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Fund aus Tirol bringt neue Sicht auf geologisches Rätsel um Mineral

12.12.2018

Auf der Erdoberfläche sollte eigentlich das Mineral Calcit die bevorzugte kristalline Form von Calciumcarbonat (CaCO3) sein. Allerdings tritt das weniger stabile Aragonit auch sehr häufig auf. Ein Fund aus einer Tiroler Höhle öffnet Forschern nun eine neue Perspektive auf das Mineral. Sie entdeckten eine Aragonit-Vorform und berichten darüber im Fachblatt "Science Advances".

Die Frage, warum Aragonit im Ozean oder in einigen Gegenden am Festland so häufig ist, beschäftigt die Wissenschaft bereits mehrere Jahrzehnte. Wirkt etwa Druck auf das Mineral oder ist es lediglich geringen Zusätzen an gelösten Stoffen ausgesetzt, wandelt sich das "metastabile" Aragonit nämlich rasch in stabiles Calcit um. Trotzdem bestehen etwa Schalen von Muscheln und Schnecken oder die Skelette von Korallen aus Aragonit.

Ein Team um Peter Nemeth vom Institute of Minerals and Environmental Chemistry in Budapest, dem auch Christoph Spötl vom Institut für Geologie der Uni Innsbruck angehörte, machte in der Obstanser Eishöhle in Osttirol eine unerwartete Entdeckung, die ein neues Kapitel in der Auseinandersetzung des Minerals aufschlägt. "Es ist sehr interessant, dass ausgerechnet in diesem kalten Loch in Osttirol dieser Fund gemacht werden konnte. Vielleicht ist das auch ein Hinweis, dass man wirklich in diese Extrembereiche hineinschauen muss, um dort etwas über das große Bild zu lernen", sagte Spötl zur APA.

In der Obstanser Eishöhle entsteht bei sehr tiefen Temperaturen Aragonit. "Diese CaCO3-Ablagerungen bilden sich sehr langsam in einer geschützten und stabilen Umgebung. Höhlen bieten daher perfekte natürliche Labore, um den Prozess der Karbonatbildung zu untersuchen", so Nemeth.

Kleinste Gesteinsmengen gesammelt

Mit einer speziellen Methode sammelten die Wissenschafter kleinste Mengen des neu gebildeten Gesteins. In Analysen mit dem Elektronenmikroskop wurde klar, dass die nur Nanometer (Millionstel Millimeter, Anm.) kleinen Proben mitunter erhebliche Mengen an Magnesium enthielten. "Magnesium ist ein Element, das eigentlich nicht in die Kristallstruktur von Aragonit passt", so Spötl. Darüber hinaus zeigten sich im Zuge der Analysen auch einige andere Muster, die nicht zu Aragonit passten.

Es stellte sich heraus, dass es die Forscher mit einem neuen Nano-Kristalltyp zu tun hatten, den sie als monoklinen Aragonit (mAra) beschrieben. mAra weist eine andere Struktur als das "übliche" Aragonit auf und kann an jenen Stellen im Verbund, an denen normalerweise Calcium und Carbonat sitzen, Magnesium-Atome und Hydroxylgruppen beherbergen. Die neu entdeckte sogenannt "nanokristalline polymorphe Phase von Calciumcarbonat" weist auch eine geringere Symmetrie als Aragonit auf.

Die Forscher deuten ihre Ergebnisse dahingehend, dass es sich bei mAra um einen Vorläufer des metastabilen Aragonits handelt. Im Zuge des weiteren Wachstums der Kristalle wird die Struktur instabil, das Magnesium und die Hydroxylgruppen werden abgegeben, und es entsteht herkömmliches Aragonit. Das Team geht davon aus, dass es diesen Vorgang nicht nur in besagter Höhle gibt, dieser Zwischenschritt in der Mineral-Entstehung bisher aber auch aufgrund des Fehlens neuer wissenschaftlicher Methoden noch nicht entdeckt wurde. Das Rätsel um die unerwartete Häufigkeit von Aragonit sei damit jedoch noch nicht gelöst: "Wir haben hier eine kleine Büchse aufgemacht, in der vermutlich noch mehr drinnen ist", so Spötl.

Service: https://dx.doi.org/10.1126/sciadv.aau6178

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