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Wie entsteht Pyrit

Wie entsteht Pyrit in marinen Sedimenten?

Da Pyrit bei vorhandensein von Sauerstoff leicht oxidiert, müssen für die Bildung von pyritreichen Sedimenten anoxische Bedingungen herrschen. Die direkte Ausfällung von FeS2 spielt bei der Pyritbildung nur eine sehr geringe Rolle, da sie nur bei sehr hohen Temperaturen (>100°C) und sehr langsam abläuft.

Eine entscheidende Rolle bei der Pyritbildung spielt somit der Schwefelkreislauf bei anaeroben Bedingungen. Sofern die anoxischen Bedingungen anhalten bilden sich je nach pH-Wert Pyrit oder Markasit. Unter sauren Bedingungen bildet sich eher Markasit (pH < 4), weshalb man ihn auch häufig in Kohlen oder sauren Sümpfen findet. Bei einem pH-Wert größer 6 wird man nur noch Pyrit finden.

Wie man dem Schwefelkreislauf entnehmen kann, müssen folgende Bedingungen gegeben sein:

1. vorhandensein von Sulfat (SO42-)

2. metabolisiebare organische Substanz

3. reaktives Eisen

4. Bakterien, die Sulfat reduzieren können und Bakterien, die Schwefelwasserstoff (H2S) zu elementarem Schwefel reduzieren

Sulfat ist mit einer Konzentration von 2,712 g/kg im Meerwasser reichlich vorhanden. Durch Absinken von organischer Materie in die anoxische Zone haben wir auch unsere zweite Zutat. Nun können Bakterien der Gattung Desulfovibrio das Sulfat mit Hilfe der organischen Materie zu Schwefelwasserstoff reduzieren:

18 CH2O + 9 SO42- → 9 H2S + 18 HCO3-

Der entstandene Schwefelwasserstoff reagiert dann mit vorhandenen Eisenoxiden und bildet Eisenmonosulfid (Mackinawit). Hierbei wird auch elementarer Schwefel frei gesetzt:

6 FeOOH + 9 H2S → 6 FeS + 3 S0 + 12 H2O

Aus dem so entstandenen Eisenmonosulfid und elementarem Schwefel kann sich nun direkt Pyrit bilden oder es kommt zu einer Zwischenstufe, wo Greigit (Fe3S4) entsteht, welches dann wiederum mit elementarem Schwefel reagiert und Pyrit bildet:

FeS + S0 → FeS2

3 FeS + S0 → Fe3S4, Fe3S4 + 2 S0 → 3 FeS2

Der bei der Sulfatreduktion entstandene Schwefelwasserstoff wird nur unter idealen Bedingungen komplett zu Eisenmonosulfid und somit im Endeffekt zu Pyrit umgewandelt. An der Grenzschicht zur oxischen Zone kommt es zur Reoxidation von bis zu 90%. Hierbei spielen Bakterien eine Rolle, die H2S zu Sulfat oxidieren können. Aber auch in der anoxischen Zone gibt es Bakterien, die in der Lage sind H2S zu oxidieren.

Die Menge des gebildeten Pyrits hängt von unterschiedlichen Faktoren ab:

1. Der Menge organischer Materie, die für die mikrobielle Sulfatreduktion zur Verfügung steht.

2. Dem pH-Wert: Bei sehr geringem pH-Wert entsteht vornämlich Markasit, während bei pH-Werten >6 nur noch Pyrit entsteht.

3. Der Sedimentationsrate: Je schneller die organische Materie absinkt, desto weniger wird durch aerobe Bakterien abgebaut. Somit steht mehr für die Sulfatreduktion zur Verfügung. Herschen jedoch komplett anoxische Bedingungen, so kann sich auch bei einer geringen Sedimentationsrate viel Pyrit bilden, da keine aeroben Bakterien die organische Materie vorher umsetzen können.

ICBM-Webmaster (Stand: 10.09.2018)