Willkommen in der Welt der
Minerale und Kristalle
Dieses Video zeigt im Schnelldurchlauf, wie Alaun-Kristalle aus einer gesättigten (=stark mit Salzen angereicherten) Lösung
wachsen. In Echtzeit dauerte dieses Wachstum 48 Stunden.
Genauso wie aus einer Lösung künstliche Kristalle wachsen, bilden sich auch in der Natur in kleinen Höhlen oder Spalten aus
angereicherten Lösungen Kristallverbindungen.
Alaun – Was ist das?
Alaun steht als Abkürzung für Kaliumaluminiumsulfat. Es ist ein Salz der Schwefelsäure und besteht aus den Elementen Kalium,
Aluminium, Schwefel und Sauerstoff.
[ KAl(SO4)2 • H2O ]
Alaun-Kristalle kommen in der Natur nur sehr selten vor. Kaliumalaun wird aus dem Mineral Alunit gewonnen. Es entsteht in vulkanischen Gesteinen durch die chemische Reaktion mit vulkanischen Schwefeldämpfen.
[ KAl(SO4)2 • H2O ]
Alaun-Kristalle kommen in der Natur nur sehr selten vor. Kaliumalaun wird aus dem Mineral Alunit gewonnen. Es entsteht in vulkanischen Gesteinen durch die chemische Reaktion mit vulkanischen Schwefeldämpfen.
Heute sind auf der Erde mehr als
5000 Mineralarten bekannt.
5000 Mineralarten bekannt.
Diese sind aber nicht alle
gleichzeitig entstanden.
gleichzeitig entstanden.
Sie durchliefen eine Art Evolution, die eng mit der Entwicklungsgeschichte der Erde verknüpft ist.
Aber Vorsicht! Den Begriff „Evolution“ darf man hier nicht im biologischen Sinne betrachten!
Aufgrund bestimmter Ereignisse innerhalb der Entstehung unseres Sonnensystems,
unserer Erde,
und des Lebens auf der Erde,
konnten sich immer wieder
neue Minerale bilden.
Aus den beim Urknall entstandenen Elementen Wasserstoff und Helium bildeten sich durch Kernfusionsreaktionen (= zwei Atomkerne verschmelzen dabei zu einem neuen Kern) und in Sternexplosionen weitere chemische Elemente, aus denen dann durch Kondensation und Abkühlung der entstandenen Gaswolken die ersten 12 Urminerale gebildet wurden.
Wasserstoff
+
Helium
+
+
Kondensation
=
Diamant + 11 weitere Urminerale
Wasserstoff
Helium
Sternen-
explosionen
explosionen
Kondensation
Diamant + 11 weitere Urminerale
12 Urminerale
Nach der Abkühlung der Gaswolken bildeten sich winzige Körnchen, aus denen die ersten Minerale entstanden. Diese 12 Urminerale
haben alle einen sehr hohen Schmelzpunkt:
- Diamant [C]
- Graphit [C]
- Moissanit [SiC]
- Nano-Partikel wie TiC, ZrC, MoC, FeC, und Fe-Ni Metalle innerhalb Frühsolarer Graphite
- Osbornit [TiN]
- Nierit [α-Si3N4]
- Rutil [TiO2]
- Korund [Al2O3]
- Spinell [MgAl2O4]
- Hibonit [CaAl12O19]
- Forsterit [Mg2SiO4]
- Perovskit Struktur [MgSiO3]
8 dieser 12 Urminerale sind im NHM Wien ausgestellt!
Durch die Veränderung der Umweltbedingungen und der chemischen Zusammensetzung der Erdatmosphäre, konnten im Laufe der Jahrmillionen
immer mehr Verbindungen und Minerale entstehen.
Das Einsetzen der Plattentektonik (= Verschiebung der Erdplatten) brachte beispielsweise alleine schon rund 500 neue Minerale
hervor.
Die Anzahl der Minerale auf der Erde ist daher weitaus
größer als auf allen bisher untersuchten Planeten und Monden unseres Sonnensystems.
größer als auf allen bisher untersuchten Planeten und Monden unseres Sonnensystems.
Mond
ca. 350 Minerale
Mars
ca. 500 Minerale
Erde
> 5000 Minerale
Einen weiteren und besonderen Grund für die herausragende
Mineralvielfalt auf der Erde stellt das Leben auf der Erde dar...
Vor mindestens 3,5 Milliarden Jahren wurden die
ersten Gesteine durch die Aktivität von Lebewesen
im Meer gebildet.
ersten Gesteine durch die Aktivität von Lebewesen
im Meer gebildet.
Durch den Stoffwechsel von Bakterien und Algen wurde in seichten Meeresbereichen feingeschichteter Kalk ausgebildet.
Diese Kalkablagerungen werden Stromatolithe genannt.
Als Nebenprodukt entstand dabei - durch Photosynthese - der erste Sauerstoff….
Stromatolithe
Stromatolithe zählen zu den ältesten Fossilien. Sie wuchsen bereits vor 3 Milliarden Jahren in flachen Meeresbereichen. Aber
auch heute „wachsen“ sie noch, zum Beispiel in der Shark Bay vor Australien. Deshalb bezeichnet man sie auch als
„lebende Fossilien“ (= heute lebende Tiere, die es in unveränderter Form bereits seit Millionen von Jahren gibt).
Das Wort „Stroma“ ist griechisch und bedeutet „Lage“ oder
„Decke“, denn sie wachsen Lage für Lage:
Aus Mikroorganismen bestehende Biofilme (= Schleimschichten, in denen Bakterien, Pilze und Algen angesiedelt sind) betreiben Photosynthese und wandeln das im Wasser aufgelöste CO2 in Kalk um. Als „Abfallprodukt“ wird Sauerstoff frei gesetzt.
„Decke“, denn sie wachsen Lage für Lage:
Aus Mikroorganismen bestehende Biofilme (= Schleimschichten, in denen Bakterien, Pilze und Algen angesiedelt sind) betreiben Photosynthese und wandeln das im Wasser aufgelöste CO2 in Kalk um. Als „Abfallprodukt“ wird Sauerstoff frei gesetzt.
Eine Milliarde Jahre später war der Sauerstoff-Gehalt zwar gering, aber dennoch hoch genug, dass er sich in der Erd-Atmosphäre
anreicherte, aber gleich wieder zur Mineralbildung verwendet wurde.
Durch die Reaktion des Eisens mit Sauerstoff (Oxidation bzw. Rosten) entstanden sehr viele rötliche Minerale.
Durch die Reaktion des Eisens mit Sauerstoff (Oxidation bzw. Rosten) entstanden sehr viele rötliche Minerale.
Der Planet fing an zu rosten!
Sämtliche Mineralverbindungen mit Sauerstoff konnten nun entstehen, wodurch die Anzahl der Minerale von 1500 auf über 4000 anstieg.
Rhodonit
Hämatit
Rhodochrosit
Pyrolusit
Auch vor 600 Millionen Jahren war es noch einmal „das Leben“, das die Mineralevolution antrieb. - Es entfaltete
sich explosionsartig!
Vielzellige Lebewesen entstanden und mit ihnen auch mineralische Hartteile wie Panzer, Schalen, Knochen und Zähne:
Vielzellige Lebewesen entstanden und mit ihnen auch mineralische Hartteile wie Panzer, Schalen, Knochen und Zähne:
Aragonit
... baut Ammoniten-, Schnecken- und Muschelschalen auf.
Hydroxylapatit
... ist Hauptbestandteil von
Zähnen und Knochen.
Zähnen und Knochen.
Durch das warme, feuchte Klima und den hohen Sauerstoffgehalt kam es außerdem zu starker Zersetzung der Gesteine.
Dabei bildeten sich durch die Reaktion mit Sauerstoff (Oxidation) viele neue, oft kompliziert aufgebaute und farbenprächtige Minerale:
Dabei bildeten sich durch die Reaktion mit Sauerstoff (Oxidation) viele neue, oft kompliziert aufgebaute und farbenprächtige Minerale:
Smithsonit
Azurit
Chrysokoll
Konichalcit
Boleit
Goethit
Dass die Entwicklungsgeschichte der Minerale eng mit der Entwicklungsgeschichte der Erde verknüpft ist, zeigte erstmals Robert
Hazen auf.
Er teilte „Die Evolution der Minerale“ in 4 Phasen:
Er teilte „Die Evolution der Minerale“ in 4 Phasen:
Robert Hazen
Robert Miller Hazen ist Mineraloge, Kristallchemiker und Astrobiologe am Geophysikalischen Labor der Carnegie Universität
in Washington D.C. und Professor für Erdwissenschaften an der George Mason Universität in Virginia.
In seiner aktuellen Forschung beschäftigt er sich mit der Rolle der Minerale im Zusammenhang mit der Entwicklung des Lebens auf der Erde. Seit 2008 forscht er mit Kollegen und Kolleginnen auf den Gebieten „Mineral-Evolution“ und „Mineral-Ökologie“. Dabei untersuchen sie den Zusammenhang zwischen der Entwicklung der Geosphäre (= fester Erdkörper) und der Biosphäre (= von Lebewesen besiedelte Erdschichten).
Hazen ist Autor von mehr als 400 wissenschaftlichen Artikeln und 25 Büchern. Sein jüngstes Buch ist „The Story of Earth“ (Viking Penguin-Verlag).
2017 eröffnete er die Dauerausstellung „Evolution der Minerale“ im NHM Wien.
In seiner aktuellen Forschung beschäftigt er sich mit der Rolle der Minerale im Zusammenhang mit der Entwicklung des Lebens auf der Erde. Seit 2008 forscht er mit Kollegen und Kolleginnen auf den Gebieten „Mineral-Evolution“ und „Mineral-Ökologie“. Dabei untersuchen sie den Zusammenhang zwischen der Entwicklung der Geosphäre (= fester Erdkörper) und der Biosphäre (= von Lebewesen besiedelte Erdschichten).
Hazen ist Autor von mehr als 400 wissenschaftlichen Artikeln und 25 Büchern. Sein jüngstes Buch ist „The Story of Earth“ (Viking Penguin-Verlag).
2017 eröffnete er die Dauerausstellung „Evolution der Minerale“ im NHM Wien.
Die schwarze, die rote, die weiße und die grüne
Erde...
Innerhalb dieser vier Phasen der Erdgeschichte konnten sich die heute
existierenden mehr als 5000 Minerale entwickeln.
Weiter eintauchen...
Um noch tiefer in die Evolution der Minerale einzutauchen, können mit vier eigens dafür entworfenen Online Games spielerisch ganz unterschiedliche Mineralwelten erkundet werden!Mit einem Lichtstrahl kann immer tiefer in die Erde vorgedrungen werden, mit einem Bohrer durch verschiedene Erdschichten gegraben, mit einem Maulwurf können so viele Mineralien wie möglich gesammelt, oder auch Kristalle gezüchtet und Ringe geschmiedet werden.
Viel Spaß!
Seit 5. April 2017 zeigt das Naturhistorische Museum Wien die Evolution der Minerale innerhalb der Mineralogischen Dauerausstellung.
In Saal 1 des NHM Wien können Sie sich die Evolution der Minerale und die dazugehörigen Minerale genau ansehen.
Wir freuen uns auf Ihren Besuch!