Kristalle aus anderen Welten. Jahrhundertelang waren Mineralien die einzigen Studienobjekte der Kristallographie. Heute sind sie immer noch wichtig, aber die ehrgeizigeren Herausforderungen in diesem Bereich sind mit Welten verbunden, die wir nicht kennen: extraterrestrische Mineralogie, mineralische Prozesse im tiefen Inneren unseres Planeten und die Mineralchemie der frühen Zustände der Erde und ihre mögliche Rolle bei der Entstehung und den Anfängen des Lebens.
Der Rover Curiosity, der die Marsoberfläche erkundet, trägt das erste Röntgenbeugungsgerät (CHEMIN), das Gesteinsproben vom Mars analysiert hat.
Die ersten Röntgenbeugungsdiagramme wurden auf dem Mars durchgeführt. Sie zeigen das Vorhandensein von Gips und Ton, also ein wässriges Milieu mit einem neutralen oder leicht alkalischen pH-Wert.
Die Erforschung des Weltraums ist ein unausweichliches Schicksal der Menschheit. Das Kennenlernen der mineralischen Zusammensetzung dieser Außenwelt, einschließlich der Planeten und Monde, ist der erste wesentliche Schritt zur zukünftigen Kolonisierung.
Die Entwicklung und der Bau neuer Geräte, die kristallographische Studien unter diesen Bedingungen ermöglichen, ist eine der Herausforderungen für die Wissenschaft des 21. Jahrhunderts.
KRISTALLISATION VOR 4.500 MILLIONEN JAHREN
Meteoriten, egal ob sie aus dem Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter stammen oder durch Einschläge auf anderen Planeten und Monden ausgelöst werden, bestehen aus verschiedenen Arten von Kristallen.
Eine der Herausforderungen der Mineralogie ist es, die Informationen in Form, Textur und Struktur dieser Kristalle zu entschlüsseln, um die Geschichte unseres Sonnensystems zu enthüllen.
IN DEN TIEFEN UNSERES PLANETEN
Wir leben auf der Erdkruste, einer dünnen äußeren Schicht der Erde, die nur ein paar Dutzend Kilometer dick ist. Aber der Planet ist eine riesige mineralische Kugel mit einem Radius von fast 6.400 Kilometern. In seinen Tiefen, im Mantel und im Kern, finden mineralische Prozesse statt, die sich direkt auf die Bewohnbarkeit und die Ökosysteme der Erdoberfläche auswirken.
INNERER AUFBAU DER ERDE
Diese tiefe kristalline Welt war früher fast ausschließlich das Gebiet der Science-Fiction. Die Bedingungen des hohen Drucks (das Millionenfache des Atmosphärendrucks) und der hohen Temperatur (bis zu 6500 ºC) machten es für die experimentelle Wissenschaft praktisch unergründlich. Heute ermöglichen uns Diamant-Ambosszellen, diese außergewöhnlichen Drücke zu erreichen und gleichzeitig die Entwicklung der Mineralumwandlungen durch Röntgenbeugung zu verfolgen.
Die gewonnenen Informationen verändern unsere Vorstellung vom Erdinneren und seiner Dynamik völlig. Die Erforschung dieser faszinierenden Welt beschert uns unvorhersehbare Entdeckungen und ist eine weitere große wissenschaftliche Herausforderung für die Zukunft.
PRIMITIVES LEBEN… UND DER URSPRUNG DES LEBENS
Eine Datierung, wann das Leben auf dem Planeten Erde erschien, ist entscheidend für das Verständnis seines Ursprungs und seiner Entwicklung sowie für das Verständnis der tatsächlichen geologischen Entwicklung unseres Planeten. Bei der Suche in den ältesten Gesteinen der Erde haben Paläontologen Mikrostrukturen von vor 3500 Millionen Jahren gefunden, die aufgrund ihrer komplexen gekrümmten Formen, die sich so sehr von typischen kristallinen Formen unterscheiden, Überreste des frühesten Lebens auf der Erde sein könnten.
Biomorphe aus Kieselsäure und Karbonat sind selbstorganisierte kristalline Materialien, die durch rein anorganische Reaktionen entstanden sind und Formen primitiven Lebens nachahmen.
Überraschenderweise hat man entdeckt, dass durch anorganische Kristallisation rein mineralische Strukturen entstehen können, die primitive Lebensformen getreu nachahmen. Und zwar in chemischen Umgebungen, die höchstwahrscheinlich auf der Urerde entstanden sind und denen der alten Gesteine, die die vermeintlichen fossilen Überreste enthalten, sehr ähnlich sind.
MINERALIENMUSTER
Kristallisationsstudien von selbstorganisierten Mineralmustern sind heute ein notwendiges Werkzeug, um die Echtheit von möglichen Überresten primitiven Lebens zu entschlüsseln, die in den ältesten Gesteinen der Erde oder in Gesteinen extraterrestrischen Ursprungs gefunden wurden. Die beiden Fotos oben zeigen stromatolische Strukturen, die sich vor 2700 Millionen Jahren in Andalusian Hill, in der Tumbiana-Formation, gebildet haben.
Heute besteht kein Zweifel mehr daran, dass mineralische Reaktionen wie die Serpentinisierung (der Abbau des Minerals Olivin in Gegenwart von Wasser) die Quelle von Kohlenstoff und einfachen organischen Molekülen sind. Es besteht auch kein Zweifel, dass Moleküle wie Aminosäuren und Lipide aus nicht-biologischen Reaktionen gebildet werden können.
Der Sprung an struktureller und funktioneller Komplexität, der zwischen diesen „einfachen“ organischen Molekülen, die von der Mineralchemie geschaffen wurden, und den frühen Stadien des frühesten Aufzugs liegt, ist jedoch enorm. Eine gängige Vorstellung ist, dass der Weg vom einen zum anderen durch effiziente Katalysatoren begünstigt worden sein muss. Es wird angenommen, dass mineralische kristalline Strukturen effiziente katalytische Substrate waren, die in der Lage waren, die Selbstassemblierungsreaktionen komplizierter organischer Strukturen anzuregen.
KLEI
Eine der am meisten erforschten Gruppen von Mineralien ist die der Tone. Die Oberflächen von Pyrit, der sogenannten Eisen-Schwefel-Welt, sind Gegenstand zahlreicher Untersuchungen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die physikalischen und chemischen Eigenschaften, die in selbstorganisierenden Mineralmustern entdeckt wurden, die sich unter extremen Bedingungen gebildet haben, diese Strukturen zu einer möglichen Nische für interessante autokatalytische Reaktionen machen.
Die Erde ist der einzige bekannte Planet, auf dem Materie in der Lage war, sich in selbstreplizierende Strukturen mit komplexen Formen und Verhaltensweisen zu organisieren, die wir Leben nennen. Wie und wo das Leben entstanden ist, ist ein Rätsel, wahrscheinlich das größte Rätsel, das es für uns gibt. Auch die mögliche Rolle von Kristallen und Kristallisation bei der Entstehung des Lebens ist ein Rätsel, das es zu entschlüsseln gilt.
Eine der am meisten erforschten Gruppen von Mineralien ist die der Tone. Die Oberflächen von Pyrit, der sogenannten Eisen-Schwefel-Welt, sind Gegenstand zahlreicher Untersuchungen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die physikalischen und chemischen Eigenschaften, die in selbstorganisierenden Mineralmustern entdeckt wurden, die sich unter extremen Bedingungen gebildet haben, diese Strukturen zu einer möglichen Nische für interessante autokatalytische Reaktionen machen.
Die Erde ist der einzige bekannte Planet, auf dem Materie in der Lage war, sich in selbstreplizierende Strukturen mit komplexen Formen und Verhaltensweisen zu organisieren, die wir Leben nennen. Wie und wo das Leben entstanden ist, ist ein Rätsel, wahrscheinlich das größte Rätsel, das es für uns gibt. Auch die mögliche Rolle von Kristallen und Kristallisation bei der Entstehung des Lebens ist ein Geheimnis, das es zu lüften gilt.
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