Smectite sind Tonminerale, die große Mengen an strukturell gebundenem Eisen enthalten können. Eine aktuelle Untersuchung zeigt nun, dass tetraedrisch eingebautes Eisen den Elektronenaustausch dieser Minerale etwa zehnmal schneller ablaufen lässt.
Anders als Eisenoxide lösen sich eisenhaltige Smectite nicht auf, wenn ihr Eisen reduziert wird. Dadurch lassen sie sich immer wieder reduzieren und reoxidieren, ohne ihre Kristallstruktur zu verlieren. Sie bilden somit einen recycelbaren Pool an redox-aktivem Eisen, der in Böden und Sedimenten zentrale geochemische Funktionen erfüllt: Er unterstützt die mikrobielle Atmung, also den Energiestoffwechsel von Mikroorganismen, die $Fe^{III}$ als Elektronenakzeptor nutzen, wandelt Schadstoffe um und beeinflusst die Kreisläufe von Nähr- und Spurenelementen.
Die Beschleunigung des Elektronenaustauschs durch tetraedrische Eisenzentren könnte erklären, warum manche Tone auf wechselnde Redoxbedingungen deutlich schneller reagieren als andere. Das ist nicht nur für das Verständnis biogeochemischer Prozesse relevant, sondern auch für praktische Anwendungen wie die natürliche Selbstreinigung von Grundwasserleitern, den Abbau von Kontaminationen oder Sanierungsverfahren, bei denen redox-aktive Tone als wiederverwendbare Elektronenreservoirs dienen können.
Hintergrund: Smectite wie der eisenreiche Nontronit sind 2:1-Schichtsilikate, in denen $Fe^{3+}$ entweder oktaedrisch in der Oktaederschicht oder tetraedrisch als Ersatz für $Si^{4+}$ eingebaut sein kann. Tetraedrische Zentren liegen näher an den Basalflächen, über die der Elektronentransfer zu Mikroben oder Elektroden erfolgt — Elektronen wandern dabei per Hopping zwischen $Fe(II)$- und $Fe(III)$-Zentren durchs Gitter.
Entitäten: smectit | stoff nontronit | stoff eisenoxid | stoff tetraedrisches eisen | konzept schichtsilikat | konzept mikrobielle eisenreduktion | reaktion redoxzyklus | reaktion schadstoffumwandlung | reaktion
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