English Version below.
Aus Filmen sind uns Landschaften aus rotem Stein sehr vertraut. Dabei denken wir jedoch eher an einen Western als an Pyramiden. Wer gerne Science-Fiction-Filme schaut, denkt vielleicht auch an den Mars.
Hier steht ihr jedoch an einer Pyramide aus einem besonders dunkel-roten Stein. Doch wie kommt das und warum ist die Pyramide nicht gelb, wie wir sie aus Bilder (oder wir waren schon dort) aus Ägypten kennen bzw. der Sandstein, den wir häufig an anderen Gebäuden finden?
Woher kommt die rote Farbe?
Die rote Färbung des Steins hat mit Eisen beziehungsweise mit einem sogenannten Oxid des Eisen zu tun. Es gehört zu den Mineralen. Minerale finden wir in jedem Gestein. Da diese alle unterschiedliche Eigenschaften haben, sehen Steine so unterschiedlich aus und haben unterschiedliche Eigenschaften.
Wir wollen uns nachfolgend mit dem Mineral "Hämatit" beschäftigen.
Das Hämatit bildet dünne Häutchen um die Quarzkörner des Sandsteins und verleiht ihm so die charakteristische rote Farbe. Doch was hat dieses Hämatit mit Eisen zu tun?
Dafür müssen wir uns die chemische Struktur des Hämatit genau anschauen. Die chemische Schreibweise lautet Fe2O3. Dabei steht das Fe (lat. Ferrum) für Eisen und das O (lat. Oxygenium) für Sauerstoff. Das bedeutet, dass ein Teil Hämatit aus 2 Teilen Eisen und 3 Teilen Sauerstoff besteht. Verbinden sich Eisen und Sauerstoff, so haben diese Verbindungen eine rötliche Färbung. Das Hämatit hat in seiner reinen Form eine kirschrote bis rotbraune Strichfarbe. Den Sauerstoff kennen wir aus der Luft oder als Bestandteil von Wasser. Wo kommt nun aber das Eisen her?
1. Durch Verwitterung von eisenhaltigen Mineralen
Wenn eisenhaltige Minerale wie Pyrit (FeS₂) oder Magnetit (Fe₃O₄) verwittern, wird Eisen freigesetzt. In Gegenwart von Sauerstoff oxidiert dieses Eisen zu Hämatit. Dieser Prozess kann sowohl an der Erdoberfläche als auch in tieferen geologischen Schichten stattfinden.
Eisen kann auch aus Sedimentgesteinen stammen, die bereits eisenhaltige Minerale enthalten. Durch die Verwitterung und Erosion dieser Gesteine wird Eisen freigesetzt und kann in neue Sedimentgesteine eingebaut werden.
2. Aus Hydrothermale Lösungen
Hydrothermale Lösungen, die reich an gelöstem Eisen sind, können durch Risse und Spalten in der Erdkruste zirkulieren. Wenn diese Lösungen abkühlen oder mit Sauerstoff in Kontakt kommen, kann das Eisen ausfallen und Eisenoxide wie Hämatit bilden.
Die sehr intensive Rotfärbung ist auf den verhältnismäßig hohen Anteil an Hämatit zurückzuführen. Dieser beträgt bei diesem Sandstein ca. 1,8%. Ein geringerer Hämatit-Anteil wurde zu einer weniger intensiven Rotfärbung führen.
Warum ist der Mars "rot"
Diese Prozesse läuft nicht nur auf unserer Erde ab. Hier kommen wir wieder zu unseren Science-Fiction-Filmen. Ein Planet, auf dem solche geologischen Prozesse in gleicher beziehungsweise ähnlicher Form stattfinden, ist der Mars. So kommt es, dass nicht nur die Karlsruher Pyramide sondern auch Gestein auf dem Mars rot beziehungsweise rötlich erscheint.
Wie genau sich Hämatit auf dem Mars gebildet hat, ist heute noch nicht bekannt. Es gibt zwei wesentliche Theorien.
Die erste Theorie geht von einer Oxidation von Magnetit mit Wasser aus.
Eine andere Theorie geht davon aus, dass sich Hämatit bei ständiger Kollision von Magnetit und Quarzkörnern bilden kann. Diese zweite Theorie wurde auch in einem Experiment bestätigt.
Warum sind die Pyramiden in Ägypten aber gelb?
Jetzt können wir nochmal zu den Pyramiden in Ägypten zurück kommen. Wieso sind diese gelb und nicht auch rot? Auch das hat mit einem Eisenoxid zu tun. Allerdings spielt hier Hämatit keine Rolle. Die gelbliche Färbung entsteht unter anderem durch sogenanntes Limonit. Limonit ist im Gegensatz zu Hämatit kein Mineral. Limonit ist eher ein Sammelbegriff für mehrere Minerale, die eine ähnliche chemische Struktur aufweisen.
Limonit ist deutlich komplizierter aufgebaut als Hämatit. Die chemische Formel lautet (FeO(OH)·nH₂O). Fe und O sind uns bereits vom Hämatit bekannt. Zusätzlich finden wir hier noch das Element H (lat. Hydrogenium) Wasserstoff. Zusätzlich könnt ihr den Buchstaben "n" als Platzhalter finden. H2O ist Wasser. Wir sehen also, dass Limonit Oxidationsverbindungen mit Wasser sind. Die Menge des Wassers kann dabei variieren. Dies beeinflusst dann auch, wie Gelb oder Ocker ein Gestein erscheint.
Wie entsteht Limonit?
Limonit bildet sich durch die Verwitterung eisenhaltiger Minerale unter feuchten Bedingungen. Das Eisen wird durch Wasser und Sauerstoff oxidiert und hydrolysiert, wodurch Limonit entsteht.
Eure Aufgaben zum Lösen dieses Geocaches
1) Macht ein Foto von euch oder einem Schild mit eurem Cachernamen + Datum des Fundes und der Pyramide im Hintergrund.
2) Ist die Färbung der Pyramide gleichmäßig? Wie erklärst du dir deine Beobachtung?
3) An den zwei Stationen dieses Earthcaches findest du Sandstein. Wie unterscheidet sich der Sandstein optisch und wie erklärst du den Unterschied?
4) Beschreibe den wesentlichen Unterschied bei der Entstehung von Hämatit und Limonit. Könnte Limonit so auch auf dem Mars entstehen?
Zum Lösen dieser Aufgaben müsst ihr beide Stationen besuchen. Bitte schickt eure Lösungen als Nachricht über mein Profil oder direkt an biberkuh@web.de. Bitte postet in euren Logs nur die geforderten Bilder. Ihr müsst keine Logfreigabe abwarten sondern könnt direkt nach dem Abschicken eurer Nachricht loggen.
Quellen:
English Version:
From movies, we are very familiar with landscapes of red stone. However, we tend to think more of a Western than of pyramids. Those who enjoy watching science fiction movies might also think of Mars.
Here, however, you are standing at a pyramid made of a particularly dark red stone. But how did this come about, and why is the pyramid not yellow, as we know from pictures (or if we have been there) from Egypt?
Where does the red color come from?
The red coloration of the stone is related to iron or a so-called oxide of iron. It belongs to the minerals. We find minerals in every rock. Since they all have different properties, stones look so different and have different characteristics. We will now focus on the mineral “hematite.” Hematite forms thin films around the quartz grains of the sandstone, giving it its characteristic red color. But what does this hematite have to do with iron? For this, we need to look closely at the chemical structure of hematite. The chemical formula is Fe2O3. Fe (Latin: Ferrum) stands for iron, and O (Latin: Oxygenium) stands for oxygen. This means that one part of hematite consists of 2 parts iron and 3 parts oxygen. When iron and oxygen combine, these compounds have a reddish color. Hematite, in its pure form, has a cherry-red to reddish-brown streak color. We know oxygen from the air or as a component of water. But where does the iron come from?
- Through weathering of iron-containing minerals
When iron-containing minerals such as pyrite (FeS₂) or magnetite (Fe₃O₄) weather, iron is released. In the presence of oxygen, this iron oxidizes to hematite. This process can occur both at the Earth’s surface and in deeper geological layers. Iron can also come from sedimentary rocks that already contain iron minerals. Through the weathering and erosion of these rocks, iron is released and can be incorporated into new sedimentary rocks.
- From hydrothermal solutions
Hydrothermal solutions, rich in dissolved iron, can circulate through cracks and fissures in the Earth’s crust. When these solutions cool or come into contact with oxygen, the iron can precipitate and form iron oxides such as hematite. The very intense red coloration is due to the relatively high hematite content. This is about 1.8% in this sandstone. A lower hematite content would lead to a less intense red coloration.
Why is Mars “red”?
These processes do not only occur on our Earth. Here we come back to our science fiction movies. A planet where such geological processes occur in the same or similar form is Mars. This is why not only the Karlsruhe Pyramid but also rocks on Mars appear red or reddish.
How exactly hematite formed on Mars is still unknown today. There are two main theories. The first theory assumes oxidation of magnetite with water. Another theory suggests that hematite can form through constant collision of magnetite and quartz grains. This second theory has also been confirmed in an experiment.
But why are the pyramids in Egypt yellow?
Now we can come back to the pyramids in Egypt. Why are they yellow and not red? This also has to do with an iron oxide. However, hematite does not play a role here. The yellowish coloration is partly due to so-called limonite. Unlike hematite, limonite is not a mineral. Limonite is more of a collective term for several minerals that have a similar chemical structure.
Limonite is much more complex than hematite. The chemical formula is (FeO(OH)·nH₂O). Fe and O are already known to us from hematite. Additionally, we find the element H (Latin: Hydrogenium) hydrogen here. Additionally, you can find the letter “n” as a placeholder. H2O is water. So we see that limonite is oxidation compounds with water. The amount of water can vary. This also influences how yellow or ocher a rock appears. How does limonite form? Limonite forms through the weathering of iron-containing minerals under moist conditions. The iron is oxidized and hydrolyzed by water and oxygen, forming limonite.
Your tasks to solve this geocache
- Take a photo of yourself or a sign with your cacher name + date of the find and the pyramid in the background.
- Is the coloration of the pyramid uniform? How do you explain your observation?
- At the two stations of this Earthcache, you will find sandstone. How does the sandstone differ visually, and how do you explain the difference?
- Describe the main difference in the formation of hematite and limonite.Would it be possible that there is Limonit on Mars?
To solve these tasks, you need to visit both waypoints. Please send your solutions as a message via my profile or directly to biberkuh@web.de. Please post only the required pictures in your logs. You do not need to wait for log approval but can log directly after sending your message.