Menschgemacht: In Minen und Tunneln entstanden 208 neue Mineralien

a) Gastbeitrag von Andrea Barthélémy, Washington (dpa)  sowie b) Einordnung ins Anthropozän-Konzept (Reinhold Leinfelder)

a) Mineralien gibt es auf der Erde seit Milliarden Jahren – doch viele neue entstehen durch menschlichen Einfluss. Ein weiteres Argument für die Ausrufung des Menschenzeitalters, sagen Experten.

Washington (dpa) – Sie heißen Widgiemoolthalit, Fiedlerit, Metamunirit oder Albrechtschraufit und sind in verlassenen Goldminen, in Abwasserkanälen oder an Tunnelwänden zu finden: Mineralien, die ihre natürliche Entstehung ganz oder teilweise dem Einfluss von Menschen verdanken. Viele von ihnen gibt es erst seit Kurzem. 208 der über 5208 Mineralien, die die Internationale Mineralogische Gesellschaft (IMA) offiziell anerkannt hat, sind nur deshalb entstanden, weil Menschen die Voraussetzung dafür schufen.

Metamurinit aus dem Big Gypsum Valley, San Miguel County, Colorado (http://rruff.info/metamunirite)

Forscher um Robert Hazen vom Carnegie Institut für Wissenschaft haben diese Mineralien, die immerhin vier Prozent der Gesamtmenge ausmachen, nun erstmals in einem Katalog zusammengestellt. Ihre Analyse ist im Fachjournal «American Mineralogist» veröffentlicht. Daneben erfassten sie auch eine große Menge mineralartiger Substanzen, die bisher keine Aufnahme in den IMA-Katalog fanden – weil die derzeitige Definition von Mineralien als reine Naturprodukte dem entgegensteht.

Die meisten der neuen Mineralien entstanden seit Mitte des 18. Jahrhunderts in Zuge des Bergbaus und später der Industrialisierung. Sie bildeten sich in Erzhalden oder verwitterter Schlacke, in Wassertümpeln in Minen oder durch Feuer darin. Einige wurden in Metallhütten oder an geothermalen Leitungssystemen entdeckt. Fundorte waren auch ein tunesisches Schiffswrack, zwei Bronze-Artefakte in Ägypten und Brandopfer-Stätten in den österreichischen Bergen.

Besonders deutlich wird der menschliche Einfluss an 29 Mineralien, die Kohle oder Kohlenstoff enthalten – 14 davon kommen in der Natur gar nicht vor. Ein Dutzend Mineralien und Mineralverbindungen entstand im Umfeld von Uranminen. Zum Beispiel Andersonit: Dessen gelben, orangen und grünen Kristalle bilden schimmernde Krusten an den Tunnelwänden von Uranminen in Arizona (USA). Interessant ist auch die Herkunft von Tinnunculit aus dem russischen Kopiesk: Es ist ein Produkt heißer Gase aus einer brennenden Kohlenmine, die mit den Exkrementen von Turmfalken (Falco tinnunculus) reagierten.

Rund zwei Drittel der Mineralien auf der Erde gehen auf die sogenannte Große Sauerstoffkatastrophe vor mehr als 2,2 Milliarden Jahren zurück. In diesem Zeitraum stieg die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre rasch an. Das reaktive Gas beschleunigte die Verwitterung der Erdoberfläche, neue Verbindungen und Mineralien entstanden. Die Zeitspanne seit dem Aufkommen der neuen Stoffe erscheine im Vergleich wie ein Wimpernschlag, so Hazen. «Wenn die Große Sauerstoffkatastrophe vor Erdzeitaltern einen Punkt in der Erdgeschichte markiert hat, dann ist der schnelle und weitreichende geologische Einfluss des Anthropozäns (Menschenzeitalters) wie ein Ausrufezeichen.»

Insgesamt beeinflussen Menschen die weltweite Vielfalt und Verbreitung von Mineralien auf vielfältige Weise, resümieren die Autoren. Weil als industrielle «Nebenprodukte» unbeabsichtigt Neubildungen entstehen. Durch die synthetische Herstellung neuer, mineralartiger Verbindungen – etwa Silikon-Chips für die IT-Industrie, Portlandzement oder Metalllegierungen. Oder auch, weil Menschen große Landmassen als Bauwerkstoffe bewegen und Schmucksteine über die ganze Welt verbreiten.

All dies, so schließen die Autoren, werde sich einmal in den Sedimenten unserer Zeitepoche wiederfinden. Deshalb unterstützen sie die Ausrufung des Anthropozäns. Viele Experten fordern, das seit 12 000 Jahren andauernde Holozän (Nacheiszeit) für beendet zu erklären und rückwirkend von der Mitte des 20. Jahrhunderts an das Menschenzeitalter anzusetzen. Dieser Schritt wird derzeit von Geologen offiziell diskutiert, eine Entscheidung dürfte erst in einigen Jahren fallen.

Der Geologe und Paläontologe Reinhold Leinfelder von der FU Berlin hält die Arbeit für einen bedeutenden Beitrag zur Anthropozän-Forschung. «Sie zeigt einmal mehr, dass der Impakt des Menschen heute von globalen Systemen wie dem Klimageschehen bis zur Mineral-Ebene der Grundbausteine der Erde reicht.» Die IMA müsse nun überlegen, ob die klassische Definition von Mineralien als reine Naturprodukte noch zu rechtfertigen sei.

(Dank an dpa für die Verwendungsgenehmigung an dieser Stelle)


 

b)   Einordnung der Arbeit ins Anthropozän-Konzept  (Reinhold Leinfelder)

Die Studie ist ein bedeutender Beitrag zur Anthropozän-Forschung. Letztere untersucht ingesamt, in welch starkem Ausmaß die Menschheit heute bereits das Erdsystem mitprägt und in welcher Weise sich dies geologisch, und nach der Hazel et al. Studie eben auch mineralogisch in den Sedimenten manifestiert. Das Paper zitiert etliche Studien unserer Working Group on the ‘Anthropocene’ (AWG), welche das Vorhandensein einer starken geologischen Signatur diagnostizieren und darauf basierend den Vorschlag Paul Crutzens bekräftigen, das Holozän, also die Nacheiszeit von einer neuen erdgeschichtlichen Epoche, dem Anthropozän ablösen zu lassen. Die vorliegende mineralogische Studie zu anthropogen induzierten, anthropogen synthetisierten und anthropogen verfrachteten Mineralien und mineralartigen Substanzen bestätigt dies ebenfalls grundsätzlich.

Besonders spannend ist dabei der Nachweis von 208 neuen, anthropogen induzierten Mineralien (immerhin 4% aller formal anerkannter Mineralien) sowie einer Unmenge neuartiger, anthropogen hergestellter mineralartiger Substanzen, deren Aufnahme in die Liste neuer Mineralien bislang die klassische Definition von Mineralien als natürliche Systeme entgegensteht.

Zu den signifikanten sedimentären Kriterien für das Anthropozän gehören laut AWG das globale Auftreten von Technofossilien und andere sedimentäre Signaturen, darunter insbesondere Plastik, elementares Aluminium, Beton, Flugasche und radioaktiver Fallout in modernen Sedimenten. Ebenfalls signifikant sind eklatante Diversitäts- und Verbreitungsveränderungen sowohl negativer Art (in der Biosphäre, in der heute die Menschen und ihre Nutztiere etwa 90 Prozent der Biomasse aller lebenden Säugetiere ausmachen) als auch positiver Art (in der sog. Technosphäre, bei der menschengemachte Maschinen und andere Produkte nach einer Schätzung der AWG die Menge und Diversität der Organismen bei weitem überschreiten).

Die anthropogen bedingte “Great Acceleration” vieler Naturprozesse ab Mitte des 20. Jahrhunderts ist gut bekannt und für die Definition des Anthropozäns von Bedeutung. Die Arbeit der Mineralogen zeigt nun eine weitere, im Vergleich zur Erdgeschichte extrem beschleunigte Diversitätszunahme auf – die der Mineralien und mineralartigen Stoffe. Unter dem Einfluss des Menschen nehmen auch sie immens zu und verbreiten sich zunehmend global. So besteht etwa moderner Stahlbeton zwar aus auch in der Natur vorkommenden Ausgangsmaterialien (wie etwa Eisen, Kalk, Sand und Aluminiumoxid), es entstehen aber beim Brennprozess verschiedene mineralartige synthetische Stoffe, wie Alit, Belit oder Portlandit, die so nicht, oder nur extrem selten in der Natur gebildet werden, durch die menschliche Aktivität aber nun überall massenhaft auftreten. Ähnliches gilt für viele andere industrielle Prozesse.

Da die Mineralogen bislang nur anorganische kristalline Stoffe als Mineralien bezeichnen, welche ausschließlich durch Naturprozesse (physikalisch, chemisch, biologisch) entstanden, unterscheiden die Autoren in ihrer Studie verschiedene anthropogene Typen: Neben den 208 neuen Mineralien, die zwar durch solch natürliche Prozesse entstehen, jedoch abhängig von vorhergehenden menschlichen Eingriffen sind (also Mineralneubildungen etwa auf Bergwerkschächten, auf Industrieschlacken oder in Tunnel und Abwasserkanälen), gibt es viele weitere mineralartige Verbindungen, die “vorsätzlich” aus industriellen Prozessen generiert werden, wie z.B. Silicium-Chips für die IT-Industrie, Carbide als Schleifmittel, neuartige Yttrium-Granate oder viele Metalllegierungen. Aber auch in Ziegel, Porzellan, Steingut oder Portlandzement werden im Brenprozess natürlich bekannte, aber auch in der Natur unbekannte bzw. extrem seltene mineralische bzw. mineralartige Verbindungen synthetisiert. Weitere Mineralien, die zwar in der Natur vorkommen, produziert der Mensch heute viel reiner als die Natur, darunter etwa synthetische Diamanten für die technische Industrie oder Zirkone für die Schmuckindustrie. Wieder andere, wie das massenhaft als Werkstoff produzierte elementare Aluminium kommen in dieser Form in der Natur so gut wie nicht vor. Und schließlich verfrachtet der Mensch auch noch natürliche Gesteine und Mineralien als Bausteine quer über die Welt. Vieles davon, etwa auch die Schmucksteine der Menschen werden geologisch überlieferungsfählig und – obwohl häufig nur an wenigen Stellen der Welt gewonnen – über die ganze Welt verbreitet in die Sedimente gelangen, ggf. bis hin zu ganzen mineralogischen Sammlungen, wie die Autoren betonen.

Diese beeindruckende Studie unterstreicht das “große Bild” des Anthropozäns mit einer sehr detaillierten Analyse auf der Ebene der Mineralien und mineralartigen Substanzen. Sie zeigt einmal mehr, dass der Impakt des Menschen heute von globalen Systemen (z.B. Klimageschehen) bis zur Mineral-Ebene der Grundbausteine der Erde reicht. Auch im Bereich der Mineralien hat der Mensch eine große Beschleunigung des Umbaus der anorganischen Grundbausteine eingeleitet.
Der Mensch ist also nicht nur ein eminenter ökologischer und geologischer globaler Faktor, sondern auch ein mineralogischer globaler Faktor geworden. Ähnlich wie die Geologen derzeit dabei sind, zu diskutieren, ob diese menschlichen Aktivitäten die Ausrufung einer neuen erdgeschichtlichen Epoche (Anthropozän) rechtfertigen, müssen sich nun auch die Mineralogen fragen, ob die klassische Definition von Mineralien als reine Naturprodukte noch weiter zu rechtfertigen ist, oder ob neue anthropogene “mineralartige” Verbindungen nicht durch die IMA zu formalen Mineralien erklärt werden sollten.

Hinweis: im deutschsprachingen Raum existieren als Plural von Mineral sowohl Minerale als auch Mineralien .


Originalarbeit: Robert M. Hazen, Edward S. Grew, Marcus J. Origlieri, Robert T. Downs, On the mineralogy of the “Anthropocene Epoch”, American Mineralogist,  102 (3), 595-611, DOI: 10.2138/am-2017-5875 Published on March 2017, First Published on March 01, 2017

Reinhold Leinfelder ist Geologe, Geobiologe und Paläontologe. Er ist Professor an der Freien Universität zu Berlin (Leiter der Arbeitsgruppe Geobiologie und Anthropozänforschung) sowie Principal Investigator des Basisprojekts "Die Anthropozän-Küche. Das Labor der Verknüpfung von Haus und Welt" am Exzellenzcluster "Bild-Wissen-Gestaltung" der Humboldt-Universität zu Berlin. Seit 2012 ist er Mitglied der internationalen Anthropocene Working Group der International Stratigraphic Commission. Von 2006-2010 war er Generaldirektor des Museums für Naturkunde Berlin, von 2008-2013 Mitglied im Wissenschaftlichen Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (WBGU), von 2011-2014 Research Fellow und affiliate Carson Professor am Rachel Carson Center an der LMU, München, von 1. Sept. 2014 bis 15. Sept. 2016 Gründungsdirektor der Futurium gGmbH in Berlin. Seine Forschungs- und Lehrschwerpunkte liegen beim Anthropozän, Korallenriffen, neuen Methoden und Herausforderungen des Wissenstransfers und Museologie.

6 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Pingback:Thomas Diehl schreibt: Sieben am Sonntag 05.03.2017

  2. Reinhold Leinfelder,
    gehen von diesen neuen Mineralien Gefahren aus? Ich denke z. b. an Asbest.
    Wie sieht es aus bei den Gemengen von Sand und Kunststoffen. Gibt es da schon Einteilungen und Klassifizierungen.
    Durch Hochdruckverfahren könnte man da ja schon mal in die Zukunft schauen.
    Sind da schon neue Baustoffe in Sicht?

    • Die neuen menschengemachen bzw. menscheninduzierten Minerale sind an sich sehr selten. Daher eignen sie sich zwar zur weiteren Charakterisierung des Anthropozän, aber nicht zu dessen Definition. Meines Wissens sind die meisten dieser Minerale noch längst nicht vollständig, etwa hinsichtlich ihrer Gefährdungseigenschaften, untersucht, aber natürlich strahlt ein uranhaltiges Mineral wie Albrechtschaufit (MgCa4F2[UO2(CO3)3]2*17-18H2O), allerdings tun das auch natürlich vorkommende Uranmineralien, etwa in sogenannten Grundgebirgsregionen (wie etwa im Schwarzwald oder im Bayerischen Wald).
      Asbest ist ja ein natürlich vorkommendes Mineralaggregat. Es wurde zwischen den 1930ern und 1990ern Jahren sehr kräftig verwendet. Auch bei der inzwischen ja weit vorangegangenen Sanierung bleibt das Problem, was man mit dem Asbest anfängt. Man kann ihn mit Zement vermischen und dadurch zumindest vorübergehend unschädlich machen, chemisch auflösen (mit Flusssäure, auch umweltbedenklich) oder unter enormen Energiebedarf sehr hoch erhitzen, wodurch er sich in unschädliche Minerale wie Olivin umwandelt. Aber vieles landet auch in speziellen Arealen von Deponien und kann, wenn diese erodiert werden, natürlich wieder in die Umwelt gelangen. Zur Asbestproblematik siehe hier, speziell zur langfristigen Lagerung oder kompletten Beseitigung siehe hier.
      Bei Gemengen von Sand und Kunststoffen wird der Kunststoff natürlich erst einmal “inaktiviert”, letztendlich würde er bei Verwitterung derartiger Verbundstoffe aber doch frei werden. Zu evtl. Einteilungen bin ich nicht informiert, da müsste man wohl Materialwissenschaftler fragen.
      Zu neuen Materialien: wir leben natürlich in einer Betonwelt, fast ausschließlich wird damit heute gebaut, zumindest größere Gebäude. Immerhin wird nun langsam der Recyclingbeton “salonfähig”. In Sachen Sinter- oder Druckverfahren gibt es wohl viel interessante Forschung, der Urvater all solcher Verfahren war ja vielleicht der Gasbeton (Porenbeton, Ytong). Ansonsten wird sehr viel experimentiert und geforscht. Zum einen versucht man den Anteil von Beton zu reduzieren (etwa beim Carbonbeton), zum anderen geht es hin bis zu selbstreparierenden oder gar selbstwachsenden Baustoffen. Besonders spannend waren z.B. auch die Pilz-/Kompostziegel für ein Turmprojekt der MOMA. Und nachdem Sand ja leider auch so knapp wird, und der Wüstensand nicht für Beton verwendet werden kann (weil er durch Windtransport zu fein und v.a. zu stark poliert ist, so dass der Beton dann keine Kohäsion hat), ist auch das Solarsinter-Projekt interessant.

  3. Reinhold Leinfelder,
    vielen Dank für den sehr ausführlichen Einblick. Da werde ich doch direkt zum Geologen. Auch die ästhetische Seite sollte man bedenken. Vielleicht kann man die neuen Minerale auch als Schmucksteine verwenden. Bei unserer immer nach Neuem gierenden Gesellschaft ist das doch eine Marktlücke.

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