4 Fragen zu Geochemie

Sedimentieren ist der Prozess, bei dem Partikel oder Feststoffe in einer Flüssigkeit aufgrund der Schwerkraft absinken und sich am Boden ablagern. Dieser Vorgang tritt häufig in Gewässern auf, wenn Schwebstoffe, wie Sand, Schlamm oder organische Materialien, durch die Bewegung des Wassers transportiert werden und schließlich zur Ruhe kommen. Sedimentieren ist ein wichtiger Teil des natürlichen Kreislaufs in Ökosystemen und spielt auch eine Rolle in verschiedenen industriellen Prozessen, wie der Wasseraufbereitung oder der Geologie, wo Sedimente die geologischen Schichten bilden.

Um die verschiedenen Modelle des Krustenwachstums zu prüfen, sind mehrere geochemische Parameter von Bedeutung. Dazu gehören: 1. **Elemente**: - **Silizium (Si)**: Ein Hauptbestandteil der Erdkruste, dessen Gehalt Aufschluss über die Zusammensetzung der Kruste geben kann. - **Aluminium (Al)**: Hilfreich zur Bestimmung der Differenzierung und der Gesteinsarten. - **Eisen (Fe)**: Wichtig für die Untersuchung der Redoxbedingungen und der magmatischen Prozesse. - **Magnesium (Mg)**: Dient zur Analyse der Ursprünge von magmatischen Gesteinen. - **Calcium (Ca)** und **Natrium (Na)**: Relevant für die Klassifizierung von Gesteinen und deren Entwicklung. 2. **Isotopenverhältnisse**: - **Strontium-Isotope (87Sr/86Sr)**: Nützlich zur Untersuchung der Herkunft und der Alterung von Gesteinen. - **Neodym-Isotope (143Nd/144Nd)**: Bieten Einblicke in die Quellen und die Evolution der Kruste. - **Blei-Isotope (206Pb/204Pb, 207Pb/204Pb, 208Pb/204Pb)**: Helfen bei der Rekonstruktion der geologischen Geschichte und der Differenzierung von Gesteinen. - **Kohlenstoff- und Sauerstoffisotope (δ13C, δ18O)**: Relevant für die Untersuchung von sedimentären Prozessen und der Wechselwirkungen zwischen Lithosphäre und Atmosphäre. 3. **Trace-Elemente**: - Elemente wie Zirkon (Zr), Hafnium (Hf) und Lanthan (La) können ebenfalls wichtige Informationen über die geochemischen Prozesse und die Herkunft von Gesteinen liefern. Die Kombination dieser Parameter ermöglicht es, verschiedene Hypothesen über das Krustenwachstum zu testen und die geodynamischen Prozesse, die zur Bildung und Entwicklung der Erdkruste führen, besser zu verstehen.

Die mittlere geochemische Zusammensetzung der kontinentalen Kruste variiert zwischen der unteren und oberen Kruste. 1. **Obere kontinentale Kruste**: Diese besteht hauptsächlich aus granitischen Gesteinen, die typischerweise eine andesitische bis granitische Zusammensetzung aufweisen. Die Hauptbestandteile sind Silikate wie Quarz, Feldspat und Glimmer. Die chemische Zusammensetzung ist reich an Siliziumdioxid (SiO₂), typischerweise zwischen 60 und 75 Gewichtsprozent. 2. **Untere kontinentale Kruste**: Diese hat eine komplexere Zusammensetzung und ist oft basaltisch bis dioritisch. Sie enthält mehr Magnesium und Eisen und ist weniger siliziumreich als die obere Kruste. Die chemische Zusammensetzung kann SiO₂-Werte von etwa 50 bis 60 Gewichtsprozent aufweisen, mit höheren Anteilen an Fe, Mg und Ca. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die obere kontinentale Kruste typischerweise andesitisch bis granitisch ist, während die untere kontinentale Kruste basaltisch bis dioritisch ist.

Um die geochemische Zusammensetzung des Erd-Mantels zu bestimmen, werden verschiedene Methoden und Materialien eingesetzt: 1. **Gesteinsproben**: Direkte Proben aus dem Mantel sind selten, aber durch vulkanische Aktivitäten können Mantelgesteine (z.B. Peridotite) an die Oberfläche gelangen. Diese Proben werden chemisch analysiert. 2. **Seismische Untersuchungen**: Seismische Wellen, die durch Erdbeben oder künstliche Quellen erzeugt werden, helfen, die Struktur und Zusammensetzung des Mantels zu verstehen. Unterschiede in der Geschwindigkeit der Wellen geben Hinweise auf die geochemische Zusammensetzung. 3. **Geochemische Analysen**: Techniken wie Massenspektrometrie und Röntgenfluoreszenzanalyse werden verwendet, um die chemische Zusammensetzung von Gesteinen und Mineralien zu bestimmen. 4. **Experimentelle Petrologie**: Laborexperimente, bei denen Gesteine unter hohen Druck- und Temperaturbedingungen untersucht werden, helfen, die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Mantels zu simulieren. 5. **Isotopenanalysen**: Die Analyse von Isotopenverhältnissen (z.B. von Sauerstoff, Kohlenstoff oder Neodym) in Gesteinen kann Aufschluss über die Herkunft und die chemischen Prozesse im Mantel geben. 6. **Numerische Modelle**: Computermodellierungen basierend auf geophysikalischen Daten und chemischen Analysen helfen, die geochemische Zusammensetzung und die Dynamik des Mantels zu verstehen. Diese Methoden zusammen ermöglichen es Wissenschaftlern, ein umfassendes Bild der geochemischen Zusammensetzung des Erd-Mantels zu erhalten.