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Tafeliger Monazit auf einem Xenotimkristall. Königsalm bei Senftenberg, Niederösterreich. Manche Minerale, wie Monazit, werden niemals metamikt, sondern stets nur moderat strahlengeschädigt. (© Martin Slama) Quelle: Uni Wien

Mineral heilt sich selbst von Schäden durch radioaktive Strahlung

Manche Minerale setzen sich selbst radioaktiver Strahlung aus und verändern so über lange Zeit ihre Struktur. Monazit verhält sich in diesem Fall "wie Camembert, in den man Löcher bohrt": Sind schon Strahlenschäden vorhanden, "heilt" das Mineral wieder von selbst. In einer neuen Studie konnte ein internationales Forschungsteam um Lutz Nasdala vom Institut für Mineralogie und Kristallographie an der Universität Wien nun die Ursache des Selbstausheilens von Monazit durch Helium-Bestrahlungsexperimente finden. Die Ergebnisse wurden in "Scientific Reports" veröffentlicht.

In der Natur kommt eine Vielzahl von Mineralen vor, welche Uran und Thorium in ihre Kristallstruktur einbauen. Dadurch entsteht radioaktive Selbstbestrahlung, die über Jahrmillionen hinweg den Kristall zerstört und ihn in einen glasartigen Zustand überführt, für den der norwegische Mineraloge und Geologe Waldemar Christofer Brøgger bereits im Jahr 1893 den Begriff "metamikt" prägte.

Sich selbst bestrahlende Minerale sind derzeit stark im Fokus der Forschung, weil Strukturzerstörung die physikalischen und chemischen Eigenschaften signifikant verändern kann. Diese zu verstehen ist wichtig für die geowissenschaftliche Forschung – eine der wichtigsten Methoden zur Altersdatierung von Gesteinen basiert auf dem radioaktiven Zerfall von Uran – und die Materialwissenschaften, denn radioaktive Minerale sind Analoga zu Wirtskeramiken für die Immobilisierung von Nuklearabfall.

Monazit heilt sich selbst
Bisher konnte nicht erklärt werden, warum manche Minerale (wie z.B. Zirkon, ZrSiO4) in der Natur häufig durch Selbstbestrahlung verglast gefunden werden, während andere Spezies (wie z.B. Monazit, CePO4) – ungeachtet sogar deutlich höherer Selbstbestrahlung – niemals metamikt werden, sondern stets nur moderat strahlengeschädigt sind. Die Erklärung hierfür ist zunächst, dass die Struktur von Monazit nicht stabil genug ist, um Strahlenschäden über geologische Zeiträume hinweg zu akkumulieren. Lutz Nasdala erläutert dies durch einen Vergleich mit Käse: "Es ist möglich, mit einem Bleistift Löcher in einen harten ('stabilen') Emmentaler Käse zu bohren, während analoge Löcher in einem weichen Camembert schnell wieder 'ausheilen'", so Nasdala. Mehr erfahren...

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