Javier Cuadros, Berater für Tonmineralogie bei Clayground Collective, erläutert die neuesten Erkenntnisse über die Zusammensetzung von Ton.
Ton ist das Produkt einer chemischen Reaktion zwischen Silikatgesteinen und Wasser. Verschiedene Tonarten und ihre unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften werden durch ihre individuelle chemische Zusammensetzung und Struktur bestimmt. Zwei bekannte Tone sind Kaolin und „expansiver Ton“. Kaolin wird in zahlreichen industriellen Anwendungen verwendet, ist aber vor allem als Hauptbestandteil von Porzellanerde bekannt. Expansiver Ton ist eine Gruppe von Mineralien, die wir als „Smektit“ bezeichnen und die sich durch Absorption von Wasser in ihrer Struktur ausdehnen. Smektit hat auch viele industrielle Anwendungen, verursacht jedoch große Probleme im Bauwesen, da es abhängig von den Umgebungsbedingungen Wasser absorbiert und freisetzt. Dies kann zu Bodenbewegungen mit katastrophalen Auswirkungen auf Gebäude führen.
Wie entstehen also diese sehr unterschiedlichen Tonarten? Warum bildet sich manchmal Kaolin und manchmal Smektit oder eines der vielen anderen Tonmineralien? Die meisten Forschungen zu dieser Frage haben sich auf anorganische Faktoren konzentriert, darunter: Zusammensetzung des ursprünglichen Silikatgesteins, Chemie der Gewässer, die einen chemischen Angriff des Gesteins hervorrufen, Temperatur, Wasser-pH-Wert usw. Die Temperatur kann sich auf die atmosphärischen Umgebungsbedingungen, die Temperatur des Regenwassers, das den Felsen angreift, oder auf den Angriff von Wasser aus einer bestimmten Quelle wie einer heißen Quelle beziehen. Heute sind die anorganischen Bedingungen, unter denen die verschiedenen Arten von Tonen hergestellt werden, einigermaßen gut verstanden.
Eines fehlt jedoch: das Leben. Lebende Organismen, insbesondere Mikroorganismen, gibt es den größten Teil der Lebensdauer der Erde. Wie wichtig sind sie in den Prozessen, die Ton erzeugen? Wie viel von der Welt um uns herum ist so, weil das Leben sich in sie „einmischt“? Stellen Sie sich zum Beispiel vor, dass Bakterien buchstäblich die Oberfläche jedes Gesteins oder Mineralkorns auf der Erde bedecken, von der Oberfläche bis zu 3 Kilometer unter der Oberfläche. Lebensformen sind so unterschiedlich und ihre Aktivität so komplex, dass es sehr schwierig ist, diese Informationen zu sammeln und zu systematisieren. Wir kommen nur sehr langsam voran.
Neuere Forschungen von mir und anderen Mitarbeitern haben die Reaktion von Gewässern sehr unterschiedlicher Chemie und mikrobieller Populationen auf vulkanischem Glas untersucht. Mikroben gediehen glücklich in den Experimenten, wie auf dem Foto unten zu sehen ist: Wo der schwarze Sand vulkanisches Glas zeigt und das weißliche flauschige Zeug die mikrobiellen Kolonien sind.
Mit dem Elektronenmikroskop konnte man sehen, wie die Mikroorganismen an den Glaskörnern klebten, wie auf den Bildern unten, wo man Zellen und biologisches Gewebe auf Glas (die sehr glatte Oberfläche auf dem Bild links) und anderen mineralischen Oberflächen (polygonale Formen auf dem rechten Foto) sehen kann. Alles in diesen Bildern ist Mikrometer groß (1 Mikrometer ist 1 Millionstel Meter).
Gab es aufgrund dieses Kontakts einen Effekt? Nun, nicht immer, aber zu anderen Zeiten gab es. Der beobachtete Haupteffekt bestand darin, dass die Mikroben einen „Biofilm“ erzeugten, der schließlich alle Glaskörner umschloss, die sich teilweise im oberen Farbbild entwickelten. Am Ende der Experimente bildete die gesamte Masse der Glaskörner aufgrund dieses Einschlusses durch die Mikroorganismen einen einzigen Körper. In einigen Fällen waren die chemischen Bedingungen innerhalb des Biofilms ziemlich verschieden von denen im Wasser draußen, und der Ton, der sich bildete, unterschied sich auch von dem Ton, der in Kontrollexperimenten gebildet wurde, die keine Mikroben hatten, nur das Glas und das Wasser.
Welche Art von Ton gebildet? Dies war hauptsächlich Smektit, aber mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen und hier und da etwas Kaolin. Die spezifische Zusammensetzung des Smektits ist sehr wichtig, um den Lebenszyklus von Gesteinen zu verstehen. Die Wirkung von Smektit mit viel Aluminium unterscheidet sich stark von Smektit mit viel Magnesium. Genau das ist der Unterschied, den die Mikroorganismen in den Experimenten gemacht haben. In der Natur wird erwartet, dass Smektit-Tone unterschiedlicher Zusammensetzung aus verschiedenen Umgebungen stammen. Dieses Experiment zeigt jedoch, dass Mikroorganismen in sehr kleinem Maßstab neben dem chemisch angegriffenen Gestein eine andere Umgebung schaffen und die großräumigen Umweltbedingungen effektiv außer Kraft setzen können.
Sie werden froh sein zu wissen, dass Tone, die sowohl Aluminium als auch Magnesium enthalten, gut zum Modellieren geeignet sind, obwohl sie sich beim Brennen nicht genau gleich verhalten.
Achten Sie in den kommenden Monaten auf Neuigkeiten über Ton als Indikator für das Leben auf dem Mars.