Mai24

Einst kostete eine Reichsmark ein Gramm Bernstein, heute wird bis zu 60 mal mehr bezahlt. Derzeit begehren reiche Chinesen vor allem den honiggelben Bernstein als Zeichen des Glücks und Wohlstands!

Baltischer Bernstein, Ostseeküste Schonen/Südschweden, © Creative Commons Attribution 3.0, Lämpel

Baltischer Bernstein, © Creative Commons Attribution 3.0, Lämpel

Die ältesten Bernsteine sind über 300 Millionen Jahre alt. Die meisten Fundstätten, z. B. die der Ost- und Nordsee, entstanden vor 50 Millionen Jahren. Damals gab es ausgedehnte Urwälder mit Kiefern, Fichten und anderen Nadelbäumen. Diese stellten Harz her, eine klebrige, flüssige Masse zur Verschliessung von Verletzungen.

Die Bezeichnungen Succinit und Baltischer Bernstein werden oft synonym verwendet, da Succinit (lat. succus, dicke Flüssigkeit, Saft) den grössten Teil des Baltischen Bernsteins ausmacht. Die anderen fossilen Harze im Baltischen Bernstein stammen von unterschiedlichen Pflanzenarten,  so die  Bernsteinarten Gedanit, Glessit, Beckerit und Stantienit. Andere fossile Harze verschiedener botanischer Herkunft bilden Lagerstätten unterschiedlichen geologischen Alters, wie z. B. der Dominikanische-Bernstein und der Libanon-Bernstein. Von der grossen Gruppe der Copale gehören nur die fossilen Vertreter, z. B. der Madagaskar-Copal, zu den Bernsteinen.

Bernstein ist ein Polyester und damit eine Art ≪Naturplastik≫

 

Bernstein mit Trauermücke, ©  Creative Commons, Mirella Liszka

Bernstein mit Trauermücke, © Creative Commons, Mirella Liszka

Baumharz ist nicht nur klebrig, er duftet auch intensiv und kann zu einer tödlichen Falle für angelockte Insekten und andere kleine Tiere werden; manchmal bleiben sie darin kleben, können sich nicht mehr befreien und werden bald von einem nachfliessenden Harztropfen überdeckt. So eingeschlossen bleiben die Tiere, oder auch herabfallende Pflanzenteile, Pilze und Flechten, erhalten. Weil keine Umwandlung und kein Zerfall in den Harzeinschlüssen stattfindet, sind sie so wichtig für die Wissenschaft.

Flüsse trugen das Harz ins Meer, wo es mit den Sedimenten auf den Meeresboden fiel. Durch den Druck der sich anhäufenden Sedimentschichten wurden die Klumpen härter und dichter und so entstand Bernstein. Das Harz wurde dabei nicht durch Mineralien ersetzt, wie dies bei Versteinerungen üblich ist, denn Bernstein ist ein organisches Material und gehört chemisch gesehen zu den Polyestern.

Bernsteinfischer Ostsee, Polen, © Creative Commons, Michal Kosior

Bernsteinfischer Ostsee, Polen, © Creative Commons, Michal Kosior

Bernsteinstücke werden heute meistens an Küsten gefunden, beim Fischen mit einem Netz, beim Tauchen oder auch einfach am Strand. Das weltweit berühmteste und grösste Fundgebiet liegt an der Ost- und Nordsee.

>> Die Bernsteinstrasse 1/2 –  das magische Siegel
>> Die Bernsteinstrasse 2/2 – die dunkle Karawane

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Mai17

Toteis und Toteissee

Toteis und Toteisseen

Ein Toteissee ist ein See, dessen Becken durch das Abschmelzen von Toteisblöcken entstand. Die Form und Grösse von Toteisseen ist von den Ausmassen des mittlerweile abgeschmolzenen Toteisblockes abhängig und so variieren diese Seen in ihrer Grösse und Ausdehnung von einigen tausend Quadratmetern bis mehrere Quadratkilometer. In jung vergletscherten Gebieten, in Moränenlandschaften, auf Sandern (Schotterebenen) oder in Urstromtälern sind Toteisseen eine weit verbreitete Erscheinung. Oft sind Toteisseen, vor allem die kleineren und flacheren, schon vollständig verlandet.

Schwimmende Inseln im Barchetsee (TG) einem ehemaligen Toteissee

Schwimmende Inseln im Barchetsee (TG) einem ehemaligen Toteissee

Die Stirnmoränen des Rhein- und Thurgletschers stauten nach der letzten Eiszeit vor etwa 15’000 bis 20’000 Jahren das Schmelzwasser beim Abfliessen nach W oder NW. Es bildeten sich Toteisseen. Der Barchetsee ist ein solcher. Heute zeigt er sich als warmer Moorsee mit schwimmenden Inseln.

Wie kam der See zu seinem Namen?

Barchet oder Barchent ist aufgerauter Stoff, wie es die einen oder anderen noch von Grossmutters Bettwäsche kennen. Hergestellt wurde er aus den Fasern von Hanfstengeln. Diese legte man zuerst ins Wasser, bis sie zu faulen begannen (Mazeration).

Hanfbündel im See © www.nvvn.ch

Hanfbündel im See © www.nvvn.ch

Damit man leichter zum Wasser kam, stach man Buchten oder Löcher (Roosse) vom Schwingrasen heraus und schob das Zeug in den See hinaus. So entstanden die heutigen schwimmenden Inseln im Barchetsee.

Schwimmende Inseln

In der Schweiz gibt es neben dem Barchetsee nur noch den Lützelsee in Hombrechtikon, der schwimmende Inseln besitzt.

Schwimmende Inseln Lützelsee, Hombrechtikon, © Paul Müller

Schwimmende Inseln, © Paul Müller

Schwimmende Inseln, © www.nvvn.ch

Schwimmende Inseln, © www.nvvn.ch

Je nach Windrichtung werden die Inseln über den See getrieben. Vor 30 Jahren konnte man sie noch betreten und als Flosse benutzen. Heute sind alle komplett mit der Sumpfschneide (Schilfpflanze aus dem Torf entsteht) überwachsen.

Einige Wandervorschläge für die kommenden schönen Tag:

>> Wanderroute Barchetsee
>> Wanderroute Lützelsee
>> Barchetsee aus der Vogelperspektive

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Mai10

≪Black and White Smokers≫, ≪Weisse und Schwarze Raucher≫, sind untermeerische, hydrothermale Schlote. Das Phänomen kennen wir an Land als heisse Quellen, Fumarolen und Geysire.

Black Smokers ©  Wikimedia Public Domaine by NOAA   White Smokers © Wikimedia Public Domaine by NOAA

v.l.n.r.: Black- und White Smokers, © Wikimedia Public Domaine by NOAA

Quellen am Grund der Ozeane

Auf den mittelozeanischen Rücken, ein weltumspannendes System von Gebirgszügen in den Ozeanen, die als heisse Naht zwischen zwei auseinanderstrebenden Lithosphärenplatten entstehen, finden sich Thermalquellen mit Temperaturen über 400 Grad.

Hydrothermale untermeerische Schlote ©  Creative Commons 4.0 by DeDuijn

Hydrothermale untermeerische Schlote © Creative Commons 4.0 by DeDuijn

Solche Quellen entstehen, wenn Meerwasser hunderte von Metern in den Meeresboden eindringt, dort erhitzt wird und wieder an die Oberfläche gelangt. Dabei bilden sich am Meeresgrund aus ausgefällten Mineralen die sogenannten ≪Schwarzen oder Weissen Raucher≫, röhren- oder kegelförmige Schlote, aus denen das heisse Wasser zusammen mit einer Sedimentwolke austritt. Wenn sich nämlich das heisse Wasser mit dem kalten Tiefseewasser vermischt, scheiden sich gelöste Stoffe als feine Partikel aus, die eine Wolke bilden, so dass der Eindruck einer Rauchwolke entsteht.

Die Farbe des “Rauchs” wird durch die unterschiedliche Wassertemperatur und der, auf dem Weg durch die Erdkruste, herausgelösten Elemente bestimmt. Sind im austretenden Wasser der “Raucher” vor allem Sulfide und Salze von EisenManganKupfer und Zink vorhanden, entsteht die schwarze Farbe durch das Ausfällen von Eisen-II (Mangan/Kupfer/Zink)-Sulfid. Sind dagegen in grösseren Mengen Sulfate, wie Anhydrit und Gips, oder Siliziumdioxid im austretenden Wasser gelöst, entsteht der “Weisse Raucher”.

Raucher als Biotope

“Raucher” und ihre Umgebung bilden einzigartige Biotope. Die Basis ihrer Nahrungskette sind chemolithotroph aktive Archaeen und Bakterien; Lebewesen die die Oxidation von Schwefelwasserstoff als Energiequelle nutzen, um organische Verbindungen aus anorganischen Stoffen herzustellen. So wurde bei einem 2’500 Meter tiefen “Schwarzen Raucher” ein Grünes Schwefelbakterium entdeckt, das eine anoxygene Photosynthese mit Schwefelwasserstoff oder Schwefel als Reduktionsmittel betreibt, denn hier gelangt kein Sonnenlicht zu den Bakterien. Über die lichtempfindlichen Chlorosomen wird die Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung) der heissen Lösungen des “Rauchers” aufgefangen und als Energiequelle für die Photosynthese nutzbar gemacht.

Hypothesen zur Evolution des Lebens

Die extremen Umweltbedingungen, wie sie in der Tiefsee in der Nähe “Schwarzer Raucher” herrschen, lassen an die Verhältnisse in der frühen Erdgeschichte denken, in denen der Ursprung des irdischen Lebens vermutet wird. Vulkanismus mit hohen Temperaturen und hohem Druck, Mangel an Licht und eine hohe Konzentrationen anorganischer Stoffe weisen deshalb der Umgebung “Schwarzer Raucher” eine besondere Bedeutung zu. Die chemoautotroph aktiven Bakterien und Archaeen werden wegen ihres anaeroben Stoffwechsels und der Energiegewinnung ohne Nutzung von Sonnenlicht sowie ihrem Habitat, das auf der frühen Erde herrschte, als repräsentativ für die frühesten Formen des Lebens angesehen. -:)

>> Black Smoker / Clouds at Godzilla Vent / Exploring Deep Sea Vents /

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Mai03

Nach so viel Regen wollen wir einen Ausflug in eine beeindruckende Wüste der Erde unternehmen.

Die Taklamakan – unser geistiges Reiseziel – liegt in der Xinjiang Uiguren Autonomen Region von China und ist nach dem Uigurischen benannt. Häufig wird sie mit «Begib dich hinein, und du kommst nie wieder heraus» oder auch mit «grosses Pappelland» übersetzt und das hat seine Gründe, wie wir erfahren werden.

Taklamakan, © Wikimedia Commons, NASA/MODIS

Satellitenaufnahme des Tarim-Beckens mit der Taklamakan-Wüste, die zwischen der Mongolei und dem Tibetischen Hochland liegt; © Wiki Commons

Die Taklamakan grenzt westlich an die Wüste Gobi; ihre Fläche von ca. 340’000 km² ist mit über 100 m hohen Dünen bedeckt, welche durch Staub- und Sandablagerungen während der letzten Eiszeit entstanden. Wenn Wind den Sand hochweht, kann ein Hügel durchaus eine Höhe von 900 Metern erreichen. Die Taklamakan war einst fast ganz von einem See aus Gletscherschmelzwasser der umliegenden Hochgebirge bedeckt. In wenigen Metern Tiefe haben sich deshalb grosse Grundwasservorkommen gebildet.

Obwohl das Tarimbecken heute extrem lebensfeindlich ist, war dies nicht immer so. Noch zu Sven Hedin’s Zeit vor 100 Jahren gab es Gegenden in der Taklamakan mit Pappel-Urwäldern, mit Tamarisken und Ölweiden. Wenn es auch immer eine wüstenhafte Region war, so gab es damals doch noch Seen und Flüsse mit grossen Schilfbeständen, Hirsche und jede Menge Wildschweine. Die Bauern konnten in den Oasen Hirse, Weizen und Gerste ernten, man pflegte Obstgärten mit Pfirsichen, Birnen, Trauben, kultivierte Baumwolle. Der wesentliche Grund für die Austrocknung waren die seit 1949 im Tarimbecken durchgeführten zahlreichen Bewässerungsprojekte des Xinjiang Production-Construction Army Corps zur Ansiedlung von Chinesen in Xinjiang.

Es erstaunt nicht, dass in der Taklamakan einige sagenumwobene Ruinen-Städte liegen, die vor mehr als 2‘000 Jahren untergingen. Erstmals wurden diese Städte durch den Forscher Sven Hedin der europäischen Fachwelt bekannt. LoulanKaradong und Dandan Oilik (Ort der Elfenbeinhäuser) liegen auf der alten mittleren Seidenstrasse, deren Route heute völlig anders verläuft.

Für die Wissenshungrigen: >> Durch Gobi und Taklamakan

Taklamakan © Wikimedia

Taklamakan © Wikimedia

Dass der Resourcenhunger einer modernen Welt auch an einer so majestätischen Wüste nicht Halt macht belegt der Bau der Tarim-Fernstasse, für die die chinesische Regierung 1995 etwa zehn Millionen Euro pro Kilometer ausgab, denn in der Mitte der Wüste liegen grosse Erdöl- und Gasvorkommen. Mit einer Länge von 520 Kilometern gilt sie als die weltweit längste und teuerste Wüstenstrasse!

 

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Apr26

Grünsteingürtel haben, wie ihr Name verrät, einen grünlichen Farbton, den sie dem metamorphen Chlorit, Aktinolith und anderen grünen Amphibolen verdanken. Es sind Muttergesteine vieler wichtiger Lagerstätten von Gold, Silber, PGE, Nickel, Kupfer, Blei, Chrom, Zink, Eisen und weiteren seltenen Metallen, z.B. dem Schwermetall Indium.

Barberton Grünsteingürtel, © Danielle Zentner

Barberton (SA) Grünsteingürtel, © Danielle Zentner

Grünsteingürtel (engl. greenstone belt) sind typischerweise 100 bis einige tausend Kilometer lang. Es sind Zonen unterschiedlich metamorphervulkanischer Gesteine, die zusammen mit Sedimentgesteinen in archaischen und proterozoischen Kratonen zwischen Granit- und Gneis-Komplexen auftreten, siehe untere Grafik links. Grünsteingürtel sind während der ganzen Erdgeschichte entstanden. Hier betrachten wir nur die Ältesten! Sie werden als zusammenhängende stratigraphische Gruppe betrachtet. Der Anteil ultramafischer und basischer Gesteine – sei es als Layered Intrusion oder als Komatiit –  ist in den archaischen Grünsteingürteln sehr hoch.

Barberton Grünsteingürtel Greenstone belts in Simbabwe

Grünsteingürtel in Südafrika links und rechts in Simbabwe

Bekannte Grünsteingürtel in Afrika:

  • Barberton (Südafrika), der bekannteste und best untersuchteste Grünsteingürtel der Welt!
  • Pietersberg (Südafrika)
  • Gwanda (Simbabwe)
  • Lake Victoria (Ostafrika)
  • Boromo-Goren (Westafrika)

Die archaische Kruste

Die archaische Kruste besteht im wesentlichen aus niedrig metamorphem Granit-Grünsteingürtel und hochgradig metamorphem Granulit-Terran.

Barberton Grünsteingürtel - Kissen Lava, © Eugene Grosch  Komatiite Lava, South Africa, ©CSIRO

Barberton Grünsteingürtel: Kissen Lava mit einem Rand aus Glas, was auf Kontakt mit Wasser hinweist, © Eugene Grosch; Komatiite, Südafrika, ©CSIRO

Typisch sind basaltische Laven (z.B. Kissen-Laven), die vor 3.5 Milliarden Jahren auf dem ehemaligen Ozeanboden ausbrachen und die aus dem Erdmantel stammenden, ultramafisch vulkanischen Komatiite.

Es sind die Komatiite, die sehr viel über das Archaikum verraten.

Komatiite entstanden nur während des Archaikums, was darauf zurückgeführt wird, dass der Erdmantel langsam abkühlte und aufgrund der höheren Häufigkeit radioaktiver Elemente im frühen Erdmantel von 4,5 bis 2,6 Milliarden Jahre um bis zu 500 °C heisser war als heute. Komatiite besitzen sehr niedrige SiO2-, K2O- und Al2O3-Gehalte, aber einen hohen bis sehr hohen Anteil an MgO.

Komatiitische Lava besass bei der Eruption Eigenschaften eines überkritischen Fluids, nämlich die Viskosität eines Gases, aber die Dichte eines Gesteins. Im Vergleich zu dem Basaltlaven von Hawaii, die mit einer Temperatur von ~1200 °C und der Zähigkeit von Sirup oder Honig austreten, flossen sie mit grosser Geschwindigkeit über die Oberfläche und haben extrem dünne, bis 10 mm dicke Lavaschichten hinterlassen.

Die Thematik findet ihre Fortsetzung. Schöne Woche!

 

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Apr19

Gravitationsdifferentiation nennt sich der Prozess, der dem Bushveld-Komplex, dem Great Dyke und anderen Layered Intrusions zu Anreicherung von Edelmetallen (Platin/PGE, Gold, Silber, Chrom, Nickel, Zinn) verhalf. Er beruht auf Akkumulierung von Mineralen, die während einer fraktionierten Kristallisation aus einem Magma/Schmelze entstehen. In der Grafik sehen wir schematisch eine solche Kristallisationsabfolge.

Das Prinzip der Fraktionierung, © 1999 John Wiley & Sons. Inc.

Das Prinzip der Fraktionierung, © 1999 John Wiley & Sons. Inc.

Je nach Mineral, welches entsteht, spricht man von diskontinuierlicher oder kontinuierlicher Kristallisation. Wenn im Laufe der Kristallisation eine Abfolge verschiedener Minerale entstehen, wie links in obiger Grafik, spricht man von diskontinuierlicher Kristallisation. Anders bei der kontinuierlichen Kristallisation, obige Grafik rechts, und typisch für die Ca-Na Feldspatreihe. Hier reagiert das Mineral kontinuierlich mit der Schmelze und weist – weil die Prozesse nicht vollständig ablaufen – eine chemische Zonierung auf.

Zonierter Plagioklas aus der Ca-Na Feldspatmischreihe

Zonierter Plagioklas aus der Ca-Na Feldspatmischreihe

Die Gravitationsdifferentiation

Bereits im schmelzflüssigen Zustand trennen sich häufig schon die unmischbaren sulfidischen und oxidischen Komponenten von der Schmelze, wie bei einer Salatsauce Öl und Essig. Häufiger ist jedoch die Trennung von frühzeitig auskristallisierten Mineralen. Da die Kristalle üblicherweise schwerer sind als die koexistierende Schmelze, können sie unter dem eigenen spezifischen Gewicht auf den Boden der Magmakammer sinken und bewirken dadurch eine Änderung der chemischen Zusammensetzung der Restschmelze.

Das Prinzip der Gravitationskristallisation, © Woudloper, Creative Commons

Das Prinzip der Gravitationskristallisation: die fraktionierte Kristallisation beginnt mit Abkühlung eines Magmas und akkumuliert das Kristallisat auf dem Magmakammerboden. Kristallisationsabfolge: 1: Olivin –> 2: Olivin und Pyroxen –> 3: Pyroxen und Plagioklas –> 4: Plagioklas. © Woudloper, Creative Commons

Die fraktionierte Kristallisation

Die magmatische Differentiation durch fraktionierte Kristallisation ist eine Folge davon, dass Magmen Mehrstoffsysteme sind, deren einzelne Komponenten verschiedene Schmelzpunkte besitzen. Die Grafik zeigt das Prinzip der fraktionierten Kristallisation eines Zweistoffsystems.

Schmelzdiagramm eines Zweistoffsystems

Ein Beispiel des Schmelzdiagramms eines binären Systems: 1. Schmelze I –> 2. Kristallart A und Schmelze II; 3. Kristallart B und Schmelze III; 4. Einsprenglinge A und 5. Einsprenglinge B.

Beim Abkühlen eines Magmas kristallisiert zuerst die Komponente mit dem höchsten Schmelzpunkt aus und sinkt wegen der höheren Dichte nach unten. Aus der restlichen Teilschmelze kristallisiert unter fortschreitender Abkühlen immer jene Komponente mit dem nächst höheren Schmelzpunkt aus und sinkt ihrerseits nach unten. So ändert sich der Chemismus der Schmelze von basisch (Mg-reich) nach sauer (SiO2-reich).

Natürlich ist die Natur kein Zweistoffsystem, lässt sich aber streckenweise auf wenige Komponenten reduzieren und erlaubt so eine Vereinfachung eines recht komplexen Systems.

Das Prinzip der fraktionierten Kristallisation lässt sich auf alle magmatischen Gesteine anwenden auch auf die Vulkanologie, wo noch eine Gasphase dazu kommt :-)!

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Apr12

Platin leitet sich vom spanischen Wort platina, der Verkleinerungsform von plata “Silber”, ab. Die erste europäische Erwähnung stammt von Julius Caesar Scaliger. Er beschrieb ein mysteriöses weisses Metall, das sich allen Schmelzversuchen entzog.

Platinum Nugget Kondyor-Mine, Khabarovsk Krai, Russland, © Alchemist-hp, own work, Wikimedia Commons

Platinum Nugget Kondyor-Mine, Khabarovsk Krai, Russland, © Alchemist-hp, Lizenz: http://artlibre.org/licence/lal/de/, Wikimedia Commons

Platin wurde schon um 3000 v. Chr. im alten Ägypten und auch von den Indianern Südamerikas verwendet. Beim Gewinnen von Goldstaub im Waschgold fand man es als Begleitung und liess sich nicht abtrennen. So wurde die Tatsache genutzt, dass sich native Platinkörnchen mit Goldstaub in der Glut verschweissen. Dabei wirkt das Gold wie ein Lot und bildet durch wiederholtes Schmieden und Erhitzen eine relativ homogene, helle, in der Schmiedehitze verformbare Metalllegierung. Ein Anteil von etwa 15 % Platin führt zu einer hellgrauen Farbe; reines Platin war noch nicht bekannt.

Mit etwa 80 % fördert Südafrika den höchsten, weltweiten Anteil an Platin.

 

Platinminen, ©Wikimapia

Weltweite Platinminen, ©Wikimapia

Die grösste Lagerstätte befindet sich im Bushveld-Komplex, im Transvaal, in einer 1 bis 3 Meter mächtigen Zone, dem Merensky Reef, die sich durch den ganzen Komplex zieht. Nebst Platin liefert das Merensky-Reef auch Nickel, Kupfer und Gold. In einem weiteren, darunter liegenden Horizont, der 15 bis 250 cm mächtigen UG2-Chromitit Zone, sowie dem Platreef  bei Potgietersrus, liegen die grössten Vorräte an Platingruppenmetallen, den PGMs. Es sind dies nebst Platin, die Metalle PalladiumRhodiumIridium und Osmium. Gold, Kupfer oder Nickel kommen hier nicht vor.

Der Bushveld-Komplex ist in jeder Hinsicht ein Superlativ. Es ist die grösste layered Intrusion der Welt und reich an Mineralien wie nirgendwo sonst.

 

 

Bushveld Chromitit, © Jackie Gauntlett

Chromitit (schwarz) in Wechsellagerung mit Anorthosit (grau ) im Bushveld Komplex, Dwars Rivier, © Jackie Gauntlett

Im Bild sehen wir die UG2-Chromitit Zone aufgeschlossen in Dwars Rivier. Diese Bänke, die aus ca. 40 % Chromit bestehen, ziehen sich uniform über 200 km durch den Komplex. Der Bushveld Lopolith ist wie der Great Dyke in Simbabwe aus fünf separaten, sich überlappenden Komplexen, die jedoch in ihrer Differentiationsabfolge sehr ähnlich sind, entstanden. Mit einer Mächtigkeit von 8 – 9 km und einer Flächenausdehung von 460×245 km oder 100’000 qkm erfolgte die gesamte Intrusion über mehrere Millionen Jahre.

Hier konnte die Theorie der magmatischen Differentation von Magmen speziell gut studiert werden. Durch Differentiationsvorgänge entstehen aus basaltischen Magmen Gesteinspakete, deren Zusammensetzung von ultrabasisch bis sauer reichen. Die layered intrusions, die an sedimentäre Schichtungen erinnern, sind ein weiterer Ausdruck von Differentiationszyklen.

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Die Lösung

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