Lehrbücher

Lehrbücher:
 Hollemann-Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102.
Auflage. Berlin, New York: de Gruyter, 2007.
 W. Kaim, B. Schwederski: Bioanorganische Chemie. Zur Funktion
chemischer Elemente in Lebensprozessen. Teubner, 4. Auflage 2005.
 L. Sigg, W. Stumm: Aquatische Chemie - eine Einführung in die
Chemie wässriger Lösungen und natürlicher Gewässer. vdf
Hochschulverlag an der ETH Zürich. Teubner, 1996.
Quelle: Robert Kummert/Werner Stumm,
Zürich 1987; Idee nach Tyler Miller, 1971
Quelle: Die Geschichte der
Erdatmosphäre, von
Manfred Schidlowski, 1987
Beweis dafür, dass es in der frühen
Erdatmosphäre keinen Sauerstoff (O2) gab:
In 2,5x109 Jahre alten Flussschottern (Konglomeraten) fand
man Uraninit UO2.
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
[UO2]2+ (Uranyl- Ion) im Gegensatz zum Uraninit gut
wasserlöslich ist.
Auch Schottersteine aus Pyrit FeS2 in solchen Sedimenten
beweisen die Abwesenheit von Sauerstoff.
Wieso enthält die heutige Atmosphäre
O2?
 Die heutige Zusammensetzung der Atmosphäre ist eine Folge des
Lebens auf der Erde.
Entscheidende Bedeutung der Ozeane
für die Entstehung des Lebens
 Wasser ist der Träger aller chemischen Lebensvorgänge in den




Organismen
Wasser löste das atmosphärische CO2 und verhinderte zu großen
Treibhauseffekt
Wasser löste CO2 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)
Photosynthese
CO2 + 2 H2S + Licht
[CH2O] + H2O + 2 S
2 CO2 + 2 H2O + H2S + Licht
2 [CH2O] + H2SO4
CO2 + 2 H2 + Licht
[CH2O] + H2O
photoautotrophe schwefeloxidierende Bakterien (Grüne
Schwefelbakterien und Schwefelpurpurbakterien,
photoautotrophe Wasserstoffbakterien)
CO2 + 2 H2O + Licht
[CH2O] + H2O + O2
Cyanobakterien betreiben oxygene Photosynthese
Viele Prozesse wie die N2- CO2- 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)
 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.
Quelle: Die Geschichte
der Erdatmosphäre,
von Manfred
Schidlowski, 1987
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.
 Die Sauerstoff-Atmung bedeutet gegenüber der Gärung
eine 14x effektivere Ausnutzung der in den
Kohlenhydraten gespeicherten Energie.
 Atmung ist schon bei 1% des heutigen O2 Partialdrucks
möglich.
 Infolge dieses Fortschritts nahm die biologische
Aktivität und damit auch die Sauerstoff-Produktion
sprunghaft zu.
Fe(III) ist im Meerwasser extrem schwer löslich
Liu and Millero, 2002
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 H2S
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.
Transport und Verteilung von Metallen in
Gewässern und Sedimenten
•Fällung und Auflösung von Carbonaten
•Hydrolyse und Bildung schwerlöslicher Oxide und Hydroxide
• Komplexbildung mit gelösten organischen Liganden
• Adsorption an Partikeloberflächen
•Redoxprozesse
•Biomethylierung
CO2
 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(HCO3)2 transportiert
 CaCO3 wird in Seen und im Ozean ausgefällt
Kohlenstoff-Flüsse (1015 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 CO2 der Atmosphäre ausgetauscht
 Anthropogene CO2 Freisetzung aus fossilen Brennstoffen 7
Es bedarf eines Überschusses der
Photosyntheserate über die Atmungsrate:
Der reduzierte Kohlenstoff wird nicht zur Gänze wieder zu CO2
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.
Schematische Darstellung von Manfred Schidlowski
0,03% der Masse der
Erdkruste ist
Kohlenstoff
Das Carbonatsystem der Ozeane
und Binnengewässer
HCO3-, CO32-
Enthält 60x soviel Kohlenstoff wie die Atmosphäre
Ist das größte Kohlenstoffreservoir der Biosphäre
Quelle: Ott
Bei der Verwitterung der Silicate der Erdkruste wird CO2
verbraucht:
z.B. Kalkfeldspat (Anorthit)
CaAl2Si2O8 + 2 H2O + 2 CO2 = H2Al2Si2O8 + Ca(HCO3)2
(gelöst)
Beim Ausfallen der Carbonate im Ozean
wird die Hälfte des bei der Verwitterung
der Silicate verbrauchten CO2 wieder frei:
Ca2+ + 2 HCO3- = CaCO3 + H2O + CO2
Meerwasser:
________
Süßwasser:
---------
Geochemischer Carbonat-Silicat Kreislauf
Verwitterung von Kalk- oder Silicatgestein verbraucht CO2
Ca2SiO4+4 H2O+4 CO2→2 Ca(HCO3)2+Si(OH)4 (gelöst)
Im Meer scheidet sich Kalk ab
2 Ca(HCO3)2→2 CaCO3↓+2 H2O+2 CO2↑
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 CaCO3+SiO2→Ca2SiO4+2 CO2↑
The carbonate-silicate cycle, which plays a key role in stabilizing
Earth's climate over long time scales
Quelle: J. F. Kasting
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+,
Mg2+, Cl-, Fe2+/3+,Mn2+, Zn2+, Cu2+ u. a.
mol L-1 atm-1
Verwitterung von Calcit, offenes System (bei
101 325 Pa = Normaldruck)
 0.038% v/v CO2 in der Atmosphäre
pH=8.3
[Ca2+] = 5x10-4 mol/L entspricht 2.8°dH
 3% v/v CO2 in der Bodenluft
pH = 7.02
[Ca2+] = 2.8x10-3 mol/L entspricht 15.7°dH
Effekt der Landpflanzen auf die
Verwitterung
 Durch den (mikrobiellen) Abbau von Pflanzenresten im Boden wird CO2
produziert und in der Bodenlösung angereichert
 Die Anwesenheit der Vegetation beschleunigt die CO2-Verwitterung daher um
das 100 – 150 fache
 Dadurch entzieht ein Wald-Ökosystem in Österreich der
Atmosphäre im Jahr ca. 20 g C/m2 also 200 kg C/ha
 Dieser Kohlenstoff wird als Ca(HCO3)2 ins Meer transportiert und dort als
CaCO3 ausgefällt. Die Hälfte des gebundenen CO2 wird dabei frei, die andere
Hälfte in den Carbonatsedimenten dauerhaft gespeichert.
Quelle:
Peter A. Raymond
Nature 436, p. 469, 2005
Die Flüsse sind “netto-heterotroph“, d.h. sie sind gegenüber
der Atmosphäre CO2 übersättigt und können daher viel
Ca(HCO3)2 aus der kontinentalen Kohlensäure-Verwitterung
in Lösung halten und in die Ozeane transportieren.
Quelle: Biologische Station Lunz/See
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 CO2 schneller produzieren oder konsumieren als der CO2
Transfer zwischen der Atmosphäre und dem Wasser erfolgt.
 Bildung und Auflösung von CaCO3 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.
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.
Schwermetall-Entgiftungsstrategien der
Organismen
 Enzymatische Umwandlungen von toxischen zu weniger toxischen oder flüchtigen Spezies:
 Hg2+→Hg0
 As(OH)3→(CH3)3As+-CH2COO- “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
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.
Hg als umweltrelevantes Schwermetall
4x10-5 Massen% Hg in der Erdkruste
Hg22+ ↔Hg0 + Hg2+
sehr schwerlösliche Minerale: Hg2Cl2 und HgS
HSAB-Prinzip → Thiophilie des Quecksilbers: Starke
Wechselwirkung mit schwefelhaltigen Liganden
z.B. Thiole = „Mercaptane“ = Quecksilberfänger
Quecksilberdampfdruck in Abhängigkeit von der Temperatur
Metallisches
Quecksilber ist
gegenüber
Luftsauerstoff bei
Raumtemperatur
stabil: keine
Oxidhaut
Bei 20°C im Gleichgewicht 13,6 mg/m3 Hg in der Luft
MAK-Wert: 0,1 mg/m3
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 Hg ( NO2 )2  2H 2O
 Gedächtnisverlust
 Bei extrem hoher Belastung: Lähmung, Taubheit, Blindheit,
Tod
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
 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
 Quecksilber(II)verbindungen bilden mit vielen in Gewässern
vorkommenden Anionen stabile Komplexe, dadurch kann die
Wasserlöslichkeit stark erhöht werden.
 mit Halogenidionen: HgX3-, HgX42- (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
Huminstoffe: ubiquitär in aquatischen Systemen,
binden Schwermetalle
Funktionen:
1. Entgiftung
2. Transport
Bindungsformen:
1. Sorption
2. “non-exchangable binding“
Organische Quecksilberverbindungen
•Wichtig ist ausschließlich die Oxidationsstufe +II
•Monoorganyle RHgX, Diorganyle R2Hg
•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
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 H2O + 2 e- → RH + HX + 2 OH- + Hg0
Homolyse: R2Hg → 2 R· + Hg0
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
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 (CH3-) auf
Quecksilber(II) übertragen
werden. Beim Übergang der
Methylgruppe wird die
Oxidationsstufe des
Quecksilbers nicht
verändert.
Entstehung von Dimethylquecksilber bei der Zersetzung
von Monomethylquecksilber in Anwesenheit von H2S
(H2S wird durch die mikrobielle Sulfatreduktion in
reduzierenden Sedimenten gebildet):
2 CH3Hg+ + S2- → CH3Hg-S-HgCH3 → (CH3)2Hg + HgS
Eigenschaft
Hg0
Wasserlöslichkeit
g/L bei 25°C
6·10-5
5
Dampfdruck
Pa bei 25°C
0,25
1,76
CH3HgCl (CH3)2Hg
HgCl2
Hg2Cl2
HgS
3
73
4·10-4
1,9·10-24
8300
0,016
1,3·10-8
nicht
messbar
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 CH3Hg+ das wenig
dissoziierte CH3HgCl Molekül, das wegen seiner
Fettlöslichkeit gut resorbierbar ist
Grenzwerte
 Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat eine „vorläufig
duldbare wöchentliche Aufnahmemenge“ für
Methylquecksilber von 1,6 μg/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 μg/kg Körpergewicht nicht zu überschreiten.
Toxische Wirkung
Anorganische Hg-Verbindungen:
Giftigkeit hängt von der Wasserlöslichkeit der
jeweiligen Verbindung ab.
Hg2+ ist bei pH 7 in Wasser leicht löslich und
bildet mit den in Körperflüssigkeiten häufiger
vorkommenden Anionen keine unlöslichen
Verbindungen.
Hg2+ 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.
6500 g/mol, 35% Cystein-Anteil.
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-HirnSchranke und Plazenta-Membran zu überwinden.
Wirkungsweise von Methylquecksilber im menschlichen Körper
Bioakkumulation und Biomagnifikation von Quecksilber
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.
Die häufigsten Elemente in der Erdkruste
Element
O
Si
Al
Massen%
47,0
26,9
8,1
Vol%
88,2
0,32
0,55
Fe3+
1,8
0,32
Fe2+
Ca
Mg
Na
K
3,3
5,0
2,3
2,1
1,9
1,08
3,42
0,60
1,55
3,49
Tabelle
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.
Kugelmodelle: SiO4 Tetraeder und FeO6 Oktaeder
nur die obere Darstellung ist maßstäblich, in den unteren
Darstellungen sind die Sauerstoffionen verkleinert.
Silicatstrukturen: Ketten- Band- und Schichtsilicate
(Tetraedermodell)
Quelle:
Scheffer/Schachtschabel
Quelle:
Scheffer/Schachtschabel
Glimmerstruktur
Quelle:
Scheffer/Schachtschabel
Tetraedermodell eines Albits
Natronfeldspat NaAlSi3O8
Quelle: Scheffer/Schachtschabel
Primäre Silicate
 Erguss- oder Eruptivgesteine: rasch abgekühlt
 Tiefengesteine: langsam abgekühlt
 Für das Magma ist die Bindung großer Mengen
leichtflüchtiger Bestandteile (Gase) charakteristisch, wie
H2O, H2S, Cl2, Schwermetallchloride, CO2.
 Diese entweichen bei den Ergussgesteinen
Quelle: Scheffer/Schachtschabel
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
Gelöste Kieselsäure
 Flusswasser und Meerwasser enthalten gelöste Kieselsäure in sehr






geringen Konzentrationen
Daher keine chemische Ausfällung
Im SiO2 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
(1010 Tonnen SiO2 jährlich)
Im Süßwasser bildet sich poröse Diatomeenerde (Kieselgur)
Diatomeen (=Kieselalgen) liefern 20 -25% der gesamten
Primärproduktion der Erde!
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