistverwendete. Der Grund dafür liegt in seiner weiten Verfügbarkeit, welches es recht preiswert macht, sowie in der erreichten hervorragenden Festigkeit und Zähigkeit beim Eingehen von Legierungen mit anderen Metallen (z. B. Chrom, Molybdän, Nickel usw., die es für viele Bereiche in der Technik zu einem Spezialwerkstoff macht. Bei der Herstellung von Autos, Schiffen und im Hochhausbau (Stahlbeton) eingesetzt, neuerdings für Karosserieteile in besonders innovativer verschweißter Kombination mit Alublech, entwickelt in Deutschland im Jahr 1996, um Energie beim Betrieb von Autos durch Gewichtsverringerung einzusparen und zugleich den Fahrzeugschwerpunkt tiefer zu legen. Damit wird der bisher klassische Werkstoff für Autos zunehmend unter „Gewichtsdruck“ geraten und vielleicht zukünftig nur mehr in Kombination mit spezifisch leichteren Metallen konkurrenzfähig sein. Eisen ist eines jener drei ferromagnetischen Metalle (Kobalt und Nickel sind die übrigen), die mit ihrer Eigenschaft den großtechnischen Einsatz des Elektromagnetismus in Generatoren, Transformatoren und Elektromotoren ermöglichen. Reines Eisenpulver wird nur in der Chemie verwendet. Industriell sind verschiedene Stähle verbreitet, in Deutschland ca. 7.500 Sorten genormt. Eisen wird in den nachfolgend angeführten Formen genutzt:
- Roheisen enthält vier bis fünf Prozent Kohlenstoff, sowie unterschiedliche Anteile an Schwefel, Phosphor und Silizium. Es ist ein Zwischenprodukt in der Herstellung von Gusseisen und Stahl.
- Gusseisen enthält 2,06–6,67 % Kohlenstoff und weitere Legierungselemente, wie beispielsweise Silizium und Mangan. In Abhängigkeit von der Abkühlgeschwindigkeit liegt der Kohlenstoff im Gusseisen als Karbid oder elementar als Graphit vor. In Anlehnung an das Aussehen der Bruchflächen spricht man im ersteren Fall von weißem und im zweiten Fall von grauem Gusseisen. Gusseisen ist sehr hart und spröde. Es lässt sich gewöhnlich nicht plastisch verformen.
- Stahl enthält zwischen 0,06 % und 2,06 % Kohlenstoff. Im Gegensatz zu Gusseisen ist er plastisch umformbar. Durch Legieren, sowie durch eine geeignete Kombination von thermischer Behandlung und plastischer Formung können die mechanischen Eigenschaften des Stahls in weiten Grenzen variiert werden.
- Bei Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt bis 0,8 % spricht man von Baustahl, bei über 0,8 % von Werkzeugstahl. In der Medizin werden eisenhaltige Präparate als Antianämika eingesetzt, kausal in der Behandlung von Eisenmangelanämien und additiv in der Behandlung von Anämien, hervorgerufen von anderen Ursachen.

Biologische Bedeutung

Eisen ist ein essentielles Spurenelement für fast alle Lebewesen, vor allem für die Blutbildung. Als Zentralatom im Hämoglobin und Myoglobin ist es bei vielen Tieren und beim Menschen für Sauerstofftransport und -speicherung verantwortlich. In diesen Proteinen ist es von einem planaren Porphyrinring umgeben. Weiter ist Eisen Bestandteil von Eisen-Schwefel-Komplexen (Iron-Sulphur-Cluster) in vielen Enzymen, beispielsweise Nitrogenasen und Hydrogenasen. Als dritte wichtige Klasse der Eisenenzyme sind die so genannten Nicht-Häm-Eisenenzyme zu nennen, beispielsweise die Methan-Monooxygenase, Ribonukleotid-Reduktase und das Hämerythrin. Diese Proteine nehmen in verschiedenen Organismen Aufgaben der Sauerstoffaktivierung, Sauerstofftransport, Redoxreaktionen und Hydrolysen wahr. Ebenso wichtig ist dreiwertiges Eisen als Zentralion im Enzym Katalase, das in den Peroxisomen der Zellen das im Stoffwechsel entstehende Zellgift Wasserstoffperoxid abbaut. Infizierende Bakterien nutzen oft Eisen, so dass ein Abwehrmechanismus des Körpers das „Verbergen“ von Eisen ist. Vor allem Frauen leiden häufig an Eisenmangel, der Grund dafür liegt auf der Hand. An jedem Tag der Menstruation verliert der Körper ca. 15 Milligramm, bei der Geburt eines Kindes ca. 1000 Milligramm Eisen. Der Tagesbedarf eines erwachsenen Menschen beträgt etwa 20 Milligramm Eisen, durch die gleichzeitige Einnahme von Vitamin C wird die Resorptionsquote deutlich erhöht. Besonders reichhaltig ist Eisen in Fleisch, Leber, Hülsenfrüchte und Vollkornbrot enthalten.

Sicherheitshinweise

Obwohl Eisen ein wichtiges Spurenelement für den Menschen ist, kann zu viel Eisen im Körper giftig sein. Zu große Mengen an Fe2+-Ionen reagieren mit Peroxiden, wobei freie Radikale entstehen. Im Normalzustand werden letztere durch körpereigene Prozesse kontrolliert. Etwa ein Gramm Eisen verursacht bei einem zweijährigen Kind ernste Vergiftungserscheinungen, drei Gramm können bereits tödlich sein. Lang andauernde Überversorgung mit Eisen führt zur Hämochromatose, einer Eisenspeicherkrankheit. Das Eisen reichert sich in der Leber an und führt dort zu Siderose (Ablagerung von Eisensalzen) und Organschäden. Daher sind Eisenpräparate nur bei Eisenmangel zu empfehlen. Allerdings nimmt der Körper bei Eisenüberversorgung dieses nicht mehr aus der Nahrung auf.

Nachweis

Die Fe2+- beziehungsweise Fe3+-Ionen können als lösliches, beziehungsweise unlösliches Berliner- /Turnbulls Blau mit Hilfe von Kaliumhexacyanoferrat-(II/III) (bei 2+ III benutzen und bei 3+ II benutzen) nachgewiesen werden. Es ist bemerkenswert, dass dieses bekannte Eisennachweisreagenz selbst Eisen enthält, welches durch die Cyanidionen chemisch gut maskiert wird (Innerorbitalkomplex) und somit Grenzen der Analytik aufzeigt. Fe3+ kann auch noch mit der sehr empfindlichen Thiocyanat-Reaktion nachgewiesen werden. Es bildet sich das tiefrote Fe(SCN)3, welches in Lösung bleibt. Allerdings stören einige Begleitionen diesen Nachweis (z. B. Co2+, Mo3+, Hg2+, Überschuss an Mineralsäuren).

Siehe auch


- Liste der größten Roheisenerzeuger
- Eisen-Stoffwechsel – Bedeutung des Eisens im Organismus eines Lebewesens
- Elektrowerk – Herstellung von seltenen Legierungen wie Ferro-Chrom und Ferro-Molybdän
- Rost (Korrosion)
- Atomium – Das Wahrzeichen Brüssels, das einen Ausschnitt aus einem Eisen-Kristallgitter darstellt.
- Gusseisen

Weblinks


- [http://www.die-roemer-online.de/eisenherstellung/eisenherstellung.html die-roemer-online.de] Eisenherstellung in der Römerzeit
- [http://www.landschaftsmuseum.de/Seiten/Lexikon/Eisengewinnung.htm Eisengewinnung in vorgeschichtlicher Zeit] Landschaftsmuseum Obermain Kategorie:Gruppe-8-Element Kategorie:Periode-4-Element Kategorie:Übergangsmetall Kategorie:Mineral Kategorie:Schwermetall Kategorie:Nahrungsergänzung ja:鉄 ko:철 ms:Besi simple:Iron th:เหล็ก

Silikat

#In der Chemie ist ein Silikat eine Verbindung von Silizium und Sauerstoff (SixOy), einem oder mehreren Metallen und eventuell auch Hydroxid-Ionen. Mit Silikat bezeichnet man auch die Salze des Siliziums und der Kieselsäuren, siehe auch Quarz. #In der Mineralogie bilden die Silikate oder Silikatminerale eine große Mineralgruppe. Die Erdkruste besteht zu über 90 Prozent, der Erdmantel fast vollständig aus Silikaten. Die häufigsten Silikate in der Erdkruste sind mit 50-60 Volumenprozent die Feldspäte. Andere wichtige gesteinsbildende Minerale sind Glimmer, Tonminerale, Amphibole, Pyroxene, Granat und Olivin. Das häufige Mineral Quarz (SiO2) wird in deutschsprachiger Literatur zu den Oxiden gezählt, im anglo-amerikanischen Schrifttum zu den Silikaten gerechnet.

Struktur

Allen Silikatmineralen ist ein gemeinsames Bauprinzip eigen, deshalb lassen sie sich relativ einfach in eine systematische Ordnung bringen. Die Grundbausteine aller Silikate sind SiO4-Tetraeder. Ein Siliziumatom ist dabei von vier Sauerstoffatomen umgeben. Die Sauerstoffatome berühren sich wegen ihrer Größe, in der Mitte bleibt Platz für das relativ kleine Siliziumatom (der freie Raum heißt Tetraederlücke). Eine weitere Eigenschaft der Silikate besteht in der Fähigkeit der Sauerstoffatome gleichzeitig an verschiedenen SiO4-Komplexen teilzuhaben. Daraus ergeben sich neben isolierten SiO4-Tetraedern weitere, zusammengesetzte Bauelemente:
- isolierte Tetraeder
- Doppeltetraeder
- Ringstrukturen
- Einfach- und Doppelketten
- Schichtstrukturen
- Gerüststrukturen Aluminium kann das sich chemisch ähnlich verhaltende Silizium ersetzen (substituieren), Silikate in denen dies passiert nennt man Alumosilikate. Bei Einbau von Aluminium (Al3+ statt Si4+) in das Mineralgitter muss Ladungsausgleich durch Einbau weiterer positiv geladener Ionen (Kationen) erfolgen. Das Al:Si-Verhältnis kann den Wert 1 nicht überschreiten, reine Aluminate kommen in der Natur nicht vor.

Systematik der Silikatminerale

Die Silikate bilden wie bereits erwähnt eine äußerst ausgedehnte Mineralfamilie. Es treten große Unterschiede hinsichtlich chemischer Zusammensetzung, Kristallsymmetrie, Bindungsarten und Struktur der Grundbausteine auf. Es bestehen deshalb verschiedene Klassifikationsschemata für Silikatminerale. Die in Deutschland übliche Systematik teilt die Silikate nach dem Grad der Polymerisation der SiO4-Tetraeder ein.

Bemerkungen zur Schreibweise der chemischen Summenformeln

Eine vereinfachte schematische Formel von Silikaten ist: :\mathrm . An die Stelle der Sauerstoff-Siliziumkomplexe können Hydroxid- oder Fluoridionen treten. Die Position von "M" wird von einem oder mehreren Metallionen bis zum Ladungsausgleich besetzt. In das Gitter von besonders weitmaschigen Silikaten kann auch Wasser eingelagert werden. Wenn in einem bestimmten Mineral tatsächlich einige der SixOy-Komplexe durch Ionen wie Fluorid (F-) oder Hydroxid (OH-) ersetzt werden, so deutet man das durch senkrechte Trennstriche im letzten Term der Formel an, zum Beispiel :\mathrm, Kaolinit. Eingelagertes Wasser wird folgendermaßen notiert: :\mathrm, Analcim.

Klassifizierung nach dem Polymerisationsgrad der SiO4-Tetraeder

Inselsilikate (Nesosilikate)

Bei den Inselsilikaten liegen isolierte SiO4-Tetraeder vor. Vertreter:
- Olivin: (Mg,Fe)_2[SiO_4]
- Zirkon: Zr[SiO_4]

Gruppensilikate (Sorosilikate)

Je zwei SiO4-Komplexe sind über ein Sauerstoffatom zu Doppeltetraedern verbunden, wobei dieser so genannte Brückensauerstoff jedem SiO4-Tetraeder zur Hälfte angehört. Das Si:O Verhältnis in Gruppensilikaten ist damit 2:7. Diese Struktur kommt weniger häufig vor, ein Beispiel ist das Mineral Gehlenit (Ca2Al[(Si,Al)2O7]).

Ringsilikate (Cyclosilikate)

In Ringsilikaten sind die SiO4-Tetraeder zu isolierten Dreier-, Vierer- und Sechserringen gruppiert. Jedes Siliziumion teilt sich je zwei Sauerstoffionen mit zwei benachbarten Tetraedern. Daraus ergeben sich die folgenden Formeln für die Ringstrukturen :
- [Si3O9]6-
- [Si4O12]8-
- [Si6O18]12-. Beryll (Al2Be3[Si6O18]) und Turmaline gehören zu den Ringsilikaten.

Einfach- und Doppelkettensilikate (Inosilikate)

Zu den Kettensilikaten gehören zwei wichtige Gruppen von gesteinsbildenden Mineralen: Pyroxene und Amphibole. Die Pyroxene bilden eindimensionale Einfachketten, dabei gehören je zwei der Sauerstoffionen gleichzeitig zwei Tetraederkomplexen an, woraus sich ein Si:O-Verhältnis von 1:3 ergibt (z.B. Diopsid (CaMg[Si2O6]). Amphibole bilden eindimensionale Doppelketten. Dabei sind zwei Einfachketten seitlich über Brückensauerstoffe verbunden. Gegenüber den Einfachketten hat zusätzlich jeder zweite Tetraeder jeder Einfachkette mit seinem jeweiligen Nachbarn ein Sauerstoffion gemeinsam. Das Si:O-Verhältnis bei Doppelkettensilikaten beträgt 4:11. In solchen silikatischen Doppelketten sind Hohlräume vorhanden, in die (OH)-- und F--Ionen eintreten können. In der chemischen Summenformel wird das durch einen vertikalen Strich zum Ausdruck gebracht. Ein Mineral aus der Gruppe der Amphibole ist Aktinolith (Ca2(Mg,Fe)5[(OH)2|Si8O22]).

Schichtsilikate (Phyllosilikate)

Durch weitergehende Polymerisation bilden sich aus Kettenstrukturen zweidimensionale Schichtstrukturen von SiO4-Tetraedern. Innerhalb einer Schicht teilt sich dabei jedes Siliziumion drei seiner Sauerstoffionen mit seinen Nachbarn. Das Si:O-Verhältnis der Schichtsilikate beträgt 2:5. Zwischen den SiO4-Schichten befinden sich Hohlräume die mit (OH)-- und F--Ionen besetzt werden können. Die Schichtsilikate besitzen eine weitergehende Systematik und werden unterteilt in Zwei- und Dreischichtsilikate, eine weitere Unterteilung berücksichtigt die Strukturen und Ionen, die sich zwischen zwei Tetraederschichten befinden. Zu den Schichtsilikaten gehören Mineralgruppen wie Glimmer, Talk, Serpentin und Tonminerale wie Vermiculit, Beispiele sind Muskovit (ein Dreischichtsilikat) (KAl2[(OH)2|AlSi3O10]) und Kaolinit (ein Zweischichtsilikat) (Al4[(OH)8|Si4O10].

Gerüstsilikate (Tectosilikate)

Bei Gerüstsilikaten gehört jedes Sauerstoffion gleichzeitig zwei benachbarten Tetraedern an. Dadurch entstehen dreidimensionale Netzwerkstrukturen. Es ergibt sich die chemische Summenformel SiO2; das ist Quarz. Für weitere Gerüstsilikate muss Silizium durch Aluminium ersetzt werden. Der Ladungsausgleich erfolgt durch Einlagerung von Kationen. Zu den Gerüstsilikaten gehören die Feldspäte und Feldspatvertreter, eine wegen ihrer Häufigkeit außerordentlich wichtige Gruppe von Mineralen. Beispiele sind Minerale aus der Mischreihe der Plagioklase (Albit - Anorthit): (NaAlSi3O8 - CaAl2Si2O8). In das weitmaschige Gitternetz einiger Feldspatvertreter können sogar große Moleküle wie H2O eingebaut werden. Bei hoher Temperatur entweicht das Wasser, wird jedoch bei niedriger Temperatur in mit Wasserdampf gesättigter Umgebung wieder ins Kristallgitter eingebaut. Diese wasserhaltigen Minerale gehören zur Gruppe der Zeolithe (z. B. Natrolith (Na2[Al2Si3O10]
- nH2O).

Amorphe Silikate

Opal ist amorphes Siliziumdioxid mit eingelagertem Wasser (SiO2
- nH2O). Er wird wie Quarz von einigen Autoren zu den Oxidmineralen gestellt. Die hochstrukturierten Schalen von Kieselalgen (Diatomee) und von Strahlentierchen (Radiolaria) sind aus amorphem Siliziumdioxid (SiO2) aufgebaut.

Klassifikation nach Kostov

Diese Einteilung beruht hauptsächlich auf der chemischen Zusammensetzung des Silikats und seiner Kristallmorphologie, siehe weiter unten den Punkt "Weitere Literatur".

Technische Silikate

Viele Silikate werden industriell gefertigt. Hier sind an prominentester Stelle die Gläser zu nennen. Diese werden in der Regel aus Quarzsand (SiO2) und Metalloxiden in einem Glasschmelzofen hergestellt (z.B. Fa. Schott / Mainz [http://www.schott.com]). In Wasser lösliche Gläser, sogenannte Wassergläser, werden ebenso aus Quarzsand (SiO2) und Metalloxiden (hier: Na2O - z.B. als Soda Na2CO3 oder K2O) in einem Glasschmelzofen hergestellt (z.B. Fa. Cognis / Düsseldorf [http://www.cognis.com]). Aus Wasserglas werden großtechnisch durch Reaktion mit Säuren u.a. Gele, Kieselsäure, Silikate und Zeolithe hergestellt. Gele (Silicagel) erhält man durch Reaktion von Wasserglas mit Schwefelsäure unter sauren Reaktionsbedingungen (z.B. Fa. Grace / Worms [http://www.grace.com]). Wird die Reaktion unter basischen Bedingungen durchgeführt erhält man sogenannte "gefällte" Kieselsäuren (Kieselsäure) (z.B. Fa. Degussa / Wesseling [http://www.degussa.com]). Silikate erhält man durch Reaktion von Wasserglas mit sauren Metallsalzen (z.B. Aluminiumsulfat).

Vorkommen


- Silikate kommen in allen Wässern in niedriger Konzentration gelöst vor.
- Manche Organismengruppen bilden kieselige Skelette, die Hauptproduktion erfolgt vermutlich durch planktonisch lebende Organismen wie Diatomeen /Kieselalgen und Strahlentierchen / Radiolaren. Manche Schwämme bauen ebenfalls kieselige Gerüststrukturen auf.
- Alle erdähnlichen Planeten bestehen zu einem großen Teil aus Silikaten.

Verwendung

Als Schmuck- und Edelsteine


- Die Inselsilikate Granat, Olivin, Topas und Zirkon werden in reiner Qualität als Schmucksteine verkauft.
- Die Quarzvarietäten Amethyst, Aventurin, Chalcedon, Citrin, Moosachat sind beliebte Schmucksteine.
- Die Feldspäte Amazonit, Labradorit und der Feldspatvertreter Sodalith werden als Schmucksteine verwendet.
- Smaragd, ein Edelstein, ist eine Varietät von Beryll.

Industriell


- Talk ist vielseitig verwendbar. Er wird in der Farben- und Glasindustrie und als Schmiermittel verwendet. Als gemahlener Grundstoff (dann Talcum genannt) ist er in vielen Kosmetika enthalten und bestimmte Sportler, Turner reiben ihre Hände damit ein, um nicht abzugleiten.
- Asbest (Chrysotil) wurde wegen seiner Isolier-, Dämm- und feuerfesten Eigenschaften beim Bauen verwendet ist aber wegen gesundheitsschädigenden Nebenwirkungen mittlerweile aus der Mode gekommen. Zur Herstellung feuerfester und korrosionsbeständiger Werkstoffe sind auch die Minerale Zirkon, Muscovit, Andalusit, Sillimanit und Disthen geeignet.
- Kaolinit ist ein wichtiger Rohstoff für die Keramikindustrie z. B. zur Herstellung feuerfester Tiegel und von Mauer- und Dachziegeln.
- Zeolithe finden Verwendung als Ionentauscher (so genannte Molekularsiebe) und als Phosphat-Ersatz zur Enthärtung von Wasser in Waschmitteln, in Zierteichen, um dem Wasser Nährstoffe zu entziehen, verhindert Eutrophierung, sogar als Nahrungsergänzung zur "Entschlackung".
- Wasserglas als Kleber, Füllstoff z.B. in der Papierindustrie, zum Abdichten von feuchtem Mauerwerk, Zusatz in diffusionsoffenen Putzmischungen.
- Nanosilikate eignen sich wegen ihrer großen Oberfläche und Adsorptionsfähigkeit als Träger für Katalysatormaterialien oder medizinische Wirkstoffe. Hier wird die Herstellung im großtechnischen Maßstab noch erforscht; erste Durchbrüche wurden mit den Stöbersilikaten erreicht, die im Labormaßstab hergestellt werden können.

Weitere Literatur


- W. L. Bragg (1930): The structure of silicates. Z. Kristallogr., 74: 237--305.
- W. A. Deer, W. A. Howie und J. Zussman (1982): Rock-Forming Minerals, Volume 1A: Orthosilicates. Longman, London, 2. Auflage.
- I. Kostov (1975): Crystal chemistry and classification of silikate minerals. Geokhimiya, Mineralogiya i Petrologiya. 1: 5--41.
- F. Liebau (1962): Die Systematik der Silikate. Naturwissenschaften. 49: 481--491.
- S. Matthes (1993): Mineralogie. Springer-Verlag, Berlin, 4. Auflage.("inzwischen gibt es eine neue Ausgabe, Datum unbekannt")
- S. Na'ray-Szabo (1930): Ein auf der Kristallstruktur basierendes Silicatsystem. Z. Physik. Chem. Abt.. B9: 356--377.
- H. Pichler und C. Schmitt-Riegraf (1987): Gesteinsbildende Minerale im Dünnschliff. Enke Verlag.
- P. H. Ribbe (1982): Reviews in mineralogy Volume 5: Orthosilicates. Mineralogical Society of America, Washington, 2. Auflage.
- J. V. Smith und W. L. Brown (1988): Feldspar Minerals, Volume 1. Springer-Verlag, Berlin, 2. Auflage.
- H. Strunz (1978): Mineralogische Tabellen, 3, 7. Auflage Akademische Verlagsgesellschaft Gees & Portig, Leipzig.
- W. E. Tröger (1952): Optische Bestimmung der gesteinsbildenden Minerale, Teil 1: Bestimmungstabellen. Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart, 4. Auflage.
- W. E. Tröger (1967): Optische Bestimmung der gesteinsbildenden Minerale, Teil 2: Textband. Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart, ?. Auflage.
- T. Zoltai (1960): Classifikation of silicates and other minerals with tetrahedral structures. American mineralogist. 45: 960--973

Weblinks


- [http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Silikat Mineralienatlas - Silikat]
- [http://ruby.chemie.uni-freiburg.de/Vorlesung/silicate_0.html Komplette Vorlesung über Silikate von ruby.chemie.uni-freiburg.de]
- [http://www.min-web.de/silikate.htm Mineralogie-web.de] Kategorie:Stoffgruppe Kategorie:Mineral

Olivin

Olivin (von lateinisch oliva: Olive) ist eine Sammelbezeichnung für Silikat-Minerale, die im Wesentlichen die chemische Zusammensetzung (Mg,Fe)2SiO4 haben. Sie bilden eine Mischkristallreihe. Natürlicher Olivin enthält zudem noch geringe Mengen Nickel, das Mg bzw. Fe substituiert. Die Klammerung bedeutet, dass Eisen und Magnesium in beliebigem Verhältnis zueinander auftreten können, aber jeweils zwei Metallatome auf eine Silikateinheit SiO4 kommen. Die so genannten Endglieder des Olivins sind der dichtere eisenreiche Fayalit Fe2SiO4 und der magnesiumreiche Forsterit Mg2SiO4, benannte Zwischenglieder sind Hyalosiderit und Hortonolith, die aber keine eigenständigen Minerale darstellen. Klare und große Olivinkristalle sind geschätzte Schmucksteine und werden als Peridot oder Chrysolith bezeichnet. Olivine kristallisieren im orthorhombischen Kristallsystem, haben eine Härte zwischen 6,5 und 7, eine im reinen Zustand gelbgrüne, sonst auch gelbbraune bis schwarze Farbe und weiße Strichfarbe. Die Kristalle sind meist prismatisch oder tafelig.

Vorkommen

Olivine sind die häufigsten Silikate und gesteinsbildende Minerale. Sie bilden den Hauptbestandteil des oberen Erdmantels, wo Mg und Fe im Olivin etwa im Verhältnis 9:1 stehen, und entstehen in basischen intrusiven magmatischen Gesteinen wie Gabbro oder Peridotit, aber auch in extrusiven wie dem Basalt. Dunit ist ein intrusives Gestein, das fast ausschließlich aus Olivin besteht und in dem bis zu 15 cm grose Forsteritkristalle gefunden wurden. Durch Metamorphose entsteht Olivin als Forsterit aus dolomitreichem Kalkstein; umgekehrt bilden sich durch Verwitterungsprozesse und durch Kontakt mit mineralreichen hydrothermalen Lösungen Serpentine aus Olivin. Die Erosion von Basaltlava führt an manchen Stellen zur Entstehung dunkelgrüner Olivinsande. Schließlich kommt Olivin auch in einer Gruppe der Stein-Eisen-Meteorite, den Pallasiten vor. Die Olivinkristalle sind hier in eine Nickel-Eisen-Matrix eingebettet. Im oberen Mantel durchläuft Olivin zwei Phasenumwandlungen, durch die er in Hochdruckformen transformiert wird: in ca. 410 km Tiefe wird der Olivin zu Wadsleyit ("modifizierter Spinell", oft mit β bezeichnet), und in ca. 520 km Tiefe geht dieser in Ringwoodit ("Spinell", oft mit γ bezeichnet) über; die Bezeichnung "Spinell" bezieht sich hier nur auf die Kristallstruktur und ist nicht mit dem eigentlichen Mineral Spinell zu verwechseln. An der Grenze zwischen oberem und unterem Mantel in 660 km Tiefe zerfällt Ringwoodit schließlich in Perovskit (Mg,Fe)SiO3 und Magnesiowüstit (Mg,Fe)O. Insbesondere die Phasengrenzen bei 410 und 660 km werden mit markanten seismischen Diskontinuitäten, an denen Erdbebenwellen reflektiert bzw. gebrochen werden, in Verbindung gesetzt und definieren somit die Mantelübergangszone.

Verwendung als Rohstoff

Die besonders reine, transparent-grüne Variante des Olivins, der Peridot, und der Chrysolith finden als Schmucksteine Verwendung. Normaler Olivin wird bei der Herstellung hitzeresistenter Gläser genutzt.

Geschichte

Peridot wird schon seit dem 15. Jahrhundert v. Chr. auf der Insel Zebirget (Zabargad) im roten Meer abgebaut. Er wurde in Europa hauptsächlich durch die Kreuzzüge bekannt. Erst im Jahre 1772 wurde normaler Olivin als eigenständiges Mineral erkannt - ausgerechnet in einem Meteoriten. Siehe auch: Liste von Mineralen

Weblinks


- [http://www.mineralienatlas.de/phpwiki/index.php/Olivin Mineralienatlas - Olivin] Kategorie:Mineral Kategorie:Schmuckstein ja:カンラン石

Kalzium

Kalzium (auch Calcium) ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Ca und der Ordnungszahl 20.
Das glänzende silberweiße, im hochreinen Zustand auch goldgelbe Metall begegnet uns in der Umwelt als Bestandteil von Kalk, Marmor, Kreide und anderen Mineralien.

Geschichte

Die Elementbezeichnug leitet sich von dem lateinischen calx ab. So bezeichneten die Römer Kalkstein, Kreide und daraus hergestellten Mörtel.
Metallisches Kalzium gewann 1808 Sir Humphry Davy durch Abdampfen des Quecksilbers aus elektrolytisch gewonnenen Kalziumamalgam.

Vorkommen

Kalzium ist das fünft-häufigste Element der Erdkruste. Aufgrund seiner chemischen Reaktivität kommt es natürlich nur chemisch gebunden vor. Als essentieller Bestandteil der belebten Materie ist es am Aufbau von Blättern, Knochen, Zähnen und Muscheln beteiligt. Neben K+, Na+ spielt Ca2+ eine wichtige Rolle bei der Reizübertragung in Nervenzellen. Aber auch in anderen Zellen spielen Kalzium-Ionen eine wichtige Rolle bei der Signaltransduktion.
Kalziumhaltige Minerale wie Kalkstein und Gips sind vielfältig vorhanden. Die Herstellung des Metalls erfolgt unter Vakuum durch Reduktion von gebranntem Kalk mit Aluminiumpulver in der Hitze (Pidgeon Prozess). Weitere Reinigung erfolgt durch Destillation.

Eigenschaften

Kalzium ist weicher als Blei und lässt sich mit einem Messer schneiden. In trockener Luft läuft es schnell an. In Wasser reagiert es heftig unter Bildung von Kalziumhydroxid und Wasserstoff. In Luft verbrennt es zu Kalziumoxid und Kalziumnitrid. Fein verteiltes Kalzium ist selbstentzündlich. Kalzium gehört zu den Erdalkalimetallen und liegt in chemischen Verbindungen meist in der Oxidationszahl +2 vor. Kalzium-Ionen sind doppelt positiv geladen.

Verwendung

Metallisches Kalzium dient als Reduktionsmittel in der Metallurgie zur Herstellung von Metallen wie Thorium, Vanadium, Zirkonium, Yttrium und anderen Metallen der seltenen Erden, als Reduktionsmittel in der Stahl- und Aluminiumherstellung, als Legierungszusatz in Aluminium-, Beryllium-, Kupfer-, Blei- und Magnesiumlegierungen. Ausgangsstoff zur Herstellung von Kalziumhydrid. Die technische Nutzung des Kalziums erfolgt überwiegend in gebundener Form. Kalkstein ist einer der wichtigsten Rohstoffe der Industrie :
- Verschlackungsmittel in der Stahlherstellung. Der Verbrauch liegt bei 0,5 Tonnen Kalkstein pro Tonne Stahl
- Ausgangsstoff zur Herstellung von gebranntem Kalk
- Kreide als Füllstoffe für Kunststoffe, zum Beispiel PVC. Ziel ist die Verbesserung der Steifigkeit und Schlagzähigkeit, sowie eine Verringerung der Schrumpfung. Die ebenfalls stark erhöhte thermische Leitfähigkeit erlaubt höhere Arbeitstakte beim Extrudieren.
- Feinkörniges Kalziumcarbonat dient als Füllstoff von hochwertigem, holzfreiem Papier Kalziumsulfat (Gips) wird als Baustoff verwendet Kalziumcarbid dient als Ausgangsstoff für chemische Synthesen und zur Herstellung von Kalkstickstoff-Dünger Kalziumchlorid dient als Tau- und Trocknungsmittel sowie als Beton-Abbindebeschleuniger

Ernährung und Funktion im menschlichen Organismus

Kalzium ist ein Mengenelement, das im Körper in Konzentrationen von mehr als 50 mg pro kg Körpergewicht vorliegt. Funktionen: Mit einem Körperbestand von 1-1,1 kg ist Kalzium der mengenmäßig am stärksten vertretene Mineralstoff im menschlichen Organismus. 99 % des im Körper vorkommenden Kalziums befinden sich in Knochen und Zähnen - Kalzium verleiht ihnen Stabilität und Festigkeit. Gleichzeitig dienen die Knochen als Speicher für Kalzium - bei Kalziummangel kann ein Teil davon aus den Knochen gelöst und für andere Aufgaben zur Verfügung gestellt werden. Die Knochenentkalkung, Osteoporose, kommt vor allem bei älteren Menschen vor. Kalzium ist an der Blutgerinnung, an der Erregung von Muskeln und Nerven sowie an der Aktivierung einiger Enzyme und Hormone beteiligt. So führt erst der Einstrom von Kalzium-Ionen zu einer Kontraktion der Muskulatur. Im Blut muss ständig eine Konzentration von 2,1-2,6 mmol/l Kalzium gegeben sein. Sie wird durch die Hormone Kalzitonin und Parathormon reguliert. Risikogruppen für eine unzureichende Kalziumzufuhr sind junge Frauen, Schwangere, Stillende und Senioren. Die empfohlene Tageszufuhr für Erwachsene liegt bei 1000 mg. Voraussetzung dafür, dass Kalzium in größeren Mengen vom Körper aufgenommen werden kann, ist eine ausreichende Versorgung mit Vitamin D. Durch die gleichzeitige Zufuhr von Oxalsäure, Phytinsäure und Ballaststoffen wird die Kalziumaufnahme verringert. Ausgeschieden wird Kalzium über den Harn und über den Stuhl, wobei unter anderem eine hohe Zufuhr von Eiweiß, Speisesalz, Kaffee oder Alkohol die Kalziumausscheidung erhöht. 
Kalzium: empfohlene tägliche Zufuhr
Alter Zufuhr (mg)

Säuglinge
0 bis unter 4 Monate 220
4 bis unter 12 Monate 400

Kinder
1 bis unter 4 Jahre 600
4 bis unter 7 Jahre 700
7 bis unter 10 Jahre 900
10 bis unter 13 Jahre  1100

Jugendliche und Erwachsene
13 bis unter 19 Jahre  1200
ab 19 Jahre        1000
Lebensmittel (pro 100 g verzehrbaren Anteil) Kalzium (mg)
- Käse
  - Appenzeller, 50 % Fett i. Tr. 800
  - [Bavariablu], 70 % Fett i. Tr. 360
  - Bergkäse, 45 % Fett i. Tr. 1100
  - Brie, 50 % Fett i. Tr. 400
  - Butterkäse, 30 % Fett i. Tr. 800
  - Butterkäse, 60 % Fett i. Tr. 600
  - Edamer, 30 % Fett i. Tr. 800
  - Emmentaler, 45 % Fett i. Tr. 1100
  - Gouda, 40 % Fett i. Tr. 800
  - Gouda, 48 % Fett i. Tr. 751
  - Mozzarella 450
  - Parmesan, 32 % Fett i. Tr. 1180
  - Romadur, 20 % Fett i. Tr. 448
  - Schmelzkäse, 45 % Fett i. Tr. 547
  - Tilsiter, 30 % Fett i. Tr. 851
  - Tilsiter, 45 % Fett i. Tr. 858
  - Ziegenweichkäse, 45 % Fett i. Tr. 430
  - Greyerzer, 45 % Fett i. Tr. 1000
  - Leerdamer, 45 % Fett i. Tr. 751
  - Limburger, 20 % Fett i. Tr. 510
  - Limburger, 40 % Fett i. Tr. 534
- andere Milchprodukte
  - Buttermilch 109
  - Dickmilch, 3,5 % Fett 120
  - H-Milch, fettarm, 1,5 % Fett 123
  - Joghurt, fettarm, 1,5 % Fett 123
  - Joghurt, 3,5 % Fett 120
  - Kefir, 3,5 % Fett 120
- Gemüse
  - Bleichsellerie 80
  - Brennessel 357
  - Grünkohl 212
  - Brokkoli 105
  - Brunnenkresse 180
  - Löwenzahn 158
  - Spinat 126
- Samen
  - Haselnüsse 225
  - Mohnsaat 2475
  - Sesam 783

Verbindungen


- Apatit
- Kalziumacetat
- Kalziumcarbid
- Kalziumfluorid
- Kalziumglukonat (parentales Kalzium)
- Kalziumhydroxid, gelöschter Kalk
- Kalziumkarbonat, Kalkstein, Marmor
- Kalziumnitrat
- Kalziumoxid, gebrannter Kalk
- Kalziumphosphat
- Kalziumsilikat
- Kalziumsulfat, Gips

Siehe auch


- Kalziumkanal
- Kalziumkanalblocker

Weblinks


- [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Ca/index.html WebElements.com - Kalzium]
- [http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/Ca.html EnvironmentalChemistry.com - Kalzium]
- [http://www.pniok.de/ca.htm Abbildung in der Elementansammlung von Heinrich Pniok auf www.Pniok.de] Kategorie:Erdalkalimetall Kategorie:Periode-4-Element Kategorie:Nahrungsergänzung ja:カルシウム ko:칼슘 simple:Calcium th:แคลเซียม

Feldspat

Feldspat ist eine Gruppe sehr häufiger, quasi „auf dem Feld“ vorkommender Silikat-Minerale der chemischen Zusammensetzung (Na,K,Ca,Ba) (Al,Si)4O8. Die in Klammern angegebenen Elemente können sich jeweils gegenseitig vertreten, stehen jedoch immer im selben Mengenverhältnis zu den anderen Bestandteilen des Minerals. Feldspat kristallisiert entweder im monoklinen oder im triklinen Kristallsystem, hat eine mittlere Härte von 6 bis 6,5 und eine sehr variable Farbe, die von farblos über weiß, rosa, grün, blau bis braun reicht. Strichfarbe ist weiß. Feldspat zählt zu den wichtigsten gesteinsbildenden Mineralen.

Klassifikation

Feldspate lassen sich in drei verschiedene Gruppen einteilen:
- Alkalifeldspäte der Ab-Or-Mischreihe mit den Endgliedern Albit (NaAlSi3O8) und Kalifeldspat (KAlSi3O8) bzw. Orthoklas/Mikroklin und den Mischkristallen Anorthoklas, Na-Sanidin und Sanidin haben einen hohen Anteil an Kalium und Natrium. Sie sind allerdings nur bei hohen Temperaturen stabil mischbar. Bei der Abkühlung kommt es zu Entmischungen, die sich in natriumreichen Lamellen in Kalifeldspat („Perthit“), bzw. in kaliumreichen Lamellen in Albit („Antiperthit“) äußern. Den Vorgang selbst bezeichnet man als "perthitische Entmischung".
- Plagioklase (auch Kalknatronfeldspäte) der Ab-An-Mischreihe mit den Endgliedern Albit (NaAlSi3O8) und Anorthit (CaAl2Si2O8) und den Mischkristallen Oligoklas, Andesin, Labradorit und Bytownit zeichnen sich dagegen durch einen großen Gehalt an Kalzium und Natrium aus.
- Ternäre Feldspäte im inneren des Dreiecks aus Kalifeldspat-Albit-Anorthit mit einer jedoch bei sinkenden Temperaturen zunehmend großen Mischungslücke. Die Bezeichnung eines Einzelminerals kann auch mittels Prozentangaben erfolgen: Zum Beispiel stellt man einen An-Ab-Mischkristall aus 60 Prozent Albit und 40 Prozent Anorthit mit Ab60An40 oder auch nur kurz Ab60 bzw. An40 dar und bezeichnet ihn aufgrund dieser Zusammensetzung als Andesin.

Einzelminerale und Varietäten


- Albit (NaAlSi3O8) ; triklin
  - Periklin, Cleavelandit
- Andesin ((Na,Ca)Al(Si,Al)3O8) ; triklin
- Anorthit (CaAl2Si2O8) ; triklin
- Labradorit (Ca,Na)Al(Si,Al)3O8) ; triklin
- Mikroklin (KAlSi3O8) ; triklin
  - Amazonit
- Oligoklas ((Na,Ca)Al(Si,Al)3O8) ; triklin
  - Peristerit, Sonnenstein
- Hyalophan ((K,Ba)Al(Si,Al)3O8) ; monoklin
- Sanidin (KAlSi3O8) ; monoklin
- Orthoklas (KAlSi3O8) ; monoklin
  - Adular, Mondstein

Vorkommen

Feldspate treten meist in Form tafeliger oder säuliger, oft verzwillingter Kristalle auf und finden sich sowohl in magmatischen als auch in metamorphen und Sedimentgesteinen. Welcher Feldspattyp sich in einem gegebenen magmatischen Gestein findet, hängt von der chemischen Zusammensetzung und der Temperatur der ursprünglichen Schmelze ab: Kalifeldspate bilden sich bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen in siliziumdioxidreichen Magmen, die beim Abkühlen die Gesteine Granit und Rhyolith bilden. Ist die Schmelze dagegen eher arm an Siliziumdioxid und kristallisiert bei vergleichsweise hoher Temperatur, so entstehen Kalknatronfeldspate, die sich dann in Gesteinen wie Gabbro oder Basalt finden.

Verwendung als Rohstoff

Einige Varietäten des Feldspat wie Labradorit oder Orthoklas finden bei geeigneter Qualität als Schmuckstein Verwendung. Feldspat ist neben Kaolin und Quarz ein wichtiger Bestandteil bei der Porzellanherstellung. Siehe auch: Liste von Mineralen

Weblinks


- [http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Feldspat Mineralienatlas - Feldspat]
- [http://peridot.min.uni-koeln.de/reinersworld/polmin/Mineral/fsp/fspform.htm Feldspat-Seite von der Universität Köln] Kategorie:Mineral ja:長石 ko:장석

Erdkruste

Die Erdkruste ist die äußerste Schicht der Erde, vergleichbar der Haut eines Apfels. Unter ihr liegen der feste bzw. zäh-plastische Erdmantel und darunter auf halbem Weg zum Mittelpunkt der Erdkern. Letzterer ist in einen flüssigen und einen inneren, festen Bereich unterteilt. Die Erdkruste setzt sich aus einem Mosaik vieler Erdplatten zusammen, deren Bewegung (einige Zentimeter pro Jahr) in der Theorie der Plattentektonik beschrieben wird. Erdbeben entstehen, wenn sich Spannungen in der Erdkruste ruckartig abbauen. Es werden zwei Typen von Erdkruste unterschieden: die kontinentale Erdkruste (Sial genannt, da sie, nebst Sauerstoff, hauptsächlich aus Silizium und Aluminium besteht) und die ozeanische Erdkruste (Sima genannt, da sie, nebst Sauerstoff, hauptsächlich aus Silizium und Magnesium besteht). Sie unterscheiden sich in ihrer Entstehung, in ihrer Zusammensetzung und in ihrer Dicke. Ozeanische Erdkruste entsteht an auseinander driftenden Plattengrenzen am Meeresgrund (Mittelozeanische Rücken MOR), wo Magma austritt und erstarrt. Das hier entstehende ozeanische Erdkrustengestein, hauptsächlich aus Basalt (basisch) bestehend, hat eine relativ hohe Dichte, was mit der geringen Dicke der ozeanischen Erdkruste von 5-7 km einhergeht. Kontinentales Erdkrustengestein, bestehend hauptsächlich aus Granit ("sauer", SiO2 >66%), ist das Endprodukt eines Prozesses, der weniger dichte Mineralien im Laufe der Erdzeit zur Erdoberfläche transportiert hat. Vulkanismus hat dabei eine bedeutende Rolle gespielt, aber auch Metamorphose und chemische Umwandlungen bei Verwitterungsprozessen, die zur Ablagerung von Sedimenten führen. Die kontinentale Erdkruste hat eine Dicke von 30 - 60 km; wegen ihrer geringen Gesteinsdichte (Mittel 2,7 g/cm³) „schwimmt“ sie höher im Erdmantel als die dichtere ozeanische Kruste. Da sich Gesteine bei geologisch langsamen Bewegungen plastisch verhalten, hat sich im Laufe der Jahrmillionen fast ein Gleichgewicht eingestellt. Diese Isostasie und seismische Methoden zeigen, dass die Erdkruste unter Gebirgen 2x dicker ist als unter Ebenen. 93 der chemischen Elemente findet man in der Erdkruste mitsamt Ozeanen und Atmosphäre. Sauerstoff macht dabei mit 49,5 % (Gewicht) den größten Teil aus, gefolgt von Silicium mit 25,8 % und Aluminium mit 7,6%. Weitere wichtige Bestandteile: Eisen (4,7 %), Calcium (3,4 %), Natrium (2,6 %), Kalium (2,4 %), Magnesium (1,95 %). Alle anderen machen jeweils unter einem Prozent aus. Ozeanisches Erdkrustengestein besteht hauptsächlich aus Basalt und Gabbro. Ozeanische Kruste entsteht laufend an den mittelozeanischen Rücken durch die Ozeanbodenspreizung. Dieser Prozess wird nach unserem heutigen Wissen durch Konvektionsströme im Erdmantel vorangetrieben. Zwei ozeanische Lithosphärenplatten weichen dabei typischerweise mit Geschwindigkeiten von einigen Millimetern bis Zentimetern im Jahr auseinander (Spreizungsrate). Siehe auch: Geologie, Geophysik, Erdschwerefeld, Lithosphäre Lithosphäre Kategorie:Geologie Kategorie:Erde ja:地殻 ms:Kerak bumi simple:Crust th:เปลือกโลก

Meer

Unter Meer (von lateinisch mare: Meer oder althochdeutsch meri: Sumpf, stehendes Gewässer, verwandt mit Moor) versteht man im Hochdeutschen die miteinander verbundenen Gewässer der Erde, die die Kontinente umgeben, im Gegensatz zu den auf Landflächen liegenden Binnengewässern. Im Niederdeutschen (und ebenso im Niederländischen) sind demgegenüber die Wortbedeutungen von "Meer" und "See" vertauscht: die an Norddeutschland angrenzenden Meere heißen Nordsee und Ostsee (die See); im Landesinneren liegen dagegen das Steinhuder Meer, das Zwischenahner Meer; in den Niederlanden wurde die Zuiderzee nach ihrer Eindeichung in IJsselmeer umbenannt. Das Meer ist eine zusammenhängende, reich gegliederte Wassermasse, die rund 71% der Erdoberfläche bedeckt. 31,7% des Weltmeeres sind 4000 - 5000 m tief. Die Meeresflora produziert ungefähr 70% des Sauerstoffes, den die Menschen einatmen. Die Kontinente gliedern es in drei Ozeane: den Atlantischen, den Indischen und den Pazifischen Ozean. Insgesamt hat das Meer ein Volumen von 1,338 Mrd. km³ und damit einen Anteil von 96,5% am Weltwasservorkommen. Meerwasser ist wegen des hohen Salzgehaltes von rund 3,5% für den Gebrauch als Trink- und Bewässerungswasser nicht direkt geeignet. Nur 3,5% des gesamten Wasservorrates auf der Erde ist Süßwasser. Man unterscheidet die Ozeane (Pazifischer Ozean, Atlantischer Ozean, Indischer Ozean) und deren Nebenmeere. Zu diesen gehören unter anderem :Chinesisches Meer :Japanisches Meer :Karibisches Meer :Nordsee :Ostsee (umrandet von Skandinavien und Deutschland, Polen und Baltikum) :Mittelmeer (zwischen Europa, Afrika und Asien) :Schwarzes Meer (umrandet von Bulgarien, Rumänien, Ukraine, Russland, Kaukasus, Türkei) :Rotes Meer (zwischen Asien und Afrika) :Gelbes Meer (zwischen Korea und der Volksrepublik China) Weil das Kaspische Meer und das Tote Meer auf einem Kontinent liegen; zählen sie weder zu den Meeren noch zu den Binnenseen; sie gelten als Seen. Alle Meere unterliegen den Gezeitenkräften. Durch die Anziehung des Mondes entstehen Ebbe und Flut - auch Tide genannt. Den bei Ebbe freiliegenden Meeresboden nennt man Watt.

Meeresgrund

Vor der Erfindung des Echolots stellte man sich den Meeresboden als eine weitestgehend ebene Fläche vor. Später erkannte man, dass der Meeresgrund mindestens genauso gebirgig ist wie die Erdoberfläche. Unter der Wasseroberfläche gibt es Riffe, Gebirge, Erdspalten, Graben und Rinnen. Durch die Verschiebung der Erdplatten (Tektonik) kommt es zu untermeerischen Vulkanausbrüchen und Seebeben.

Salzgehalt (Salinität)

Meerwasser zeichnet sich durch einen relativ einheitlichen Salzgehalt aus, der durchschnittlich 3,5% beträgt. Erhöht ist er dort, wo die Verdunstung sehr hoch ist, wodurch relativ gesehen die Wassermenge weniger wird, während der Salzgehalt steigt. Zusätzlich steigt er, wenn wenige Zuflüsse bestehen, die das Meer mit dem Süßwasser verdünnen.

Wirtschaftliche Bedeutung

Meere sind seit jeher eine der Nahrungsquellen. Seit Jahrtausenden leben viele Menschen an den Küsten, ja ganze Inselvölker vom Fischfang im Meer. Meere sind weiterhin für den internationalen Verkehr und Warenaustausch von größter Bedeutung. Die maritimen Branchen erreichen pro Jahr einen Weltmarktumsatz von 1 200 Milliarden Euro bei stark steigender Perspektive. Vor der Erfindung des Flugzeugs war der Transport durch Schiffe über die Meere die einzige Möglichkeit, von Europa nach Amerika oder nach Australien zu gelangen. Auch die meisten in den Ozeanen gelegenen Inseln, wie z.B. Madagaskar, und Inselgruppen, wie z.B. die Kanarischen Inseln, waren nur auf dem Meerweg zu erreichen. Da der Transport per Luftfracht viel teurer ist als per Schiff, ist der Warentransport über die Meere für Massengüter nach wie vor die erste Wahl. Nach dem Gewicht werden weiterhin 92% aller Güter im Welthandel - 5,7 Milliarden Tonnen jährlich - über den Seeweg transportiert. In den letzten Jahrzehnten wurden Ideen zur Erzeugung elektrischen Stromes in den Meeren entwickelt und in den letzten Jahren auch vermehrt umgesetzt. (Windkraft, Gezeitenkraftwerk, Osmosekraftwerk ...)

Gefahren des Meeres

Das Meer hält für den Schiffsverkehr und für die Küstenstaaten einige Gefahren bereit. So können z. B. Untiefen, Riffe und Klippen, aber auch Sturmfluten für Schiffe gefährlich werden. Wattwanderer und Badende sollten auf Ebbe und Flut sowie auf starke Strömungen achten. Küstenländer können von Sturmfluten und Springfluten bedroht sein. Seebeben und Meteoriteneinschläge können riesige Schwerewellen auslösen, die Tsunamis.

Verwandte Themen

Wasserhalbkugel, Salinität, Liste der Meere

Siehe auch


- Meeresboden
- Meereskunde
- Meerestief
- Meerestiefe
- Nebenmeer (= Oberbegriff für):
  - Binnenmeer
  - Binnensee
  - Mittelmeer
  - Randmeer
- Ozean
- Ozeanografie
- Tiefseebecken
- Tiefseerinne
- Schwelle
- Weltmeer
- [http://www.meercam.com/ Webcams am Meer] Kategorie:Ozeanologie ja:海 ko:바다 ms:Laut simple:Sea zh-min-nan:Hái

Mittelozeanischer Rücken

Mittelozeanische Rücken (en: mid ocean ridges) bilden ein Netz von langen, so genannten untermeerischen, die Erde nicht ganz nahtlos umspannenden und sehr hoch aufragenden Gebirgszügen bzw. die etwas oder einiges niedrigeren Schwellen am Grund der Meere und Ozeane. Diese Rücken sind in den letzten 200 Millionen Jahren an jenen Stellen entstanden, wo sich die Grenzen von divergierenden Tektonischen Platten der Erdkruste befinden. Der Vorgang der Ozeanbodenspreizung (engl.: seafloor spreading) hält in diesen Zonen nach wie vor an. Im Bereich dieser Mittelozeanischen Rücken wird neue ozeanische Kruste gebildet, indem aufsteigendes Magma im sich bildenden "untermeerischen" Gebirge zu Basalt erstarrt. Innerhalb des Atlantiks befindet sich das weltweit größte diesbezügliche Gebirge - der Mittelatlantische Rücken. Dadurch entfernen sich beispielsweise Afrika und Südamerika - beiderseits des Atlantiks - jährlich um einige cm, was als erster Alfred Wegener zu Beginn des 20. Jahrhunderts vermutet hat. Auf der ganzen Welt entstehen auf diese Weise jährlich ca. 2 Quadratkilometer neue Erdkruste (Meeresboden). Im Gegenzug verkleinert sich der Pazifische Ozean durch Subduktion, also durch das Verschwinden der Erdkruste einer Tektonischen Platte unter einer anderen beim Zusammenstoß der beiden. Mittelozeanische Rücken sind nicht überall identisch, sondern weisen spezifische Eigenschaften auf. So besitzen sie zwar alle Transformstörungen, doch liegen diese zum Beispiel im Atlantik nur etwa 50 Kilometer auseinander, während sie im Pazifik einen Abstand von mehreren hundert Kilometern besitzen. Auch kommt es im Pazifik zur Erscheinung der „overlapping spreading zones“, also von Rückensegmenten, die parallel zueinander versetzt sind und sich teilweise überschneiden. Die Basalte, die hier entstehen, werden dementsprechend als mid ocean ridge basalt (MORB) bezeichnet. Siehe auch:
- Auflistung von Rücken und Schwellen
- Kontinentaldrift. Kategorie:Geologie ja:海嶺

Plattentektonik

Die Plattentektonik ist die derzeit wichtigste Theorie der Geologie und Geophysik für die großräumigen Abläufe in der Erdkruste. Die Plattentektonik beschreibt die Bewegungen der Lithosphären-Platten - die sogenannte Kontinentalverschiebung - und die damit verbundenen Folgen. Zu diesen zählen die Entstehung von Faltengebirgen (Orogenese) und Tiefseerinnen durch den Druck der Platten, sowie die Phänomene der Erdbeben und des Vulkanismus.

Allgemeines

Vulkanismus Grundlegend für die Plattentektonik ist die fragmentierte Struktur der Lithosphäre, die in 7 große Platten gegliedert ist:
- Pazifische und Antarktische Platte,
- Nord- und Südamerikanische Platte,
- Afrikanische und Eurasische Platte,
- und Indisch-Australische Platte. Daneben gibt es noch einige kleinere Platten wie zum Beispiel die Karibische Platte, Cocosplatte, Nazcaplatte, Somaliplatte, Arabische Platte und Philippinische Platte), über deren Zusammenhang jedoch unterschiedliche Angaben vorliegen. Die Platten sind durch Mittelozeanische Rücken oder durch Tiefseerinnen (-gräben) voneinander getrennt. An den Rücken entsteht aus basaltischem Magma, das aus dem Oberen Erdmantel emporsteigt, neue ozeanische Kruste, was man Ozeanboden-Spreizung oder Seafloor Spreading nennt. In den Tiefseerinnen sinkt die Kruste wieder in den Mantel ab und wird „verschluckt“ (subduziert). Die eigentlichen Kontinentalblöcke aus vorwiegend granitischem Material werden - zusammen mit