Mrz07

Es ist zwar seit langem bekannt, dass grüne Pflanzen für die Photosynthese Kohlendioxid (CO2) benötigen, doch erst seit den neunziger Jahren beschäftigt sich die Wissenschaft mit der Umwandlung von atmosphärischem in mineralischen Kohlenstoff, der dann im Boden über geologisch lange Zeiträume gebunden bleibt. So wurde erstmals um die Jahrtausendwende von einem interdisziplinären Team aus Geologen und Mikrobiologen der UniNE und UniL ein Baum entdeckt, der die Photosynthese mit Hilfe von Pilzen und Mikroorganismen zur Bildung von Kalkstein nutzt.

Iroko oder Milicia excelsa

Iroko oder Milicia excelsa; Bild: CC3

Der Iroko eine Milicia oder Maulbeerbaum-Art kommt im tropischen, immergrünen und halbimmergrünen Regenwald, sowie im Savannenwald südlich der Sahel von Senegal und Sierra Leone bis Mozambique im südlichen Ostafrika vor und beherrscht genau dieses Phänomen.

Der Treibhauseffekt ist aus heutiger Sicht hauptsächlich auf Kohlendioxid (CO2) zurückzuführen, welches durch menschliche und vulkanische Tätigkeiten der Atmospäre zugeführt wird.

Die Bildung von Kalkstein aus Biomasse

Durch Photosynthese produziert der Baum Biomasse, die er selbst oder über Pilze zum Teil in Oxalat-Ionen umwandelt. Dabei sammeln sich Kalzium-Ionen an, wodurch Kalziumoxalat, ein unlösliches Salz, entsteht. Nun kommen Bodenbakterien ins Spiel, die das Oxalat zuerst zu CO2 abbauen und dieses dann durch die so genannte Biomineralisation in Kalk (Kalziumkarbonat) umwandeln.

Wie der Iroko Kohlendioxid in Form Kalk fixiert

Fixierung von Kohlendioxid in Kalk; Graphik: Horizonte, Schweizerischer Nationalfonds

Auf diese Weise sammelt ein 80-jähriger Iroko pro Jahr 5,7 Kilogramm reinen Kohlenstoff in Form von Kalk an. Ein solcher Transfer in den Boden stellt ein nicht geringer Faktor zur Senkung der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre dar. Indem man Bäume anpflanzt, die über diese Eigenschaft verfügen, könnte man also einen Beitrag zur Bekämpfung des Treibhauseffekts leisten, sind die Forscher überzeugt. Leider ist der Iroko oder Semli (Sierra Leone, Liberia), Odoum (Ghana, Elfenbeinküste), Oroko (Nigeria), Abang, Mandji (Kamerun, Gabun), Mereira (Angola), Kambala (Zaire), Mvule (Ostafrika) und African Teak (englisch) schon extrem dezimiert. Das wertvolle Tropenholz wird seit über 100 Jahren raubbaumässig abgeholzt und das Anlegen von Baumplantagen wird bis heute noch nicht mit Erfolg betrieben, so dass die Biomineralisation quantitativ keine signifikante Rolle spielt.

Unterdessen ist allerdings die Liste der Pflanzen, die die Biomineralisation beherrschen, immer grösser geworden. Man muss nur die Klagen der Sägewerkarbeiter hören, die bei der Arbeit mit Afzelia (Afzelia africana) an den im Stamm eingelagerten Kalzitkristallen schnell ihre Sägeblätter verlieren! Auch der Kapokbaum (Bombax costatum), aus der gleichen Familie wie der Baobab, ist ein Meister der Biomineralisation und selbst in der Wüste fand man eine Kakteenart (Carnegiea gigantea), die Biomineralisation betreibt. Deshalb werden nun die Wurzelzonen weiterer Pflanzen akribisch untersucht.

 

Kommentar schreiben/lesen

Feb28

Ein Geologe, der im Freien arbeitet, verwendet typischerweise einen Geologenkompass, eine Lupe und einen Geologenhammer. Wie steht es jedoch im Labor?

Seit dem ausgehenden 19. Jahrhundert wird das Lichtmikroskop in den geologischen Wissenschaften eingesetzt. Mit einem Mikroskop können Objekte unter einem grösseren Sehwinkel betrachtet werden, als dies mit blossem Auge oder einer Lupe der Fall wäre. So werden feinkörnige Substanzen zur optischen Untersuchung auf Glasobjektträgern in Flüssigkeiten bekannter Brechungsquotienten eingebettet und so bestimmt. Wenn jedoch aus Kristallen, Mineralen, Gesteinen oder technischen Produkten Dünnschliffe hergestellt werden, welche zwischen 20 bis 30 μm (Mikrometer) dünn sind, kann mit Hilfe der Polarisationsmikroskopie, das heisst unter Verwendung von polarisiertem Licht die optischen Eigenschaften der Kristalle bestimmt werden.

Polarisationsmikroskop mit Dünnschliff  Polarisationsmikroskop

v.l.n.r.: Polarisationsmikroskop mit Dünnschliffpräparat, Polarisationsmikroskop, 

Gemessen werden dabei fast ausschliesslich vektorielle Grössen wie Lichtbrechung, Reflexion, Absorption, Pleochroismus. Da die optischen Eigenschaften der Kristalle in einem engen Zusammenhang mit ihrem strukturellen Aufbau stehen, lassen sich aus polarisationsoptischen Messungen kristallographische Zuordnungen ableiten.

In vielen Fällen ersetzt die polarisationsmikroskopische Untersuchung teure und zeitraubende chemische Analysen, ganz abgesehen von dem Vorteil, dass es sich um eine meist direkte und zerstörungsfreie Methode handelt.

In den beiden Fotos sehen wir links im polarisierten Durchlicht die Mineralgemeinschaft Granat (gräulich), Biotit-Glimmer (rotbraun) und Feldspat und Quarz (hell); rechts bei gekreuzten Polfiltern Granat (schwarz), Biotit (rot, orange, grün), Feldspat und Quarz (Graufärbung hell bis dunkel).

Granat Glimmerschiefer Granat Glimmerschiefer mit Polarisationsfilter

v.l.n.r.: Dünnschliff eines Granat-Glimmerschiefers unter dem Mikroskop bei linear polarisiertem Licht (entspricht normaler Durchlichtmikroskopie); gleicher Dünnschliffbildausschnitt bei gekreuzten Polarisatoren.

Andere Anwendungsgebiete sind z. B. Texturuntersuchungen von Flüssigkristallen, Untersuchung des Kristallwachstums, Visualisierung von mechanischen Spannungen über die Spannungsdoppelbrechung.

 

Kommentar schreiben/lesen

Feb21

Nur wenige Tage in der zweiten Februarhälfte zeigt sich der “Horsetail Fall” im kalifornischen Yosemite-Nationalpark. Was hier glüht ist nicht etwa heissflüssige Lava sondern “nur” Wasser – ein Spektakel, das seinesgleichen sucht.

Horesetail Fall Yosemite National Park

Riesige Granitkuppen, die sich über tiefen Tälern erheben, Jahrhunderte alte Mammutbäume und ein 480 Meter hoher Wasserfall am östlichen Felsrand des Monolithen “El Capitan”  ziehen immer mehr Naturschaulustige und Fotografen an.

Im Yosemite Park gibt es viele Wasserfälle; die besondere Lage des “Horsetail Fall” jedoch ist es, welche das Naturwunder hervorbringt. Die meisten anderen Wasserfälle fliessen nicht von einer hohen, offenen Klippe, sondern in einer Nische oder einer Schlucht. Während des Sonnenuntergangs leuchtet das klare Wasser für wenige Minuten feuerrot und wirkt dann wie Lava.

Erstmals wurde das Phänomen 1973 vom Naturfotografen Galen Rowell festgehalten.

>> “Horsetail Fall” – Das Naturspektakel

Kommentar schreiben/lesen

Feb14

Auf Spitzbergen zwischen dem 76. und 81. Breitengrad liegt ein berühmtes Geotop. Es liegt nördlicher als Alaska und als die meisten kanadischen Nordpolarinseln und wäre nicht der milde Golfstrom, wäre das Gebiet permanent unter Eis.

Die Südküste des Isfjords zwischen Kapp Linné und dem Grønfjord ist geologisch sehr interessant und unter der Bezeichnung “Festningen-Profil” bekannt. Auf einer Strecke von weniger als 10 km steht eine vom Grundgebirge bis ins Alttertiär reichende Schichtfolge an. Die Sedimentschichten wurden während der alpidischen Phase im Alttertiär hochgestellt, so dass sie hier mehr oder weniger senkrecht stehen, was einen Spaziergang durch 300 Millionen Jahre Erdgeschichte in wenigen Stunden möglich macht.

Kapp Linné selbst befindet sich im Bereich des metamorphen Grundgebirges, mit Phylliten und Quarziten. Weiter östlich überschreitet man dann die Grenze Grund- Deckengebirge und kommt in die karbonischen Konglomerate. Auffällig ist ein N-S verlaufender Gebirgszug weiter östlich, der aus steilstehenden, sehr harten permischen Karbonaten besteht. Diese bilden das Kapp Starostin, eine in den Isfjord hineinlaufende Landspitze. Die Karbonate sind sehr fossilreich. Östlich des Kapps Starostin beginnt das Mesozoikum. Die Gesteinsformationen decken fast lückenlos einen Sedimentationszeitraum von der Kreide bis in die Neuzeit ab, die Ablagerungen stammen aus ehemaligen Fluss- und Delta Landschaften, ähnlich dem Mississippi-Delta. So sind sie denn fossilienreich und konservierten auch Dinosaurier Abdrücke, die unterdessen wieder durch Erosion im Meer verschwunden sind. Den Geologen dient diese fast lückenlose Gesteinsabfolge als Referenzprofil. Bemerkenswert ist der Festningen-Sandstein, eine senkrecht stehende Schicht, die der Küste als kleine, langezogene Insel vorgelagert ist. Nicht umsonst wird diese Insel Festningen oder die Festung genannt (siehe Foto).

Festningen: steilgestellte Schichten aus quarzitischen Sandsteinen Die steilgestellten Mesozoischen Schichten ziehen vom Festland auf die Insel

Die Festningen Klippe: sie besteht aus einer Sequenz harten Quarzsandsteins

Karte des Spitzbergen Archipels
Der Spitzbergen Archipel, ein Mekka für Geologen.

Kommentar schreiben/lesen

Feb07

Unter den vielen bemerkenswerten Aspekten der Antarktis ist das Vorhandensein echter Wüstengebiete mit der grössten im südlichen Victorialand zu erwähnen. Dieses sehr kalte und öde Land, das von eisigen und trockenen Stürmen gepeitscht wird, entspricht wahrscheinlich am ehesten den Verhältnissen auf dem Mars. Das Land weist keinerlei Zeichen von Leben auf. Trotzdem gibt es hier Leben, allerdings nur im Innern des Gesteins.

In mikroskopisch kleinen Hohlräumen bilden winzige Lebewesen reichhaltige Gemeinschaften. Diese endolithische Lebensweise findet man nur bei Mikroorganismen, also Bakterien und Archaeen und einigen Flechten.

Endolithische_Verrucaria

Endolithische Flechte© CC BY-SA

Endolithe leben meist lithotroph und gewinnen ihre zum Leben notwendige Energie aus der Umwandlung anorganischer Verbindungen, zum Beispiel aus Schwefel-, Eisen- und Manganverbindungen, aber auch aus Uran-  und Arsen-Mineralen. Es existieren zudem phototrophe, also Photosynthese betreibende Endolithe. Dies ist kein Widerspruch, denn Sonnenlicht kann in bestimmten Gesteinen bis zu mehreren Millimetern tief eindringen. Besonders Quarzkristalle z. B. im Granit oder Sandstein ermöglichen eine Photosynthese. Die häufigsten phototrophen Endolithe sind einige Flechten, aber auch Cyanobakterien wie Chroococcidiopsis. In der obersten Gesteinsschicht sind die Mikroorganismen an eine hohe Lichtintensität angepasst, während die darunter befindlichen in tiefer Dunkelheit bleiben.

chroococcidiopsis

Das Cyanobakterium Chroococcidiopsis thermalis

Wie können Lebewesen in einer so extremen und lebensfeindlichen Umgebung, wie sie die antarktische Wüste darstellt, überleben? Der Schlüssel ist die Sonne, welche das Gestein bis auf Temperaturen über dem Gefrierpunkt erwärmt. Der Zeitraum des aktiven Lebens beschränkt sich dann allerdings auf wenige Stunden pro Tag in der wärmsten Zeit des Sommers; in der übrigen Zeit sind die Organismen eingefroren und untätig.

Es gibt Anzeichen dafür, dass in der frühen Geschichte des Mars Wasser und vielleicht sogar eine Atmosphäre vorhanden waren. So ist auch denkbar, dass während dieser Zeit primitives Leben auftrat. Später, als der Mars sein Wasser und seine Atmosphäre verlor, könnten sich die Organismen in mikroskopisch kleine Räume innerhalb des Gesteins verzogen haben. Wenn dies der Fall gewesen wäre, hätten diese Mikroorganismen Spuren hinterlassen.

Die heute in der antarktischen Wüste vorkommenden Lebewesen könnten ein Modell für den Mars sein.

Kommentar schreiben/lesen

Jan31

Der Antarktische Eisschild ist eine der beiden polaren Eiskappen. Er ist die grösste Eismasse der Erde und bedeckt den antarktischen Kontinent fast vollständig. Die Fläche des Eisschildes wird auf 14 Millionen Quadratkilometer und das Eisvolumen auf 26 Millionen Kubikkilometer geschätzt. Für die durchschnittliche Eisdicke wird ein Wert von 2 km angenommen, die maximale Eisdicke wurde mit 4776 Metern in Adélieland gemessen.

Die Antarktis  Grössenvergleich: Europe überlagert Antarktis

v.l.n.r.: Die Antarktis; Grössenvergleich Europa -Antarktis

Schlittenhunde gegen Motorschlitten

Die Forscher Roald Amundsen und Robert Falcon Scott brachen fast gleichzeitig auf, um sich auf den Weg in Richtung Südpol zu machen. Warum war Amundsen schneller am Ziel? Amundsen lebte lange Zeit bei den Inuit, den Ureinwohnern der Arktis, und lernte die wichtigsten Dinge, die man in dieser Landschaft zum Überleben benötigt. Auf Grund dieser Erfahrung nahm er Schlittenhunde, die seine Schlitten, die Ausrüstung und den Proviant zogen; eine gute Idee, wie sich herausstellen sollte.
Robert Scott dachte, dass der norwegische Forscher sich auf dem Weg zum Nordpol befand. Der hatte aber mittlerweile seine Pläne geändert. Obwohl Scott schon Erfahrungen in der Antarktis gesammelt hatte, setzte er auf eine Art Motorschlitten. Sie hielten der Kälte der Antarktis jedoch nicht stand. Auch die mitgeführten Ponys waren dem Eis und Schnee nicht gewachsen.

Amudens Antarktik Expedition 1911 Kapitän Scott

v.l.n.r.: 1911 – Amundsens Antarktik Expedition mit Schlittenhunden; Kapitän Scott der einen Monat später das Ziel erreicht hatte.

Die Befürchtungen Scotts bewahrheiteten sich. Als er am 18. Januar 1912 die norwegische Flagge am Südpol wehen sah, konnte er sich nicht freuen es ebenfalls geschafft zu haben; er war “nur” zweiter. Am 14. Dezember 1911 nämlich hatte der Norweger Roald Amundsen als erster Mensch den Südpol erreicht.

Die Expeditionsrouten von Amundsen und Scott

Auf dem entbehrungsreichen Gewaltmarsch durch die Eiswüste der Antarktis hatten Amundsen und seine Mannschaft schier Übermenschliches geleistet: 1500 Kilometer in 56 Tagen bei orkanartigen Schneestürmen und eisigen Temperaturen.

Scott und dem kleinen Rest seiner Mannschaft machte der Rückweg schwer zu schaffen. 1300 Kilometer Weg lagen vor ihnen; keiner sollte diesen Marsch überleben.

>> Der Wettlauf zum Südpol

Kommentar schreiben/lesen

Jan24

Griechische Astronomen stellten fest, dass hoch über dem letzten Norden ein Sternbild schimmerte: Das Sternbild des Bären, griechisch arktos. Das Land im hohen Norden unter dem Sternbild des Bären wurde deshalb Arktis genannt. Nach griechischer Auffassung musste auf der südlichen Halbkugel aus Gründen der Symmetrie ein Gegensternbild flimmern, ein Ant-arktosebenfalls über Eis und Schnee.

Antarktis_lizenzfrei

Antarktis

Seit der Zeit des Aristoteles haben die Menschen eine vage Vorstellung von der Antarktis. Sie ist eine mächtige, sagenhafte Phantasiewelt, unnahbar und geheimnisvoll und regte die Einbildungskraft der Menschen übermässig an.

Auf den ältesten Landkarten der südlichen Hemisphäre, die von Orontius und Mercator im 16. Jahrhundert angefertigt wurden, wird das Vorhandensein eines grossen Südkontinents – Terra Australis Incognita – postuliert, wenn auch eine solche Landmasse nie gesichtet worden war. Tatsächlich war der südliche Ozean bis zum Jahr 1700 von keinem Schiff befahren worden. James Cook’s Entdeckungsfahrten im achtzehnten Jahrhundert, die ersten, bei welchen der südliche Polarkreis überquert wurde, beendeten für immer den Traum von einem reichen südlichen Gebiet mit gemässigtem Klima, das von mythologischen Geschöpfen und Völkern bewohnt wird. Seine Berichte über die reiche Fauna im südlichen Eismeer führte zur Entwicklung der Robben- und Walfangindustrie und dadurch zu den darauffolgenden Erkenntnissen über die Verletzlichkeit der Umwelt unseres Planeten, durch die die Wissenschaft im zwanzigsten Jahrhundert so viel lernte.

Wie enstand die Antarktis?

Die Antarktis war nicht immer ein vereister Kontinent – vor 70 Millionen Jahren war das Klima wahrscheinlich subtropisch, das Land von Wäldern bedeckt und von Tieren bevölkert. Heute wird angenommen, dass Antarktika den Kern des Superkontinenten Gondwana bildete, der Südamerika, Australasia, Ozeanien und Indien einschloss.

Das Auseinanderbrechen von Gondwana:

Vor 280 Millionen Jahren: Die Antarktis war Teil von Gondwanaland. Der Superkontinent begann nach Norden zu wandern.
Vor 140 Millionen Jahren:  Von Gondwanaland trennten sich Südamerika und Afrika und der Südatlantik begann sich zu öffnen.
Vor 60 Millionen Jahre: Nun beginnen sich Australien und Antarktika langsam zu trennen.

Ein unerwartetes Resultat lieferte die jüngste Reise des Forschungsschiffes Glomar Challenger, mit der die Verbindung der Antarktis zu Südamerika, die Wanderung des Kontinents und die Frühentwicklung des Südatlantiks erforscht werden sollte. Am Rande der Antarktis fand man ein Bruchstück eines versunkenen Kontinents, das vor 150 Millionen Jahren zur heutigen Südostküste Südafrikas hinpasste. Damit fand man das “Stück” der noch bestehenden Lücke in der Rekonstruktion des Superkontinents.

 

Kommentar schreiben/lesen



Die Lösung

Archiv