Prof. e.h. Dr. Haino Uwe KasperDipl.‐ Geologe/Geochemiker

Institut für Geologie und Mineralogie

Spannendes aus GEOLOGIE und GEOCHEMIE:

ROHSTOFFE im Smartphone

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Labor 2 (1986 )

Labor 1 (1967)

Labor 3 (2018 )

Alpen (Schweiz)

Anatolien (Türkei)

Karpaten (Rumänien)

Interessant und VielseitigVerbindung Natur & Technik

Aus dem Gelände ins Labor

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Eine kleine Begrüßung

Liebe KinderUni‐Studis!Auf den folgenden Seiten möchte ich Euch etwas aus meinen beiden Forschungsbereichen präsentieren: der Geologie und der Geochemie.Wie schon die Überschriften auf der Vorseite besagen und die Fotos Euch vielleicht zeigen: Es sind richtig spannende Forschungsbereiche, die sehr vielseitig sind, weil sie Natur und Technik verbinden und weil man als Wissenschaft‐ler*in sowohl im Gelände – vielleicht sogar überall auf der Welt – als auch im Labor arbeiten kann.Hinzu kommt, dass es dabei um richtig wichtige Themen geht, die nämlich ganz viel mit unserer Umwelt und unse‐rem Leben zu tun haben. Heute möchte ich Euch etwas zum Thema „Rohstoffe“ berichten. Und wenn Ihr die Auf‐gaben zu dieser Präsentation erfüllt, könnt Ihr von der KölnerKinderUniversität einen Stempel für Euer Studien‐buch bekommen und an einer Verlosung teilnehmen.Ich wünsche Euch eine spannende Lektüre und viel Erfolg beim Studieren!EuerProfessor e.h. Dr. Haino Uwe Kasper

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Chemische ElementeWasserstoffMagnesium AluminiumSiliziumSauerstoff

MineralGranat(Mg3Al2Si3O12)Kalk (CaCO3)

Gestein Geologie GRANITQuarzFeldspatGlimmer

Was ist Geologie?Zunächst ein kleiner Umweg: Wie funktioniert eine Sprache, z.B. eine Fremdsprache?• Aus Buchstaben stellt man Wörter zusammen.• Aus Wörtern wird ein Satz.• Aus Sätzen besteht die Sprache oder ein BUCH.

Buchstaben  Wörter  Sätze  SpracheKatzeMaus

Katze fängtMaus

Warum ich dies hier aufschreibe, obwohl Du das bestimmt schon weißt?Weil es hilft mein Fachgebiet Geologie zu verstehen, das man nämlich mit einer Sprache vergleichen kann:

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Hier nochmal eine Erklärung:Rechts siehst Du die Tabelle, in der die chemischen Elemente (kleine Bausteine, aus denen unsere Welt besteht) aufgeführt sind. Mehr dazu lernst Du später im Chemieunterricht.

Die „Buchstaben“ der Geologie sind die chemischen Elemente.MINERALE bestehen aus chemischen Elementen.Ein oder mehrere Minerale bilden ein GESTEIN.Die Gebirge bestehen aus Gesteinen.Alles zusammen ist die GEOLOGIE.

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Das heißt, die Wissenschaft der Geologie hilft uns, die chemischen Elemente und Minerale zu entziffern und zu verstehen. Sie erforscht den Aufbau und die Zusammensetzung der Erde.

Und nun zur Geochemie…

Geologen, die die chemische Zusammensetzung der Erde erforschen, nennt man GEOCHEMIKER.

Mit Hilfe der chemischen Analysen werden Minerale und Gesteine  untersucht. (Analyse bedeutet, etwas auf einzelne Merkmale hin zu untersuchen. Das kann man mit einem Stoff / Gestein tun, aber man benutzt das Wort auch in anderen Zusammenhängen, wenn man zum Beispiel Sprachen untersucht.)

Die GEOlogen untersuchen im Gelände Gesteine und Minerale und bringen das Probenmaterial „nach Hause“  ins Labor. So finden sie auch Rohstoffe, die es überall auf der Erde gibt, die aber nicht immer so einfach zu entdecken sind.

Der GeoCHEMIKER analysiert das Probenmaterial mit unterschiedlichen Methoden im Labor, wo er auch prüfen kann, aus welchen chemischen Elementen die Probe besteht.

Als Ergänzung, die Du Dir nicht merken musst, kommt hier noch eine ziemlich alte, aber auch heute noch gültige Definition (genaue Bestimmung des Begriffs) :

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Damit wird festgestellt:

Der Geochemiker ist der Detektiv der Geologie !

Die HAUPTZIELEder GEOCHEMIE sind:Wissenschaftliches Interesse

Wie funktioniert die Erde?Wie und wo entstehen zum Beispiel Gesteine oder Minerale oder wo findet man sie (haben sie eine Lagerstätte)?

Praktische BedeutungDie Suche (Prospektion) nach lebenswichtigen Rohstoffen für die Gesellschaft , das heißt für unsere Industrie, unser Handwerk, unser allgemeines Leben.

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Vielleicht verstehst Du jetzt, warum ich Geologieund Geochemie so spannend finde.

ROHSTOFFE…sind ursprünglich aus der NATUR gewonnene Stoffe, dievom Menschen genutzt werden.Manche bestehen einfach nur aus einem chemischenElement, manche sind Minerale.

Beispiele für Rohstoffe sind:

Was allerdings zu beachten ist:

Die Natur gibt einen Rohstoff nur einmal her !(Und die Suche sowie der Abbau werden 

immer aufwendiger.) Danach kommt nur noch 

Wiederverwendung – Recycling!

Gold (Au)

Kupfer (Cu)

Lithium (Li)

Kochsalz(NaCl) Erdöl Kohle

Bernstein

Holz

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Häufigkeit: sehr oder außerordentlich selten

Vorkommen: auf der Erde extrem ungleich verteilt

Anwendung / Gebrauch: außerordentlich vielfältig

Nachfrage / Notwendigkeit: sehr hoch, steigend

Rohstoffe sind schwer zu ersetzen! (Noch ist das so – es wird weiter viel For‐schung gebraucht, vielleicht später auch von Dir!)

Das Wichtigste über ROHSTOFFE

Alle Rohstoffe sind begrenzt !

Rohstoffe werden unterteilt in drei Gruppen:

1) MINERALISCHE ROHSTOFFE Das sind:Alle METALLEBeispiele: Eisen, Aluminium, Lithium (in Batte‐rien), Gold, Nickel, Kupfer, Kobalt, Gold, Seltene Erden, Platin 

Gebraucht z.B. für Industrie, Windenergie, High Tech

HALBMETALLEBeispiele: Silizium (Glas), Germanium, Arsen, Antimon, Tellur

Gebraucht z.B. für: High Tech, Energie

NICHTMETALLE Beispiele: Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor, 

Fluor

BAUSTOFFE Beispiele: Kalkstein, Tone, Basalt, Granit

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2) NICHTMINERALISCHE ROHSTOFFE Das sind:

Fossile Brennstoffe: zum Beispiel Erdöl,Erdgas, KohleGebraucht z.B. für die Energieherstellung und in der Chemie

Bernstein

3) NACHWACHSENDE ROHSTOFFE (Leben, Chemie, Energie)

Holz, Getreide, Baumwolle, Fleisch, Leder und vieles mehrGebraucht z.B. für unser Leben, in der Chemie und für die Energieherstellung

Aber: Auch die Bäume wachsen nichtin den Himmel!Das heißt: Auch nachwachsende Rohstoffesind begrenzt. 

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Glas/Keramik16%

Metalle+Halb‐metalle25%

Sonst.Mat.3%

Unser Fall: Rohstoffe im SmartphoneIn einem Smartphone gibt es folgende Materialanteile:

KUNSTSTOFFE56%

15%

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Hier siehst Du ein sogenanntes Tortendiagramm. Es kann uns helfen zu erkennen, von welchen Stoffen viel und von welchen Stoffen wenig in einem Smartphone ist. Dies drückt man in Prozent (das Symbol dafür ist %) aus. 100 % (Prozent) sind alle Stoffe zusammen, aus denen das Handy besteht, also die ganze Torte. Die Hälfte von der Torte sind dann die Hälfte von 100, also 50 %. Wie Du siehst, besteht das Handy zu mehr als der Hälfte, nämlich zu 56 % aus Kunststoffen.

Besonders wertvoll sind Metalle und Halbmetalle. Hier steht die Zahl 25 %, das ist insgesamt ein Viertel der Torte. Wenn Du ein Smartphone betrachtest, siehst Du vor allem Kunststoff und Glas, aber im Inneren sind so viele Metalle und Halbmetalle, dass das Handy also zu einem Viertel daraus besteht.

KUNSTSTOFFE56%

Ag = Silber Ge PtAs = Arsen In SbAu = Gold K Se

Be La SiBr Li = Lithium SmC Mg Sn

Co Nd TaCr = Chrom O Tb

Dy P TeEu Pb TlGa Pd YGd Pr Zr

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Die Chemiker und Geochemiker können die wichtigen Metalle und Halbmetalle noch genauer bestimmen. Dies findest Du in der unten stehenden Tabelle. Die merkwürdigen Buchstabenkombinationen stehen jeweils für ein chemisches Element (Du erinnerst Dich: die Buchstaben, die in einer großen Übersichtstabelle auf Seite 4 dargestellt werden).

Cu (Kupfer), Fe (Eisen), Al (Aluminium) undNi (NickelGRÖSSERE MENGEN

Kleinere Mengen

MetalleHalbmetalle Nichtmetalle 

im Smartphone

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Der Ökologische Rucksack des Smartphones  – Was ist das?

Der Begriff „Ökologischer Rucksack“ wird verwendet, wenn man darstellen will, wie sehr etwa ein Gegenstand unsere Ökologie (= die Umwelt und ihre Lebewesen) belastet.  Hier also: Wie sehr belastet ein Handy die Umwelt?

Dazu berechnet man unter anderem, wie viele Rohstoffe zur Herstellung benötigt werden, aber auch wieviel Energie bei der Herstellung verbraucht wird oder welche Schäden in der Umwelt entstehen, wenn die Rohstoffe gewonnen werden und noch vieles mehr. Die Daten werden dann mit einer Formel in Gewicht umgerechnet. 

Denn das Bild des Rucksackes und seines Gewichtes macht uns eben deutlich, wie schwer ein kleine  und leichtes Gerät  wie ein Smartphone eigentlich für die Belastung der Umwelt ist, was „die Umwelt da zu schleppen hat“.

Der Ressourcenverbrauch(Verbrauch an Rohstoffen) bei der Herstellung eines Handys summiert sich im Schnitt auf etwa 44 Kilogramm. 

Der ökologische Rucksack,das unsichtbare Gewichteines jeden der handlichenGeräte für unsere Umwelt, istdeshalb sehr groß.

Der Großteil des Gepäcks entfällt auf den aufwendigen Abbau von Rohstoffen. 

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Ökologischer Rucksack

1 Handy

Gewichte im VergleichHandy: etwa 100‐120 g = 1 Tafel Schokolade

Ökologischer Rucksack des Handys: etwa 44 kg = 44 Liter Wasser  (oder 440 Tafeln Schokolade)

Huge landslide at the Kennecott Copper Bingham Canyon Mine. Mine slope 

Der EINFLUSS der Rohstoff‐gewinnung auf die UMWELT

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Insbesondere Halbmetalle und Metalle findet man als Rohstoffe unter der Erde. Das heißt, dass sie gefunden und auch herausgeholt oder gehoben werden müssen.

Das ist ein Tagebau:Durch den Abbauentstehen sehrgroße „Löcher“, fast1000 Meter tief, dieböse Narben in derNatur hinterlassen.

Hier sieht man wieein Hang abrutscht.

Bei der Gewinnung der Rohstoffe entstehen  viele ABFÄLLE !

Was „hinten raus kommt“ belastet die Natur (= Umwelt) 

Rohstoffvorkommen in der Welt 

ChinaKanadaRusslandKongo

SüdafrikaAustralien SüdamerikaArktis/Antarktis

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Länder / Regionen mit (noch) vielen für ein Smartphone oder auch ein E‐Bike benötigten Rohstoffen (große Punkte):

Wie Du siehst, hat Deutschland nur einen kleinen Punkt. Oft sind die Rohstoffe, wie schon gesagt, schwer zu heben, zum Beispiel in der Arktis / Antarktis, wo ständig Eis liegt. Daher wissen Geologen und Geochemiker: Wir müssen mit Rohstoffen sorgsam umgehen!  

Abschließende AUFGABEN und FRAGEN

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Super, dass Du bis hierhin alles durchgearbeitet hast. Wenn Du jetzt noch die Fragen und Aufgaben erledigst und an die KölnerKinderUni‐versität schickst, bekommst Du vom KinderUni‐Team einen Stempel, denn dann hast Du als KinderUni‐Studi diesen digitalen Workshop erfolgreich bearbeitet. Wenn Du 10 Stempel gesammelt hast, kannst Du ein KinderUni‐Diplom bekommen und an einer Verlosung teilnehmen.

Aufgabe 1:Was ist ein Geologe und womit beschäftigt er sich?

Aufgabe 2:Warum werden Geochemiker als Detektive der Geologie bezeichnet?

Aufgabe 3:Aus welchen kleinen Bausteinen bestehen Minerale und Gesteine?  

Aufgabe 4:Erkläre den Unterschied zwischen einem Gestein und einem Mineral.

Aufgabe 5:Was ist ein Rohstoff?

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Aufgabe 7:Auf Seite 8 findest Du Bilder von folgenden Rohstoffen:

Holz KupferGold LithiumKochsalz ErdölKohle Bernstein

Schreibe auf, welche der Rohstoffe Du in Eurem Haushalt oder bei Deinen Großeltern findest. Nenne die Rohstoffe und schicke uns dazu Bilder (Fotos oder gemalte Bilder) von Dingen, in denen die Rohstoffe sind. Natürlich darfst Du auch Deine Geschwister, Großeltern oder Eltern fragen, wenn Du nicht weiter kommst.

Aufgabe 8 ‐ Zusatzaufgabe für besonders Interessierte:Finde heraus, wo bei Euch Smartphones zum Wiederverwerten abgegeben werden können, und nenne uns Namen und Ort. (Tipp dafür: Stadtverwaltung oder Gemeindeverwaltung  können vielleicht helfen.)

Prima, Du hast es geschafft und einen Einblick in die Geologie und Geochemie bekommen und weißt, wie wichtig der sorgsame Umgang 

mit unseren Rohstoffen ist!Wir freuen uns auf die Einsendung 

Deiner Antworten!