Geology Reference
In-Depth Information
Kasten 4.8
Die ozeanische Kalziumkarbonat-Chemie
messener Ca
2+
- und CO
3
2-
-Konzentration, ver-
gleicht, so stellt man fest, dass Meerwasser
deutlich übersättigt in Bezug auf Calcit ist.
Dies gilt selbst dann, wenn man die Effekte
der Komplexierung durch andere Ionen wie
z.B. Mg herausrechnet, die die Löslichkeit er-
höhen.
Trotzdem wird kein oder kaum Calcit ausge-
fällt. Man vermutet, dass kleinste Calcit-
Keimkristalle so schnell mit einem
Biofilm
überzogen werden, dass es zu effektiver
Ausfällung nicht kommt und dass es über-
wiegend Organismen sind, die dem Meer-
wasser Kalk entziehen. Dies ist für das Leben
im Ozean enorm wichtig, denn wäre das
Meerwasser an Kalziumkarbonat untersät-
tigt, so liefen die kalkschaligen Organismen
ständig Gefahr, dass ihre mühsam gebastel-
ten Schalen aufgelöst würden, wenn sie
nicht mit einer aufwendigen biogenen
Schutzschicht überzogen wären.
Das zu guter Letzt ausgefällte Karbonat ist
nun drei Effekten ausgesetzt: der
Tempe r a -
tur-, der Salinitäts- und der Drucklösung
(s. Abb. 3.174). Ungewöhnlich ist, dass die
Löslichkeit von Calcit mit steigender Tempe-
ratur leicht ab-, jedoch mit steigender Salini-
tät und mit steigendem Druck deutlich zu-
nimmt, wobei letzterer Effekt der stärkste ist.
Die Löslichkeitszunahme mit steigendem
Druck ist mit der höheren Löslichkeit von CO
2
bei höherem Druck erklärbar, das nach obi-
gen Gleichungen bei der Auflösung von Kal-
ziumkarbonat verbraucht wird. Völlig kontra-
intuitiv setzt also nach der dritten obigen
Kalziumkarbonat kommt an der Erdoberflä-
che in zwei Modifikationen vor, als
Calcit
und als
Aragonit
, wobei nur Calcit bei niedri-
gen Drucken thermodynamisch stabil ist und
reiner Aragonit deshalb oberflächennah nur
in biogeochemischen Prozessen gebildet
wird, in denen die Thermodynamik manch-
mal außer Kraft gesetzt ist.
Die wichtigsten
Fällungsprodukte
aus Kalzi-
umkarbonat in Ozeanen sind Schalen von
Foraminiferen (Protozoen, hauptsächlich
Calcit), Coccolithophoriden (Algen, Calcit),
Mollusken (Schnecken und Muscheln, Calcit
und Aragonit) sowie vor allem Korallenriffe
(Korallen, Aragonit und überwiegend Rotal-
gen, Calcit), aus denen schätzungsweise bis
zu 50% der globalen Karbonatablagerun-
gen hervorgehen, Algenriffe (überwiegend
Grünalgen, Calcit) und vermutlich anorgani-
sche Ausfällungen wie z.B. Ooide - an deren
Ausfällung aber eventuell Bakterien betei-
ligt sind.
Für die
Lösung und Fällung von Calcit
sind
Kombinationen folgender Gleichgewichte
verantwortlich:
CO
2
+H
2
O=H
2
CO
3
=HCO
-
+H
+
=
CO
2-
+2H
+
CO
2
+CO
2-
+H
2
O=2HCO
-
H
2
O+CaCO
3
+CO
2
=2HCO
-
+Ca
2+
Das Löslichkeitsprodukt von reinem Calcit
(a
Cal
=1) istK
Cal
=a
Ca
2+
·a
CO
2-
und wenn man
es mit dem diesbezüglichen Ionenprodukt
von Meerwasser, also dem Produkt aus ge-
Es scheint zunächst sonderbar anzumuten,
dass die Verweildauer durch Zufluss und durch
Verlust gleichermaßen berechnet werden kann,
doch gilt dies tatsächlich auch nur im stationä-
ren Gleichgewichtszustand, in dem sich die
MasseoderdasVolumeneinesStoffesmitder
Zeit nicht ändert, in dem also gilt:
d
V
/d
t
=
F
in
-
F
out
=0.
Zeiten (Zehner bis Hunderte Jahre) erfüllt, und
nurüberlängereZeiträumekannz.B.derKli-
mawandel durch Vereisungen oder Abschmel-
zung die Wassermenge und damit die Massen-
flüsse verändern.
Unter der Voraussetzung stationären Gleichge-
wichts ergeben sich also die in Tabelle 4.10 ge-
nannten Verweildauern, die von 100 Jahren für
Albiszu100MillionenJahrenfürClreichen
können. Durch Vergleich mit Tabelle 4.10 ist
offensichtlich, dass lange Verweildauern mit
Diese Gleichgewichtsbedingung ist im globalen
Wasserkreislauf tatsächlich für relativ kurze
