Ein internationales Forscherteam, an dem auch Prof. Christoph Spötl vom Institut für Geologie der Universität Innsbruck beteiligt war, hat einen bisher unbekannten Mechanismus in der Bildung des Minerals Aragonit identifiziert. So wurde in einer Höhle im österreichischen Tirol nanokristallines Calciumkarbonat gefunden, das Einblicke in die Entstehung des weit verbreiteten Aragonits liefert.
Aragonit-Vorkommen in der Obstanser Eishöhle in Tirol: Die Oberfläche dieser weißen Schicht an der Höhlenwand ist mit dem neu entdeckten mAra, dem Vorläufer des Aragonits, bedeckt.
Prof. Dr. Christoph Spötl
Ob Aragonit oder Calcit vorliegt – beide sind Formen von Calciumkarbonat (CaC03,) hängt von feinsten Unterschieden im Druck oder an gelösten Zusatzstoffen ab. Aragonit kommt an der Erdoberfläche häufig vor und ist eine kristalline Form von Calciumkarbonat. Eigentlich müsste unter diesen Bedingungen gemäß Thermodynamik allerdings die stabilere Form, das Mineral Calcit, vorliegen. Bis heute ist noch nicht ganz verstanden, warum Aragonit anstelle des Calcit so häufig vorkommt.
Gefunden in einer Eishöhle
Wissenschaftler aus Ungarn, Italien und Österreich haben nun festgestellt, dass es eine bisher unbekannte nanokristalline polymorphe Phase von Calciumcarbonat gibt, die hier eine entscheidende Rolle spielt. Diese Mineralphase wurde in der Obstanser Eishöhle gefunden. Festgestellt wurde dabei, dass einige dieser Kristalle signifikante Mengen an Magnesium enthalten, ein Element, das eigentlich nicht in die Kristallstruktur von Aragonit passe, sagt Prof. Christoph Spötl. Er betont: „Metastabiler Aragonit bildet sich vorzugsweise aus wässrigen Lösungen mit einem hohen Verhältnis von Magnesium zu Calcium. In der Eishöhle bildet sich bei solchen Bedingungen Aragonit – trotz Temperaturen nur knapp über Null."
Ein neuer Kristalltyp
Das Besondere war aber nicht nur das Magnesium, denn darüber hinaus wurde eine Reihe von Elektronenbeugungsmerkmalen festgestellt, die ebenfalls nicht zu Aragonit gehören. Identifiziert wurde ein neuer Kristalltyp in Form eines monoklinen Aragonit (mAra), der eine geringere Symmetrie aufweist als der im rhombischen System kristallisierende Aragonit.
Beim „mAra“ können Magnesiumatome und Hydroxylgruppen an den atomaren Positionen sitzen, an denen sich Calcium und Carbonat befinden sollte. Es liegt eine aus sechs Einheiten bestehende Schichtstruktur vor. Dabei unterscheidet sich die Stapelreihenfolge der mAra-Einheiten von der des Aragonits. Vermutet wird, dass „mAra“ der Vorläufer des metastabilen Aragonits ist und nicht nur in dieser alpinen Höhle vorkommt. Dank der neuen, hoch entwickelten Elektronenmikroskope werden solche Entdeckungen nun möglich.