Rohstoffe: 10 exotische Fakten über Erze und Minerale
Unser Rohstoffhunger ist gewaltig. Und obwohl die Menschheit schon seit Jahrtausenden den Erzen, Edelmetallen und Edelsteinen nachspürt, liefern die Geowissenschaften auch heute noch überraschende neue Erkenntnisse zu Gold, Diamanten und Co.
Metalle gewinnen wir in der Regel durch Verhüttung oder Elektrolyse. Eisen und Aluminium beispielsweise werden auf diese Weise erzeugt. Doch bei der Kupfer- oder Urangewinnung spielt zumindest als erster Schritt noch ein weiteres wichtiges Verfahren eine große Rolle: das so genannte Bioleaching, die Umwandlung von unlöslichen Erzmineralen zu wasserlöslichen Salzen durch Mikroben. Es wird unter anderem bei Chalcopyriten (wie dem abgebildeten) eingesetzt. Die beteiligten Schwefelbakterien lösen dabei die Schwefelbestandteile aus dem Gestein, wobei Schwefelsäure und Kupfersulfat entstehen. Letzteres wird in Lösung mit elementarem Eisen zusammengebracht. Dadurch wird das Eisen oxidiert. Dieses geht in die Lösung über, während das Kupfer ausfällt. Der Prozess ist verglichen mit herkömmlichen Verfahren relativ kostengünstig und erfuhr in den letzten Jahren angesichts steigender Energiekosten und schwieriger zu erschließender Lagerstätten weitere Verbreitung.
Gold gehört zu den begehrtesten, weil edlen und raren Elementen – und die Gründe dafür liegen im Kosmos. Denn das Edelmetall entsteht nicht wie etwa Kohlenstoff oder Eisen in normalen Sternen durch Kernfusion, sondern nur durch gewaltigere, energiereichere Vorgänge, etwa die Kollision zweier Neutronensterne, die zuvor jeweils als Supernova explodiert waren. Bei einem vor wenigen Jahren beobachteten Ereignis entstand eine Menge Gold, die schätzungsweise zehnmal der Masse unseres Mondes entspricht. Bei diesen Fusionen verschmilzt neutronenreiches Material der Auswurfmasse; anschließend zerfallen die daraus hervorgegangenen Elemente wieder zu stabilen Kernen wie Gold.
Kernkraft hat nach Tschernobyl und Fukushima einen extrem schlechten Ruf, zumindest hier zu Lande. Dabei existierten in der Erdgeschichte auch natürliche Kernreaktoren in der Nähe der Erdoberfläche. Schon seit 1972 ist beispielsweise bekannt, dass im Gebiet der Oklo-Uranmine in Gabun vor zwei Milliarden Jahren bis zu 17 natürliche Kernreaktoren über 150 Millionen Jahre lang in Betrieb waren. Dennoch fand über die gesamte Zeit keine Kernschmelze statt, was erst vor wenigen Jahren über Isotope des Spaltprodukts Xenon im Gestein geklärt werden konnte. Darunter befanden sich solche, die sich erst nach einiger Zeit bilden. Die Reaktoren müssen folglich immer wieder ihren Betrieb unterbrochen haben und abgekühlt sein, wobei das nun verspätet entstehende Xenon im Gestein zurückblieb, während alles noch in der Hitze gebildete verdampft war. Die entscheidende Rolle spielte offenbar Wasser in Klüften und Poren. Es fungierte als Moderator, der die schnellen, bei der Uranspaltung entstehenden Neutronen so weit abbremste, dass sie ihrerseits andere Atomkerne spalten konnten. Nur dadurch kam eine Kettenreaktion in Gang. Nach einer halben Stunde Betriebszeit hatte sich der Naturreaktor dann so stark aufgeheizt, dass alles Wasser verdampfte. Die Kettenreaktion stoppte, und das Gestein kühlte sich ab. Innerhalb von zweieinhalb Stunden sickerte dann frisches Wasser nach und warf den Reaktor erneut an, so dass ein neuer Zyklus begann.
Diamanten? Sind Massenware. Gold? Wird in großen Mengen abgebaut und gebunkert. Zumindest gilt dies im Vergleich mit wirklich seltenen Edelsteinen wie dem Taaffeit – mineralisch korrekt als Magnesiotaaffeite-2N'2S bezeichnet. Er ist wohl das einzige Mineral, das zuerst als geschliffener Schmuckstein entdeckt und beschrieben wurde; da er große Ähnlichkeit mit dem häufigeren Spinell aufweist, wurde er oft verwechselt. Sein Entdecker, der Jurist Richard Taaffe, erkannte jedoch, dass die Steine eine Doppelbrechung aufwiesen, was bei Spinellen nicht vorkommen kann. Zudem sind Taaffeite die bislang einzigen Minerale, die Beryllium und Magnesium als Hauptbestandteile beinhalten. Zumeist stammen die teuer bezahlten Steine aus Sri Lanka, wo sie aus Flusssanden ausgegraben werden. Die ursprüngliche Quelle ist dagegen noch unbekannt.
Einer der Rohstoffe, von denen man wohl nicht annehmen würde, dass er knapp werden könnte, ist Sand. Unbegrenzt scheinen die Vorräte, die in Wüsten, an Stränden oder am Meeresgrund liegen. Doch Sand ist nicht gleich Sand. Wichtig ist zum Beispiel seine Zusammensetzung, also aus welchen Mineralen er besteht, oder seine Körnung. Zudem wird er in den unterschiedlichsten Branchen eingesetzt. Es wird zu Glas geschmolzen, direkt als Siliziumdioxid in Wasch- und Reinigungsmitteln, Zahnpasta oder Kosmetika verwendet, zu Solarzellen oder Computerchips umgewandelt. Die Baubranche kommt ohne genauso wenig aus wie Strandschutzmaßnahmen, bei denen Sand vor die Küste gebracht wird, um diese zu schützen. Kurz: Sand ist überall. Doch Wüstensand beispielsweise taugt nicht für die Betonproduktion. Er ist zu glatt. Staaten wie Saudi-Arabien oder Dubai müssen daher das Material aus Australien oder anderen Regionen importieren. In Indonesien betreibt schon die Mafia vielerorts den lukrativen, aber zerstörerischen Abbau. Die Vereinten Nationen warnen bereits vor der Knappheit und ihren Folgen.
Die Weltproduktion an Diamanten reicht heute bei Weitem nicht mehr aus, um den Bedarf zu decken: 80 bis 90 Prozent aller Diamanten werden daher mittlerweile künstlich erzeugt. Sie kommen meist in der Industrie zum Einsatz; Schmuck macht den kleinsten Teil aus. Die 20 Tonnen Naturmaterial stammen dabei vor allem aus zwei Quellen. Einmal aus den klassischen Minen, bei denen so genannte Kimberlitschlote nahezu senkrecht in die Erde ausgebeutet werden – der Stein trägt die begehrten Diamanten. Die andere Quelle sind die Diamantseifen, die nichts mit waschaktiven Substanzen zu tun haben. Verwittert der Kimberlit, bleiben die Diamanten als extrem robuste Materialien übrig. An einigen Küsten wie in Namibia passiert dies auch in Strandnähe. Wenn ankommende Wellen Material auf den Strand verfrachten, nimmt das zurückströmende Wasser die leichteren Körner wieder mit, während die harten Brocken, eben die Diamanten, im Sand oder Kies zurückbleiben und sich dort in ungewöhnlich hohen Konzentrationen anreichern. »Seife« stammt aus dem geologischen Sprachgebrauch und bezeichnet jede Art sekundärer Mineralanreicherung in Sedimenten.
Als Rohstoff hat der Ichnusait überhaupt keine Bedeutung: Von diesem Mineral wurde nur ein einziges Exemplar jemals gesammelt. Es stammt aus Sardinien, entstand in der Erdkruste und vereinigt Thorium und Molybdän. Unter den Mineralen ist diese Seltenheit allerdings eher die Regel als die Ausnahme. Denn 100 Minerale machen 99 Prozent der Erdkruste aus, insgesamt kennt die Wissenschaft jedoch 5000 verschiedene Verbindungen, von denen wiederum mehr als die Hälfte extrem selten sind. Diese kommen maximal an fünf Standorten vor oder entwickeln sich nur unter sehr speziellen Bedingungen. Eine entsprechende Liste veröffentlichten Robert Hazen von der Carnegie Institution und Jesse Ausubel von der Rockefeller University im "American Mineralogist". Die von uns hoch geschätzten Edelsteine fallen dagegen üblicherweise nicht unter die Raritäten, so die Wissenschaftler. Verglichen mit dem Ichnusait sind sie Massenware.
Bislang besteht die wirtschaftliche Bedeutung des bolivianischen Salar de Uyuni in seinem touristischen Wert. Der riesige Salzsee im Altiplano der Anden lockt jedes Jahr zehntausende Touristen an, die die bizarre Salzpfanne bewundern und teilweise sogar in einem aus Salzblöcken gebauten Hotel übernachten. Doch der Salar besitzt noch einen weiteren Schatz, und der weckt industrielle Begehrlichkeiten: Er umfasst das weltweit vielleicht größte Vorkommen an Lithium – einem Metall, das immer stärker für technologische Anwendungen wie Akkumulatoren für Elektroautos oder Smartphones nachgefragt wird. In der Erdkruste kommt das Element zwar sehr häufig vor, aber normalerweise nicht in abbauwürdigen Konzentrationen. Anders am Salar de Uyuni, wo insgesamt mehr als fünf Millionen Tonnen lagern sollen. Eine deutsche Firma ist seit 2015 an einem Pilotprojekt beteiligt, das als Basis für die zukünftige Förderung dienen soll. Problematisch ist allerdings der hohe Magnesiumanteil der genutzten Salzlake. Mit bisherigen Verfahren kann das Lithium vor Ort nur bis zu einem Reinheitsgrad von 96,5 Prozent aufgearbeitet werden – nötig sind 99,5 Prozent. Völlig ungeklärt sind auch noch die ökologischen Belastungen. Deshalb bangen Anwohner um die Qualität des Sees als Touristenziel.
Es sieht aus wie Gold, ist aber keines. Deshalb wurde in früheren Zeiten immer wieder einmal versucht, ahnungslosen Käufern Pyrit unterzujubeln. Aus diesen Jahrhunderten stammen auch die Bezeichnungen Katzen- oder Narrengold für das Eisendisulfid. Dabei leitet sich "Katze" wahrscheinlich entweder aus dem althochdeutschen Namen Kazzungold für "goldgelbes Kirschharz" oder aus der im Mittelalter verbreiteten, aber falschen, volksetymologischen Herkunft des Wortes Katharer (lateinisch: cathari) – die als Ketzer galten – von dem Wort Katze (lateinisch: cattus) ab. Katzengold ist also Ketzergold oder schlicht unechtes, falsches Gold. Beide lassen sich dabei leicht unterscheiden, denn Gold ist viel weicher als Pyrit (weshalb zur Echtheitsprüfung auch in Goldtaler gebissen wurde). Zudem hinterlässt das Eisen im Pyrit schwarze Striche auf einer Tafel. Eine gewisse wirtschaftliche Bedeutung hat Pyrit für die Schwefelsäuregewinnung, denn der darin enthaltene Schwefel liefert dafür einen der Ausgangsstoffe.
Ein altes Flussbett bei Ratnapura, südöstlich von Sri Lankas Hauptstadt Colombo, ist das Eldorado für Edelsteinsucher. Seit 2000 Jahren schätzen Glückssucher die Region wegen ihrer relativ leicht zugänglichen Vorkommen an Saphiren, Rubinen und Granaten. Ursprünglich stammen sie aus dem angrenzenden Hochland, wo ihr Ausgangsgestein erodiert und von Niederschlägen in die Flussläufe gespült wurde. Dort lagerten sich die edlen Steine ab und wurden von jüngeren Sedimenten überdeckt. 2016 wurde hier einer der bislang größten Saphire der Welt ausgegraben und der Öffentlichkeit vorgestellt: Er wiegt 1404 Karat und ist schätzungsweise 90 Millionen Euro wert. Und er weist einen besonderen optischen Effekt auf, denn im Stein sind Rutilnadeln – ein Titandioxid – orientiert eingelagert, so dass sie mehr oder minder gut das Licht sechsstrahlig sternförmig reflektieren. Saphire und Rubine sind übrigens nahe miteinander verwandt, da sie Varianten des Aluminiumoxids Korund sind. Finden sich darin Spuren von Titan und Eisen, strahlt das Mineral als blauer Saphir, Chrom hingegen sorgt für das Rot der Rubine.
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