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Lehrbücher: Hollemann-Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage. Berlin, New York: de Gruyter, 2007. W. Kaim, B. Schwederski: Bioanorganische.

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1 Lehrbücher: Hollemann-Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage. Berlin, New York: de Gruyter, W. Kaim, B. Schwederski: Bioanorganische Chemie. Zur Funktion chemischer Elemente in Lebensprozessen. Teubner, 4. Auflage L. Sigg, W. Stumm: Aquatische Chemie - eine Einführung in die Chemie wässriger Lösungen und natürlicher Gewässer. vdf Hochschulverlag an der ETH Zürich. Teubner, 1996.

2 Quelle: Robert Kummert/Werner Stumm, Zürich 1987; Idee nach Tyler Miller, 1971

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4 Quelle: Die Geschichte der Erdatmosphäre, von Manfred Schidlowski, 1987

5 Beweis dafür, dass es in der frühen Erdatmosphäre keinen Sauerstoff (O 2 ) gab: In 2,5x10 9 Jahre alten Flussschottern (Konglomeraten) fand man Uraninit UO 2. Die Körnchen wurden von Flüssen im Geröll weite Strecken transportiert und dabei charakteristisch abgerundet. Hätte die Atmosphäre Sauerstoff enthalten, so wäre das Uran(IV) rasch zu Uran(VI) oxidiert worden. Die Körnchen hätten sich aufgelöst, weil das entstehende [UO 2 ] 2+ (Uranyl- Ion) im Gegensatz zum Uraninit gut wasserlöslich ist. Auch Schottersteine aus Pyrit FeS 2 in solchen Sedimenten beweisen die Abwesenheit von Sauerstoff.

6 Wieso enthält die heutige Atmosphäre O 2 ? Die heutige Zusammensetzung der Atmosphäre ist eine Folge des Lebens auf der Erde.

7 Entscheidende Bedeutung der Ozeane für die Entstehung des Lebens Wasser ist der Träger aller chemischen Lebensvorgänge in den Organismen Wasser löste das atmosphärische CO 2 und verhinderte zu großen Treibhauseffekt Wasser löste CO 2 und alle anderen Nährstoffe Wasser wirkte aufgrund seiner hohen Wärmekapazität 4,1826 J/(K. g) stabilisierend auf das irdische Klima Wasser absorbierte das kurzwellige UV (200nm – 290nm) (die ersten Organismen lebten unter einer 10 m dicken Wasserschicht (UV Filter entspricht der heutigen Atmosphäre)

8 CO H 2 S + Licht [CH 2 O] + H 2 O + 2 S 2 CO H 2 O + H 2 S + Licht 2 [CH 2 O] + H 2 SO 4 CO H 2 + Licht [CH 2 O] + H 2 O CO H 2 O + Licht[CH 2 O] + H 2 O + O 2 photoautotrophe schwefeloxidierende Bakterien (Grüne Schwefelbakterien und Schwefelpurpurbakterien, photoautotrophe Wasserstoffbakterien) Cyanobakterien betreiben oxygene Photosynthese Photosynthese

9 Viele Prozesse wie die N 2 - CO 2 - und S-Assimilation waren bereits von Anbeginn des Lebens mit Lichtreaktionen, einem Elektronenfluss und ATP verbunden. Aber erst die Kopplung zweier lichtgetriebener Reaktionen, d.h. die Kopplung zweier Photosysteme erzeugte die notwendige Energie für die Oxidation von Wasser und die Freisetzung von Sauerstoff. Die mikropaläontologisch-morphotypischen Funde in ältesten Gesteinen (3,5 Milliarden Jahre alt) weisen darauf hin, dass cyanobakterielle Ökosysteme sehr bald die frühe Erde beherrscht haben. (Manfred Schidlowski, 1998)

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11 Die biologische Kohlenstoff-Fixierung durch die archaischen Stromatolithen zeigt, dass prokaryotisches Mikrobenthos die Erde schon vor etwa 3,5 Milliarden Jahren beherrscht hat. Die Archaisch-Proterozoischen Funde bestehen hauptsächlich aus Cyanobakterien. Vergleichbare mikrobielle Gesellschaften gehören zu den produktivsten Ökosystemen der heutigen Biosphäre. Besonders die benthischen (= auf dem Meeresboden lebenden) Cyanobakterien können die erstaunliche Primärproduktivität von 10g C/m² am Tag erreichen. Die Photosynthese hat daher in quantitativer Hinsicht während der nachfolgenden Evolution des Leben nur wenig an Wichtigkeit dazu gewonnen.

12 Quelle: Die Geschichte der Erdatmosphäre, von Manfred Schidlowski, 1987

13 Die Glykolyse ist der einzige metabolische Weg, den alle Organismen gemeinsam haben, was auf seine sehr frühe Entstehung hinweist; existierte bereits in den ersten Procaryoten vor 3,5-3,8 Milliarden Jahren.

14 Die Sauerstoff-Atmung bedeutet gegenüber der Gärung eine 14x effektivere Ausnutzung der in den Kohlenhydraten gespeicherten Energie. Atmung ist schon bei 1% des heutigen O 2 Partialdrucks möglich. Infolge dieses Fortschritts nahm die biologische Aktivität und damit auch die Sauerstoff-Produktion sprunghaft zu.

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18 Fe(III) ist im Meerwasser extrem schwer löslich Liu and Millero, 2002

19 Mangel an bioessentiellen Metallen im Ozean vor 2 Milliarden Jahren bis vor 1 Milliarde Jahren fehlte weitgehend eine globale Zirkulation des Weltozeans. Gleichzeitig begann vor 2 Milliarden Jahren die Sulfat-Zufuhr zum Ozean durch die einsetzende oxidative Verwitterung der Gesteine der Kontinente. Durch dissimilatorische Sulfatreduktion entstanden hohe H 2 S Gehalte in tieferen sauerstofffreien Wasserschichten, dies führte zur Bildung schwerlöslicher Sulfide von Mo, Fe, Cu, Zn. Durch den Mangel an Mikronährstoffen im Ozean verzögerte sich die Entwicklung der Eukaryoten, die erst vor 1,4 Milliarden Jahren die Bildfläche betraten.

20 Fällung und Auflösung von Carbonaten Hydrolyse und Bildung schwerlöslicher Oxide und Hydroxide Komplexbildung mit gelösten organischen Liganden Adsorption an Partikeloberflächen Redoxprozesse Biomethylierung Transport und Verteilung von Metallen in Gewässern und Sedimenten

21 CO 2 Kohlendioxid steht im Zentrum der geochemischen Kreisläufe spielt eine zentrale Rolle in der Biosphäre: Photosynthese – Respiration und in geochemischen Prozessen, welche Gesteine auflösen und Minerale bilden In der Hydrosphäre wird Kohlenstoff vor allem als Ca(HCO 3 ) 2 transportiert CaCO 3 wird in Seen und im Ozean ausgefällt

22 Kohlenstoff-Flüsse (10 15 g/a) Netto-Primärproduktion der terrestrischen Biosphäre 57 – 58 Netto-Primärproduktion der marinen Biosphäre 54 – 59 Bildung von Kalkskeletten im Ozean (Coccolithophoriden, Foraminiferen, Kalkalgen, Korallen) 1 Marine physikalische Kohlenstoffpumpe 40 Marine biologische Kohlenstoffpumpe 11 – 16 C-Speicherung in Böden 1 Diese natürlichen Senken werden durch natürliche Quellen (Atmung, Vulkanismus, Ausgasen aus dem Meer) kompensiert In 5 Jahren wird das gesamte CO 2 der Atmosphäre ausgetauscht Anthropogene CO 2 Freisetzung aus fossilen Brennstoffen 7

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26 Es bedarf eines Überschusses der Photosyntheserate über die Atmungsrate: Der reduzierte Kohlenstoff wird nicht zur Gänze wieder zu CO 2 oxidiert, sondern wandert zum Teil ins Sediment, wo er vor Oxidation geschützt ist. So kann der Sauerstoffverbrauch durch die Oxidation reduzierender Krustenbestandteile und reduzierender vulkanischer Gase ausgeglichen werden.

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28 Schematische Darstellung von Manfred Schidlowski

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30 0,03% der Masse der Erdkruste ist Kohlenstoff

31 Das Carbonatsystem der Ozeane und Binnengewässer HCO 3 -, CO 3 2- Enthält 60x soviel Kohlenstoff wie die Atmosphäre Ist das größte Kohlenstoffreservoir der Biosphäre

32 Quelle: Ott

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34 Bei der Verwitterung der Silicate der Erdkruste wird CO 2 verbraucht: z.B. Kalkfeldspat (Anorthit) CaAl 2 Si 2 O H 2 O + 2 CO 2 = H 2 Al 2 Si 2 O 8 + Ca(HCO 3 ) 2 (gelöst) Beim Ausfallen der Carbonate im Ozean wird die Hälfte des bei der Verwitterung der Silicate verbrauchten CO 2 wieder frei: Ca HCO 3 - = CaCO 3 + H 2 O + CO 2

35 Meerwasser: ________ Süßwasser:

36 Geochemischer Carbonat-Silicat Kreislauf Verwitterung von Kalk- oder Silicatgestein verbraucht CO 2 Ca 2 SiO 4 +4 H 2 O+4 CO 2 →2 Ca(HCO 3 ) 2 +Si(OH) 4 (gelöst) Im Meer scheidet sich Kalk ab 2 Ca(HCO 3 ) 2 →2 CaCO 3 ↓+2 H 2 O+2 CO 2 ↑ Es bilden sich Kalksedimente. In diesem Reservior verbleibt der Kohlenstoff Jahrmillionen. An den Kontinentalrändern schiebt sich der Meeresboden unter die Landmassen (Subduktion), unter hohen Drucken und Temperaturen reagiert dort das Calciumcarbonat mit Quarz 2 CaCO 3 +SiO 2 →Ca 2 SiO 4 +2 CO 2 ↑

37 The carbonate-silicate cycle, which plays a key role in stabilizing Earth's climate over long time scales Quelle: J. F. Kasting

38 Verwitterung: Ursache der Wasserhärte und der Fruchtbarkeit von Boden und Gewässern „Temporäre Härte“ (= Carbonathärte): Anteil an Calcium- und Magnesiumhydrogencarbonat „Permanente Härte“ (=Sulfathärte): erfasst die gelösten Calcium- und Magnesiumsalze der Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure u.a. Pflanzennährstoffe werden freigesetzt: Sulfat, Phosphat, Kieselsäure, K +, Mg 2+, Cl -, Fe 2+/3+,Mn 2+, Zn 2+, Cu 2+ u. a.

39 mol L -1 atm -1

40 Verwitterung von Calcit, offenes System (bei Pa = Normaldruck) 0.038% v/v CO 2 in der Atmosphäre pH=8.3 [Ca 2+ ] = 5x10 -4 mol/L entspricht 2.8°dH 3% v/v CO 2 in der Bodenluft pH = 7.02 [Ca 2+ ] = 2.8x10 -3 mol/L entspricht 15.7°dH

41 Effekt der Landpflanzen auf die Verwitterung Durch den (mikrobiellen) Abbau von Pflanzenresten im Boden wird CO 2 produziert und in der Bodenlösung angereichert Die Anwesenheit der Vegetation beschleunigt die CO 2 -Verwitterung daher um das 100 – 150 fache Dadurch entzieht ein Wald-Ökosystem in Österreich der Atmosphäre im Jahr ca. 20 g C/m 2 also 200 kg C/ha Dieser Kohlenstoff wird als Ca(HCO 3 ) 2 ins Meer transportiert und dort als CaCO 3 ausgefällt. Die Hälfte des gebundenen CO 2 wird dabei frei, die andere Hälfte in den Carbonatsedimenten dauerhaft gespeichert.

42 Die Flüsse sind “netto-heterotroph“, d.h. sie sind gegenüber der Atmosphäre CO 2 übersättigt und können daher viel Ca(HCO 3 ) 2 aus der kontinentalen Kohlensäure-Verwitterung in Lösung halten und in die Ozeane transportieren. Quelle: Peter A. Raymond Nature 436, p. 469, 2005

43 Quelle: Biologische Station Lunz/See

44 Carbonatsystem der Gewässer: Geschwindigkeit der Gleichgewichtseinstellung Thermodynamisches Gleichgewicht stellt sich in der wässrigen Lösung im Allgemeinen rasch ein Gewässer sind meist nicht im Gleichgewicht mit der Atmosphäre, weil biologische Prozesse im Wasser CO 2 schneller produzieren oder konsumieren als der CO 2 Transfer zwischen der Atmosphäre und dem Wasser erfolgt. Bildung und Auflösung von CaCO 3 können verzögert erfolgen Metastabile Gleichgewichte: Aragonit (orthorhombisch) ist in einem natürlichen Wasser thermodynamisch weniger stabil als Calcit (trigonal). Unter bestimmten Bedingungen kann sich Aragonit gegenüber Calcit metastabil verhalten.

45 Metallionen in Gewässern Durch die zivilisatorischen Tätigkeiten sind die geochemischen Kreisläufe einer Anzahl metallischer Elemente beschleunigt natürlichen Flüsse: durch Verwitterung der Gesteine, vulkanische Emissionen, Verbreitung natürlicher Aerosole aus Böden und Meerwasser Die anthropogenen Flüsse übersteigen oft die natürlichen Flüsse. Die Gewässer sind dadurch besonders betroffen Anthropogene Quellen für Schwermetalle sind z.B. Erzgewinnung, metallverarbeitende Industrien, Verbrennung fossiler Brennstoffe, Zementproduktion Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe werden z.B. die Flüsse von As, Cd, Se, Hg, Zn in die Atmosphäre stark erhöht. Dadurch werden auch die Konzentrationen dieser Elemente im Wasser und in den Böden erhöht.

46 Schwermetall-Entgiftungsstrategien der Organismen Enzymatische Umwandlungen von toxischen zu weniger toxischen oder flüchtigen Spezies: Hg 2+ → Hg 0 As(OH) 3 → (CH 3 ) 3 As + -CH 2 COO - “ Arsenobetain“ Spezielle Membranen können den Durchtritt von Metallionen in besonders gefährdete Bereiche wie Gehirn, Fetus verhindern Hochmolekulare Verbindungen wie z. B. die Metallthionein-Proteine (=kleine Proteine mit hohem Cysteinanteil von 20-30%) können toxische Metallionen binden und damit aus dem Verkehr ziehen

47 Speziierung der Schwermetalle in der Umwelt Gelöst oder an feste bzw. kolloidale Phasen gebunden Komplexbildung mit verschiedenen Liganden in Lösung Verschiedene Redoxzustände Metallorganische Verbindungen Das Schicksal von Schwermetallen in den Gewässern hängt von der Speziierung ab (z.B. Transport in die Sedimente, Mobilisierung aus Sedimenten, Infiltration ins Grundwasser, Anreicherung in Organismen) Die Toxizität ist stark von der jeweiligen chemischen Spezies abhängig.

48 Hg als umweltrelevantes Schwermetall 4x10 -5 Massen% Hg in der Erdkruste Hg 2 2+ ↔Hg 0 + Hg 2+ sehr schwerlösliche Minerale: Hg 2 Cl 2 und HgS HSAB-Prinzip → Thiophilie des Quecksilbers: Starke Wechselwirkung mit schwefelhaltigen Liganden z.B. Thiole = „Mercaptane“ = Quecksilberfänger

49 Quecksilberdampfdruck in Abhängigkeit von der Temperatur Bei 20°C im Gleichgewicht 13,6 mg/m 3 Hg in der Luft MAK-Wert: 0,1 mg/m 3 Metallisches Quecksilber ist gegenüber Luftsauerstoff bei Raumtemperatur stabil: keine Oxidhaut

50 Chronische Quecksilbervergiftung z.B. durch Einatmen von Quecksilberdämpfen oder Stäuben : Durchblutungsstörungen Beeinträchtigung der Koordination z.B. beim Schreiben Erregbarkeit “Mad Hatter Syndrom“ der Hutmacher im 18. und 19. Jh (vgl. Lewis Carrols Alice im Wunderland), sie verwendeten Gedächtnisverlust Bei extrem hoher Belastung: Lähmung, Taubheit, Blindheit, Tod

51 Die außergewöhnlichen Eigenschaften des Quecksilbers gehen darauf zurück, dass die d- und s-Außenelektronen des Hg durch die f- Elektronen der drittinnersten Schale schlecht abgeschirmt werden Und dass durch relativistische Effekte die s-Außenelektronen eine zusätzliche Energieabsenkung erfahren Diese starke Bindung der s-Elektronen an den Kern ist u.a. der Grund dafür, dass im elementaren Quecksilber nur schwache Quecksilber-Quecksilber Wechselwirkungsenergien vorliegen

52 Quecksilberverbindungen haben nur mit sehr harten Basen wie Fluorid und Nitrat den Charakter von Ionenkristallen. In anderen Fällen besitzen die Bindungen des Quecksilbers einen ungewöhnlich hohen kovalenten Anteil → geringe elektrische Leitfähigkeit der wässrigen Lösungen, gute Löslichkeit auch in organischen Lösungsmitteln

53 Quecksilber(II)verbindungen bilden mit vielen in Gewässern vorkommenden Anionen stabile Komplexe, dadurch kann die Wasserlöslichkeit stark erhöht werden. mit Halogenidionen: HgX 3 -, HgX 4 2- (vor allem im Meerwasser) Ungewöhnlich stabile Komplexe mit Huminstoffen („gelöste“ kolloidale Phase in Fließgewässern, Seen, Grundwasser) HS entstehen vor allem aus pflanzlichem Material wie Lignocellulose

54 Huminstoffe: ubiquitär in aquatischen Systemen, binden Schwermetalle Funktionen: 1.Entgiftung 2.Transport Bindungsformen: 1.Sorption 2.“non-exchangable binding“

55 Organische Quecksilberverbindungen Wichtig ist ausschließlich die Oxidationsstufe +II Monoorganyle RHgX, Diorganyle R 2 Hg linear gebaut Kovalente Bindung Hg-C relativ geringe Bindungsenergien 50 – 200 kJ/mol kann leicht homolytisch unter Bildung von Radikalen gespalten werden (thermische oder photolytische Zersetzung) Lebensdauer in der Atmosphäre nur wenige Stunden

56 Synthesechemie: die einfach durchzuführende homolytische Spaltung der Hg-C Bindung wird für die Bildung von Radikalen ausgenutzt. In der Umwelt ist die Hg-C Bindung gegenüber Wasser und Luft weitgehend inert (aus kinetischen Gründen) Charakteristische Abbaureaktionen in der Umwelt: Acidolyse: RHgX + HA → RH + AHgX Reduktion: RHgX + 2 H 2 O + 2 e - → RH + HX + 2 OH - + Hg 0 Homolyse: R 2 Hg → 2 R· + Hg 0

57 Die Bildung des Methylquecksilbers in der Umwelt kann auf biotischem als auch auf abiotischem Weg erfolgen, wobei die biochemische Quecksilbermethylierung durch Mikroorganismen verursacht wird Eine wichtige Bakteriengruppe für die Quecksilbermethylierung sind Sulfat-reduzierende Bakterien in Sedimenten

58 Methylcobalamin Die Methylierung des Quecksilbers erfolgt mit Hilfe von Methylcobalamin. Wird ausschließlich von Mikroorganismen synthetisiert. Besitzt ein Corrin-Ringsystem. Im Fall des Methylcobalamins (MeCoB12) ist das Kobaltion mit einer Methylgruppe substituiert. Diese Methylgruppe kann als Carbanion (CH 3 - ) auf Quecksilber(II) übertragen werden. Beim Übergang der Methylgruppe wird die Oxidationsstufe des Quecksilbers nicht verändert.

59 Entstehung von Dimethylquecksilber bei der Zersetzung von Monomethylquecksilber in Anwesenheit von H 2 S (H 2 S wird durch die mikrobielle Sulfatreduktion in reduzierenden Sedimenten gebildet): 2 CH 3 Hg + + S 2- → CH 3 Hg-S-HgCH 3 → (CH 3 ) 2 Hg + HgS

60 EigenschaftHg 0 CH 3 HgCl(CH 3 ) 2 HgHgCl 2 Hg 2 Cl 2 HgS Wasser- löslichkeit g/L bei 25°C 6· · ,9· Dampfdruck Pa bei 25°C 0,251, ,0161,3·10 -8 nicht messbar

61 Aufnahme mit der Nahrung: gelangt vor allem beim Verzehr von Pilzen, Fischen und Meerestieren über organische Quecksilberverbindungen in den Körper. Mit der Magensäure entsteht aus CH 3 Hg + das wenig dissoziierte CH 3 HgCl Molekül, das wegen seiner Fettlöslichkeit gut resorbierbar ist

62 Grenzwerte Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat eine „vorläufig duldbare wöchentliche Aufnahmemenge“ für Methylquecksilber von 1,6 μ g/kg Körpergewicht festgelegt, ein Erwachsener mit 70 kg Körpergewicht kann von Fisch mit einem Quecksilbergehalt am gesetzlich festgelegten Grenzwert von 1 mg/kg fettreichem Fisch nur 112 g pro Woche essen, um die wöchentlich tolerierbare Dosis von 1,6 μ g/kg Körpergewicht nicht zu überschreiten.

63 Toxische Wirkung Anorganische Hg-Verbindungen: Giftigkeit hängt von der Wasserlöslichkeit der jeweiligen Verbindung ab. Hg 2+ ist bei pH 7 in Wasser leicht löslich und bildet mit den in Körperflüssigkeiten häufiger vorkommenden Anionen keine unlöslichen Verbindungen. Hg 2+ tritt mit den Thiol- und Disulfideinheiten der Proteine in Wechselwirkung, blockiert aktive Zentren, verändert Strukturen von Enzymen. Körpereigene Entgiftung durch Binden an Metallthioneine: Proteine, Molekulargewicht ca g/mol, 35% Cystein-Anteil.

64 Organische Quecksilberverbindungen Größte toxische Wirkung wegen des ambivalent lipophilen/hydrophilen Charakters Resorptionsrate bei oraler Aufnahme bis 95% Am giftigsten ist Methylquecksilber(II) wegen der (kinetisch) stabilen Hg-C Bindung Weniger stabile quecksilberorganische Verbindungen werden im Körper zu anorganischem Quecksilber metabolisiert und wirken daher eher wie dieses Wegen seines lipophilen/hydrophilen Charakters ist Methylquecksilber(II)chlorid in der Lage, biologische Membranen zu durchdringen und sogar die Blut-Hirn- Schranke und Plazenta-Membran zu überwinden.

65 Wirkungsweise von Methylquecksilber im menschlichen Körper

66 Bioakkumulation und Biomagnifikation von Quecksilber

67 Bioakkumulation = Anreicherung von Toxinen gegenüber dem Medium (Wasser). Biomagnifikation = Anreicherung von Toxinen mit steigendem trophischem Niveau, z.B. lipophile Organometallverbindungen, die sich der Exkretion über Metallthioneine entziehen.

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69 ElementMassen%Vol% O47,088,2 Si26,90,32 Al8,10,55 Fe 3+ 1,80,32 Fe 2+ 3,31,08 Ca5,03,42 Mg2,30,60 Na2,11,55 K1,93,49 Die häufigsten Elemente in der Erdkruste

70 Tabelle

71 Silicate Silicate sind die dominierenden gesteinsbildenden Minerale in der Erdkruste. Primäre Silicate: sind aus dem Magma durch Erstarrung hervorgegangen. Sekundäre Silicate: metamorphe Gesteine sowie die durch Verwitterung der primären Silicate entstandenen Tonminerale.

72 Kugelmodelle: SiO 4 Tetraeder und FeO 6 Oktaeder nur die obere Darstellung ist maßstäblich, in den unteren Darstellungen sind die Sauerstoffionen verkleinert.

73 Silicatstrukturen: Ketten- Band- und Schichtsilicate (Tetraedermodell) Quelle: Scheffer/Schachtschabel

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75 Glimmerstruktur Quelle: Scheffer/Schachtschabel

76 Tetraedermodell eines Albits Natronfeldspat NaAlSi 3 O 8 Quelle: Scheffer/Schachtschabel

77 Primäre Silicate Erguss- oder Eruptivgesteine: rasch abgekühlt Tiefengesteine: langsam abgekühlt Für das Magma ist die Bindung großer Mengen leichtflüchtiger Bestandteile (Gase) charakteristisch, wie H 2 O, H 2 S, Cl 2, Schwermetallchloride, CO 2. Diese entweichen bei den Ergussgesteinen

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82 Quelle: Scheffer/Schachtschabel

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87 Bedeutung der Silicatverwitterung Natürliche Fruchtbarkeit und Elektrolytgehalt von Böden Überführung der Kieselsäure in Lösung Anreicherung von Alkali- und Erdalkalimetall-Ionen in Wässern Bildung von austauschaktiven Tonmineralen

88 Gelöste Kieselsäure Flusswasser und Meerwasser enthalten gelöste Kieselsäure in sehr geringen Konzentrationen Daher keine chemische Ausfällung Im SiO 2 Kreislauf des Ozeans ist Ausfällung von Kieselsäure nur durch Organismen möglich! Radiolarien, Diatomeen und Kieselschwämme bauen ihre Skelette aus Opal auf Es setzen sich schließlich Diatomeen- und Radiolarienschlämme ab (10 10 Tonnen SiO 2 jährlich) Im Süßwasser bildet sich poröse Diatomeenerde (Kieselgur) Diatomeen (=Kieselalgen) liefern % der gesamten Primärproduktion der Erde!

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90 Tonminerale (Sekundärsilicate) Bilden sich inkongruent aus den Primärsilicaten im Kontakt mit der Verwitterungslösung Oder kongruent aus übersättigten Lösungen Ihre Zusammensetzung variiert über weite Bereiche, entsprechend dem Grad der Verwitterung

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