Sep04

Während sich im Zentrum der Antarktis der eisbedeckte Kontinent, Antarktika, befindet, besteht das Nordpolargebiet aus einem grossen Meer, das im Süden von den drei Kontinenten Nordamerika, Asien und Europa begrenzt wird. Der geografische Nordpol liegt inmitten des 4’261 m tiefen, ganzjährig zugefrorenen Arktischen Ozeans.

Die Arktik und ihre Nationen © Author: U.S. State Department, Quelle: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Political_Map_of_the_Arctic.pdf, public domain

Die Arktik und ihre Nationen © Author: U.S. State Department, Quelle: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Political_Map_of_the_Arctic.pdf, public domain

Unter den Wassermassen des Nordpolarmeeres verbergen sich riesige Schelfgebiete, die nicht zur Tiefsee des Arktischen Ozeans gehören, sondern untermeerische Landmassen darstellen. Dies gilt für die Barentssee, Karasee, Laptewsee und Ostsibirische See mit den drei bekannten Gebirgsrücken: Alpha-Mendelejew-Rücken, Gakkel-Rücken sowie den Lomonossow-Rücken. Einige Regionen sind geologisch aktiv –  der Beerenberg Vulkan auf der Insel Jan Mayen mit 2’277 Metern ist der höchste unter den aktiven Vulkanen.

Die arktischen unentdeckten Erdöl- und Erdgas Resourcen © U.S. Geological Survey

Die arktischen unentdeckten Erdöl- und Erdgas Resourcen © U.S. Geological Survey

In den Schelfmeeren existieren grosse Sedimentbecken, die viel organisches Material enthalten und somit potentielle Energieträger von Erdöl, Erdgas und Kohle sind. Gemäss U.S. Geological Survey liegen 16 % der weltweiten Erdöl- und ca. 30 % der Erdgasreserven in arktischen Gebieten. Ein klimabedingter Rückgang des Eises und die fortschreitende Technologie machen einen Abbau immer attraktiver. Die wichtigsten zur Zeit bekannten Öl-Lagerstätten befinden sich in der Barentssee vor der russischen Küste und in Gewässern vor Ost-Grönland, sowie im Mackenzie-Delta und an der Beaufort-Küste in Alaska.

Weiter existieren grosse Gebiete mit metamorphen Gesteinen und Graniten. Mit diesen assoziiert man ein grosses Potential an mineralischen Rohstoffen. Die Palette ist gross und reicht von Metallen jeglicher Art über Edelsteine bis hin zu Industriemineralen und Naturbausteinen.

So verfügen die skandinavischen Länder über Vorkommen an Gold, Eisenerz, Blei, Zink, Kupfer, verschiedene Minerale und Naturbausteinen.

In Grönland befindet sich ein grosses Vorkommen an leichten – und schweren Seltenen-Erden nebst Niob, Tantal, Gold, Eisen, Platingruppenmetalle, Blei, Zink und Molybdän.

Diamant Vorkommen finden sich im arktischen Teil Kanadas und Sibiriens. Kanada ist zudem reich an Eisen, Edelmetallen und zusammen mit Alaska sind sie reich an Blei-Zink-Vorkommen, Gold und Kupfer.

In Sibirien befindet sich die grösste Lagerstätte der Seltenen-Erden, die jedoch auf Grund mangelnder Infrastruktur bisher noch nicht erschlossen wurde. Die russische Arktis ist sehr reich an Palladium, Platin und Diamanten. Speziell die Kola-Halbinsel zählt zu den arktischen Gebieten mit den vielfältigsten Mineral-Vorkommen.

Die Arktis verfügt über ein erhebliches Rohstoffpotential. Dass dies in unserer rohstoffhungrigen Zeit politische Auswirkungen hat und immer mehr Spannungen auslöst, wird im nächsten Beitrag beleuchtet.

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Aug28

Ein Loch im See

gepostet von zebra in Allgemein, Geologie

Ein spektakuläres Drohnenvideo zeigt ein 48 m grosses Loch im Stausee Covão do Conchos im Naturpark Serra da Estrela in Portugal. Was wir im Video sehen, ist ein sogenannter Überfalltrichter, der bei Hochwasser dafür sorgt, dass das überschüssige Wasser ablaufen kann. Es verhindert, dass Wasser aus dem Damm austritt und Schäden verursacht. Oft geschieht dies auch über Öffnungen in der Staumauer.

Bei einem Trichter sieht man nur den obersten Teil der baulichen Konstruktion. Darunter befindet sich der Hochwasserentlastungsturm, durch den das Wasser  in einen Entlastungsstollen gelangt, siehe Grafik.

Bei hohem Wasserstand, wenn das Wasser über den Rand des Trichters ins Loch stürtzt, sollte man sich nicht in der Nähe eines solchen Überfalltrichters aufhalten, der Sog ist enorm!

Schematische Darstellung eines Hochwasserentlastungsturm mit Überfalltrichter Grafik: Morty, Wikimedia Commons or or CC-BY-SA-3.0

Schematische Darstellung eines Hochwasserentlastungsturm mit Überfalltrichter Grafik: Morty, Wikimedia Commons or or CC-BY-SA-3.0

An vielen Orten der Welt gibt es Stauseen, in denen das Wasser in kreisrunden Öffnungen verschwindet. Berühmte Beispiele sind der Monticello-Damm, Lake Berryessa, Kalifornien: Hier weist der Trichter einen Durchmesser von 22 m auf. Oder der Überfalltrichter im Gibson-Stausee in Montana, wo das Wasser in den Sun River abgeleitet wird.

Natürliche Löcher

Es gibt auch natürliche Löcher wie ein Beispiel im Mt. Hood Nationalpark in Oregon zeigt. Es ist das Ergebnis einer offenen Lavaröhre, die in der ganzen Region auftreten. Lavaröhren bilden sich, wenn fliessende Lava in der Nähe der Oberfläche aushärtet, aber tiefer unten in das noch heisse Innere fliesst. Wenn die innere Lava vor dem Aushärten ausströmt, hinterlässt sie eine tunnelartige Struktur, eine Lavaröhre, die unmittelbar nach einem Ausbruch zur Oberfläche hin offen sein kann oder später durch Erosion geöffnet wird.

Was mit dem Wasser des Lost Lake geschieht, ist nicht geklärt. Ziemlich sicher gelangt es jedoch in den darunter liegenden porösen Untergrund und lädt den Aquifer, der Quellen auf beiden Seiten der Cascades speist.

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Aug21

Ohne die Wechselwirkung des festen inneren mit dem flüssigen äusseren Kern gäbe es kein Erdmagnetfeld. Wann der innere Erdkern erstarrte und woraus er neben Eisen und Nickel zusätzlich besteht, blieb Gegenstand von Spekulationen. Soviel ist klar: Würde der Kern ausschliesslich aus Eisen und Nickel bestehen, müsste er viel dichter sein.

Schematischer Aufbau der Erde © Kelvinsong, Wikimedia Commons - CC BY-SA 3.0 

Schematischer Aufbau der Erde © Foto:  KelvinsongCC BY-SA 3.0 

Aus seismischen Messungen nahm man schon länger an, dass der Erdkern zu 85% aus Eisen und 10% aus Nickel besteht. Die restlichen 5 % werden einem leichteren Stoff zugeordnet. Auf Grund dieser Beobachtungen wird ein drittes, leichtes Element postuliert. Möglich sind Kohlenstoff und Silizium oder auch Schwefel, Sauerstoff und Wasserstoff sind denkbar. Weil sich aber Silizium leicht mit Metallen verbindet, gibt man ihm den Vorzug.

Die Experimente von denen hier die Rede sind, bestanden nun darin, Kerne unterschiedlicher chemischer Zusammensetzungen den Hitze- (zwischen 3700 und 6200 ° C ) und Druckverhältnissen (330 Gigapascal oder Dreimillionen Mal den Luftdruck) des Erdkerns auszusetzen und seismische Wellen durch sie zu schicken, um sie mit den realen Werten zu vergleichen. Dies ist ein Weg etwas über den Stoff der rätselhaften 5% zu erfahren. Die Resultate zeigten, dass die verwendeten Mischungen mit dem realen Erdkern übereinstimmten, was darauf hindeutet, dass das fehlende Element gefunden wurde. Die Ergebnisse decken sich auch mit theoretischen Berechnungen und Messungen in Meteoriten.

Dass Kohlenstoff, Wasserstoff oder Schwefel auch eine Rolle spielen könnten, glauben Geophysiker mittlerweile nicht mehr. Nur ein Kandidat ist noch im Rennen: Sauerstoff. Die Ergebnisse der neusten Experimente deuten darauf hin, dass Sauerstoff im Kern wahrscheinlich nicht sehr reichlich vorhanden ist, was einige Wissenschaftler als eine echte Möglichkeit vermutet haben. Um diese Frage endgültig zu klären, sind allerdings noch weitere Experimente nötig.

Die Kenntnis der Materialien, aus denen der Erdkern besteht, bietet eine Möglichkeit, mehr darüber zu erfahren, wie die inneren Teile unseres Planeten vor Milliarden von Jahren aussahen, als der Kern sich von steinigerem Material trennte.

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Aug14

Was ist, wenn sich über Nacht ein Senkloch bildet, so wie dies z. B. 2010 in Guatemala City der Fall war? Nach dem Tropensturm “Agatha” klaffte ein 18 auf 100 Metern tiefes, kreisrundes Loch im Boden. Das dreistöckige Gebäude verschwand in der Tiefe mit ihm auch 15 Menschen. Wahrlich Stoff wie in einem Horrorfilm aus der Schmiede Hollywoods.

Das wohl spektakulärste Senkloch überhaupt entstand in Guatemala City im Juni 2010. Ein ganzes Haus verschwand in einem 60 Meter tiefen Krater. Zuvor hatte es ein schweres Unwetter gegeben.

Die Definition liest sich harmlos: Eine Erdsenkung ist eine durch Subrosion verursachte Absenkung des Erdbodens über meist natürlich entstandenen Hohlräumen. Und meistens entstehen auch nur kleinere Senklöcher, die zwar Schaden anrichten, aber keine Menschenleben kosten.

In bewohnten Gebieten sind Senklöcher besonders tückisch, da man sie nicht vorhersagen kann. Meist entstehen sie in einem jahrhundertelangen Prozess durch Regen- und Grundwasser, die den Boden durchdringen und lösliches Gestein wie Sandstein, Kalkstein, Salz oder Gips auswaschen und so auf kurz oder lang ein Hohlraum entsteht. Manchmal reichen jedoch auch ungewöhnlich heftige und lang anhaltende Regenfälle, wie das Beispiel von Guatemala City zeigt.

Andere Senklöcher sind gigantisch, liegen jedoch inmitten unbesiedelter Natur. Diese sind teilweise zu gut besuchten Touristenattraktionen geworden, wie beispielsweise die “Schwalbenhöhle” in Mexico.

Senkloch

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Aug07

Wer kennt sie nicht, die Parseierspitze mit 3036 m der Höchste, gefolgt vom Dachstein und der Zugspitze, oder das Birnhorn und die vielen Anderen!

Die Südwand, der Ostgrat und die Nordostwand der Parseierspitze © Cactus26 eigenes Werk, CC BY-SA 3.0

Die Südwand, der Ostgrat und die Nordostwand der Parseierspitze © Cactus26 eigenes Werk, CC BY-SA 3.0

Die Nördlichen Kalkalpen erstrecken sich über 500 km vom Rheintal bis Wien und sind bis zu 50 km breit. Sie sind ein geologischer Abschnitt der Ostalpen und grenzen im Süden an die Grauwackenzone, die ihre geologische Unterlage bildet. Während der alpinen Gebirgsbildung wurden sie über die Zentralalpen auf die nördlich gelegene Flysch- und Molassezone geschoben und sind somit ein typisches Deckengebirge.

Nördlichen Kalkalpen und Grauwackenzone hier hellblau markiert (Ostalpines Mesozoikum © gemeinfrei)

Geologische Skizze der Alpen mit den Nördlichen Kalkalpen und der Grauwackenzone (Ostalpines Mesozoikum), hellblau markiert © gemeinfrei

Die Deckeneinteilung der Nördlichen Kalkalpen © steinmann.uni-bonn.de

Die Deckeneinteilung der Nördlichen Kalkalpen © steinmann.uni-bonn.de

Im Wesentlichen bestehen sie aus Gesteinen des Mesozoikums aus der Tethys. Markant ist die Ausbildung der alpinen Trias mit dem Wettersteinkalk, den Lunzer Schichten, dem Hauptdolomit und dem Dachsteinkalk.

Von Norden her steigen die Kalkalpen in die bewaldeten Kalkvoralpen in Oberösterreich und Niederösterreich und weiter in die felsigen Kalkhochalpen. Diese sind stark verkarstet und wenig vergletschert. Nur im mittleren Teil der Nördlichen Kalkalpen haben Dachstein (2995 m) und Hochkönig (2941 m) und im äussersten Westen die Schesaplana (2965 m) Gletscher. Eine Einteilung der Nördlichen Kalkalpen wird nach den Bundesländern getroffen, von Westen nach Osten: Nordtiroler Kalkalpen, Salzburger Kalkalpen, Oberösterreichische Kalkalpen und Steirisch-niederösterreichische Kalkalpen. Hier lässt es sich wunderbar wandern.

Wandern in der Nationalparkregion
→ Die nördlichen Kalkalpen

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Jun26

Mikroben bilden Lagerstätten

Die Lehrmeinung ging bis heute davon aus, dass beispielsweise Uranlagerstätten in Sandsteinen hauptsächlich aus einer kristallinen Form von Uran mit der Wertigkeit IV besteht. Demnach sorgten abiotische, chemische Reaktionen des Gesteins in wässriger Umgebung dafür, dass sich das Uran als kristalline Minerale ablagerte, beispielsweise als Uraninit, UO(Pechblende).

Sandsteingebundene Uran-Lagerstätten findet man in mittel- bis grobkörnigen Sandsteinen in kontinental fluvialer oder marin-sedimentärer Umgebung. Solche Uran-Lagerstätten gibt es weltweit; sie umspannen eine grosse Bandbreite geologischer Zeitalter und machen ca. 18% der weltweiten Uran-Reserven aus. Zu den wichtigsten Lagerstätten-Provinzen gehören das Wyoming-Becken und der Grants District in New Mexico in den USA, Lagerstätten in Zentraleuropa und Kasachstan, sehr potentielle Vorkommen in Australien, der Mongolei, Südamerika und in Afrika.

Uraninit: Chestnut Flats Mine, Spruce Pine, Mitchell County, North Carolina © Rob Lavinsky, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0

Uraninit: Chestnut Flats Mine, Spruce Pine, Mitchell County, North Carolina © Rob Lavinsky, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0

An der Colorado State University wurden nun Kernproben aus einer sandsteingebundenen Uran-Lagerstätte in Wyoming untersucht. Dabei zeigte sich, dass Uran-IV nicht kristallin, jedoch an organisches Material gebunden, vorhanden ist. Zudem ergab die Analyse des Isotopenverhältnisses, dass dieses Uran durch enzymatische Reduktion gebildet worden war. Man fand DNA-Beweise für Uran-reduzierende Bakterien, darunter Geobacter und Pseudomonas, von denen bereits bekannt ist, dass sie Schwermetalle wie Uran reduzieren und so ihre Energie gewinnen. Ob sie zur Zeit der Entstehung der Lagerstätte an der Bildung der organischen Uranverbindungen mitwirkten oder andere, ähnliche Bakterienarten, bleibt vorerst noch ungeklärt.

Aktuelle Forschungen liefern immer mehr Hinweise, dass Mikroben häufiger an der Entstehung von Erzvorkommen beteiligt sind als lange angenommen. Denn auch für Goldlagerstätten postulieren Forscher inzwischen eine mikrobielle Mithilfe.

Das Bakterium C. metallidurans bildt winzig kleine Gold-Nuggets © American Society for Microbiology

Das Bakterium C. metallidurans fällt winzig kleine Gold-Nuggets aus © American Society for Microbiology

Goldnuggets zum Beispiel beherbergen Bakterien, die biochemische Tricks anwenden, um die Toxizität des Metalls zu umgehen. Mithilfe biochemischer und Genomanalysen entdeckten die Forscher eine Reihe von Genen und einen chemischen Metaboliten, die für die Ausfällung des Goldes verantwortlich waren. Es wurde auch eine Chemikalie isoliert, die das Bakterium dazu braucht, Goldpartikel auszufällen. Die Chemikalie wird Delfibactin genannt.

Die Forscher vermuten, dass die von ihnen identifizierten Gene an der Produktion von Delftibactin beteiligt sind und es ausserhalb der Zelle ableiten. Durch Fällung von Gold kann D. acidovarans das Eindringen des Metalls in seine Zellen in Lösung verhindern. Es ist auch möglich, dass Bakterien andere Mechanismen verwenden um Gold zu entgiften, das seine Zellwände durchbricht.

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Jun19

Was auf den ersten Blick wie ein chemisch-ökologisches Inferno erscheint, ist ein Paradies für Spezialisten. Chemolithoautotrophe Bakterien lieben den Giftcocktail und fühlen sich in Bergbauhalden richtig wohl. Hier verwittert das erzhaltige Gestein und bildet hochtoxische, saure Grubenwässer mit einem hohen Metallgehalt.

Rio Tinto, Spanien: Saurer Bergbauausfluss © gemeinfrei

Rio Tinto, Spanien: Saurer Bergbauausfluss © gemeinfrei

Seit 150 Jahren wird das Verfahren der Flotation eingesetzt um Metalle zu extrahieren. Dazu wird fein gemahlenes Erzgestein mit Wasser vermischt und unter Zusatz von Chemikalien werden die Erzpartikel unterschiedlich benetzbar gemacht. Diese Brühe wird dann aufgeschäumt, so dass sich die Partikel an den Schaumblasen anlagern. Der Kupfergehalt von Roherz z. B. wird so auf etwa 30 % angereichert.

Organismen wie z. B. Thiobacillus ferrooxidans nutzen anorganische Schwefelverbindungen in Gesteinen als Nahrung, mit denen sonst kein Organismus etwas anzufangen weiss, und die zudem hoch toxisch sind.

Bei der Biolaugung oder dem Bioleaching werden unlösliche Metallsulfide biologisch in lösliche Sulfate umgewandelt, wobei das Metall danach aus der Lösung extrahiert wird. Bei der Biooxidation lösen Mikroben das Mineral auf, setzen das Metall frei und bilden Säuren.

Mikroben einzusetzen hat zwei Vorteile: Man saniert die Halde und gewinnt wertvolle Rohstoffe, denn das Metall wird den toxischen Lösungen entzogen. Und was die Ökologen am meisten fürchten, saure Bergbauwässer werden entgiftet.

Mikrobielle Extraktionsmethoden

 

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Die Lösung

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