Bei dem Wort „Dolomit“ werden die meisten an ausgiebige Wanderungen, schnelle Skiabfahrten oder waghalsige Klettertouren denken. Geologisch besteht die Gebirgsgruppe der Dolomiten in Italien hauptsächlich aus dem Gestein und Mineral Dolomit, über dessen Entstehung es bis heute Unklarheit gibt. Ebenso unklar sind die starken Schwankungen der Bildung von Dolomit im Laufe der Jahrmillionen. Eine neue Studie der Universität Osnabrück und der Aalto Universität in Finnland hat nun eine bestimmte räumliche Anordnung von Atomen an der Kristalloberfläche als Faktor für die Bildung von Dolomit bestimmt. Die Studie unter der Leitung von Dr. Philipp Rahe erschien kürzlich im Fachjournal „Nano Letters“.
„Das Besondere an Dolomit ist die exakt abwechselnde Anordnung der Magnesium- und Calcium-Ionen im Kristallgitter, das heißt innerhalb des Minerals Dolomit. Wie sich diese Ordnung kontrolliert ausbildet, ist weiterhin ein nicht vollständig verstandenes Problem“, erklärt Dr. Philipp Rahe, Leiter der Arbeitsgruppe Molekulare Quantenstrukturen am Institut für Physik der Universität Osnabrück.
Bei ihren Untersuchungen des verwandten Carbonats Calcit stießen die Osnabrücker Physiker auf die Kristallstruktur von Dolomit und stellten fest, dass sich die Atomanordnungen von zwei Seiten des Kristalls nur durch eine Spiegelung ineinander überführen lassen. Ähnlich wie die menschlichen Hände sind diese Oberflächen nicht durch Drehungen oder Verschiebungen ineinander überführbar – sie bilden eine sogenannte „Chiralität“ aus.
Zusammen mit Prof. Adam Foster von der Aalto Universität in Finnland wurden die zwei Oberflächen mit höchstaufgelöster Mikroskopie und modernsten quantenchemischen Methoden untersucht und das Vorkommen dieser chiralen Oberflächen bestätigt. „Vor allem konnten wir experimentell ausschließen, dass die Oberfläche rekonstruiert und hierdurch die Chiralität aufgehoben wird“, erläutert Paul Laubrock, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Uni Osnabrück. „Chiralität konnten wir ebenfalls in der ersten Schicht von angelagertem Wasser nachweisen, was Auswirkungen auf die physikalischen und chemischen Eigenschaften dieser Oberfläche hat“, ergänzt Dr. Jonas Heggemann, der zusammen mit Paul Laubrock die Experimente durchgeführt hat.
Die Studie zeigt, dass Chiralität eine Eigenschaft der Dolomit-Oberfläche ist und als Parameter in der Bildung von Dolomit berücksichtigt werden sollte. „Aminosäuren und Zucker kommen auf der Erde in jeweils nur einer Chiralität vor. Wenn man nun betrachtet, dass die Bildung von Mineralien in der oberen Erdkruste fast ausschließlich in Kontakt mit Lösung stattfindet, in der sich typischerweise chirale Bestandteile von organischen Zellen befinden, dann liegt der Verdacht nahe, dass chirale Moleküle der Bildung von Dolomit beitragen“, erläutert Dr. Philipp Rahe. „Entsprechend werden wir die Anlagerung von Biomolekülen auf dieser Oberfläche als nächstes untersuchen“, ergänzt Dr. Jonas Heggemann.
Die Arbeitsgruppe um Dr. Philipp Rahe untersucht in mehreren Projekten die Wechselwirkung von Wasser mit Mineraloberflächen sowie die Bildung von molekularen Strukturen auf diesen Oberflächen. Die Untersuchung erfolgt mit höchstaufgelöster Rasterkraftmikroskopie, mit der einzelne Atome vermessen werden können. Dieses Projekt wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft sowie durch den zentralen Forschungspool der Universität Osnabrück gefördert.
Die Originalpublikation ist online abrufbar.
Weitere Informationen für die Medien:
Dr. Philipp Rahe, Universität Osnabrück
Institut für Physik
