26.01.2005
Aluminium - Ein Element mit vielseitigen Vorkommensformen
Aluminium ist ubiquitär vorhanden und stellt neben Sauerstoff und Silizium das dritthäufigste Element dar. Im täglichen Leben assoziieren wir mit dem Element Aluminium im allgemeinen Gebrauchsgegenstände wie Aluminiumfolie, Kochtöpfe und Leichtmetallmotoren bzw- Automobile. Wer von Sodbrennen geplagt wird oder sich verletzt hat, der kennt essigsaure Tonerde oder aluminiumhydroxidhaltige Antazida. Eine physiologische Bedeutung des Aluminiums oder sogar eine etwaige Toxizität findet sich erst bei genauerer Recherche. Begriffe wie Dialyse-Enzephalopathie oder die Alzheimer-Erkrankung werden mit Aluminiumgehalten in Verbindung gebracht, aber auch der Hungertod vieler Menschen hat bei ungünstigen geologischen Bedingungen etwas mit der Chemie des Aluminiums zu tun.
Zur Bewertung ökologischer oder physiologischer Auswirkungen ist die chemische Erscheinungsform (Spezies) des Aluminiums ausschlaggebend. Die Spezies hat großen Einfluss auf die Bioverfügbarkeit und Toxizität des Elements. Wird beispielsweise der pH-Wert des Bodens abgesenkt (z.B. durch sauren Regen), steigt die Konzentration von freien Aluminiumionen deutlich an und führt primär zu Störungen im Wurzelwachstum der Pflanzen. Begünstigt wird dieser Umstand durch saure Böden, wie sie in weiten Teilen Afrika's anzutreffen sind. Durch diverse Mechanismen versuchen Pflanzen, die für sie toxischen Aluminiumionen unschädlich zu machen.
Betrachtet man die Wirkungsweise von Aluminium auf das Wurzelwachstum von Pflanzen, so kann man die verschiedenen Pflanzenarten in zwei Gruppen einteilen. Zum einen sind dies die Al-Exkluder (Mais, Weizen), auf die Aluminium in hohen Konzentrationen toxisch wirkt. Die andere Gruppe toleriert und inkorporiert Aluminium in relativ hohen Konzentrationen und wird demzufolge Al-Akkumulator (z.B. Tee, Hortensie) genannt. Ein interessantes Untersuchungsobjekt ist die Hortensie, welche auch auf sauren Böden gut gedeiht und das mobilisierte und inkorporierte Aluminium zu einer veränderten Blütenfarbe nutzt (Abbildung 1). Der primäre Entgiftungs- und Transportschritt beruht auf der Ausscheidung von Carbonsäuren, unter denen die Citronensäure die wohl Interessanteste ist. Sie kommt in fast allen Pflanzen in hohen Konzentrationen vor und kann durch ihre vier Koordinationsstellen sehr viele verschiedene und dabei auch sehr stabile Komplexe bilden. Hier kommt die abwechslungsreiche Komplexchemie des Aluminiums zum Tragen. Die Komplexbildung als auch der Zerfall ist oftmals kinetisch gehemmt, so dass in einer Lösung eine Vielzahl unterscheidbarer Komplexindividuen auftreten können. Noch interessanter wird dies durch Beobachtung, dass die Toxizität des Aluminiums praktisch immer von der effektiven Ladung der vorliegenden Spezies abhängt.
Quelle: idw/Philipps-Universität Marburg
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