Geochemie – was hält unsere Erde zusammen?

Die Geochemie ist eine Wissenschaft, die Geowissenschaften und Chemie miteinander verbindet. Entsprechend groß ist das Arbeitsfeld der Geochemiker, die nicht ausschließlich im Labor arbeiten, sondern auch immer wieder im Gelände anzutreffen sind. Um die Grundzüge der Petrogenese genau und bis ins letzte Detail zu entschlüsseln, ist nicht nur das Wissen um die Chemie der Gesteine von Bedeutung. Auf die Lagerungsverhältnisse und Strukturen helfen dabei, die Dynamik der geochemischen Prozesse zu entschlüsseln.

Ursprünglich spielte die Chemie in den Geowissenschaften kaum eine Rolle. Die ersten Geologen und Mineralogen befassten sich in erster Linie mit der Beschreibung verschiedener Gesteine und Minerale. Erst später versuchten Wissenschaftler, sich auch mit der Dynamik von Entstehungsprozessen auseinanderzusetzen. Während in der Sedimentologie viele Prozesse, die zur Entstehung von Sedimentgesteinen führen, auch heute noch beobachtet werden können, fällt dies für die metamorphen und magmatischen Gesteine sehr viel schwerer. Zumal die hier nicht unbedingt der Transport des Materials eine wichtige Rolle für das Bild der Gesteine spielt, sondern der physikochemische Rahmen. Erst das Wirken von Forschern wie Victor Moritz Goldschmidt und Wladimir Iwanowitsch Wernadski legten im 20. Jahrhundert für die Geburt der modernen Geochemie.

Womit beschäftigen sich Geochemiker aber im Alltag? Eine solche Frage lässt sich nicht ohne Weiteres beantworten. Jedes Arbeitsfeld, angefangen von den Magmatiten über die Metamorphite bis hin zu den Sedimenten, stellt an den Geochemiker spezielle Anforderungen. So ist für die Geochemie der magmatischen Gesteine unter anderem die Zusammensetzung einer Schmelze entscheidend für das Gefüge des späteren Gesteins. Ein hoher Eisenanteil in der Schmelze führt etwa zur Entstehung anderer Mineralien als eine Mischung aus Eisen und Aluminium. Anhand komplexer Zustandsdiagramme kann ein geübter Geochemiker zum Beispiel die Zusammensetzung einer Schmelze über die Mineralvergesellschaftung rekonstruieren. Für die Untersuchung metamorpher Vorgänge sind wieder andere Fähigkeiten gefragt. Hier arbeitet der Geochemiker nicht mit Schmelzen, sondern Stoff- und Mineralübergängen bei hohen Temperaturen und Drücken, die vollkommen andere Gesteine entstehen lassen. Die Geochemie befasst sich also grundsätzlich mit den physikochemischen Prozessen, die für alle Bereiche der Gesteinsbildung relevant sind. Neben der anorganischen Chemie spielt daher in der Geochemie die physikalische Chemie eine besondere Rolle.

Ein Teilgebiet der Geochemie befasst sich aber nur am Rande mit den Prozessen, die unsere Erde zusammenhalten. Die Isotopengeochemie kann dem Geochemiker dabei helfen, einzelne Prozesse zeitlich einzuordnen. Dazu wird das Ausmaß des radioaktiven Zerfalls gemessen. Gleichzeitig lassen sich über die Isotopengeochemie aber auch Umweltbedingungen rekonstruieren. Hier kommt dem Geochemiker die Tatsache zu Hilfe, dass die unterschiedlich schweren Isotope eines Elements in Abhängigkeit von den Umweltbedingungen unterschiedlich häufig in einzelne Minerale eingebaut werden. Über diese Marker lassen sich in der Geochemie sogar Minerale oder Gesteine aus verschiedenen Regionen oder Lagerstätten unterscheiden.

Die Geochemie gehört zu den jungen Wissenschaftsdisziplinen und steht auch im 21. Jahrhundert in einigen Bereichen erst am Anfang ihrer Entwicklung. Gerade deswegen ist die Geochemie sicher ein interessantes Forschungsfeld. Wer schon immer wissen wollte, welche Prozesse im Kleinen die Erde zusammenhalten und Vulkane ausbrechen lassen, sollte sich etwas genauer mit der Geochemie beschäftigen und in eine spannende Wissenschaft eintauchen.


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