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Untersuchungen der Bildungsprozesse und der Struktur des ...

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4 Kristallisationskammer

4 Kristallisationskammer Amorphes Material, das sich während des Versuchs und damit in Abwesenheit von Meerwasser gebildet hätte, dürfte kein Silizium enthalten und kann somit als Komponente der amorphen Schicht ausgeschlossen werden. Das in dem EDX Spektrum in Abb. 4.23 detektierte Silizium - Signal ist wesentlich höher und ausgeprägter als die in natürlichem Perlmutt detektierten Silizium - Signale (Abb. 4.27). Zudem fällt auf, dass das Silizium - Signal der in der Kristallisationskammer behandelten Probe sogar höher als die Calcium - und Kohlenstoff - Signale ist. Dieses Verhältnis kann jedoch nicht in natürlichem Perlmutt beobachtet werden. Eine mögliche Ursache ist, dass während der Entmineralisierung der Schale das Silizium, das sich ursprünglich in den Aragonitplättchen befand, nun in den Schichten der unlöslichen Matrix aufkonzentriert wird und somit zu einem erhöhten Silizium - Signal führt. Das Wachstum des Aragonits zwischen die Schichten der unlöslichen Matrix in der Kristallisationskammer könnte ein Erklärungsansatz für die flache Form der Kristalle sein. Verdeutlicht wird der mögliche Wachstumsprozess in einer schematischen Darstellung in Abb. 4.28. Aragonitkristalle (grau dargestellt), die auf Schichten der unlöslichen Matrix (blau) nukleieren, wachsen solange, bis das Wachstum senkrecht zu den Matrixschichten durch eine darüberliegende Schicht der unlöslichen Matrix blockiert wird. Dies ist der Fall für den in Abb. 4.28 jeweils links dargestellten Aragonitkristall. Dabei könnten inhibierende Proteine (rot dargestellt), wie Perlinhibin, eine Rolle spielen. Da kein Wachstum in diese Richtung mehr möglich ist, wird sich der Aragonitkristall nur noch lateral ausdehnen. Auf diese Weise könnte ein Kristall mit einer flachen plättchenförmigen Morphologie entstehen. Die variierenden Dicken der flachen Kristalle würden in dem Fall damit zu erklären sein, dass die unlösliche Matrix eine Vorbehandlung erfahren hat und nicht im natürlichen Zustand vorliegt. Eventuell ist die Konzentration der inhibierenden Proteine in manchen Bereichen der Matrixschichten reduziert (z.B. durch Herauslösen der Proteine während der Präparation). Dies hätte zur Folge, dass in Bereichen mit weniger inhibierenden Proteinen das Wachstum der Aragonitkristalle senkrecht zu den Schichten der unlöslichen Matrix weniger stark blockiert werden würde und sich dickere Kristalle ausbilden würden. Dies wird in Abb. 4.28 durch den jeweils rechten Aragonitkristall verdeutlicht. Das Wachstum entlang dieser Richtung würde erst gestoppt werden, wenn der Kristall auf höherliegende Schichten der unlöslichen Matrix mit inhibierenden Proteinen treffen würde. Dies ist jedoch nur eine Hypothese und kann durch die in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen nicht bewiesen werden. Das Wachstumsmodell könnte sich eventuell auch auf die flachen Aragonitkristalle, die im SEM auf der unlöslichen Matrix beobachtet werden konnten, anwenden lassen und nicht nur auf die Kristalle, die eindeutig zwischen den Schichten der interlamellaren Matrix gewachsen sind. Anhand der SEM Aufnahmen kann nämlich nicht eindeutig festgestellt werden, ob sich die flachen Aragonitkristalle tatsächlich direkt auf der Oberfläche der unlöslichen Matrix befinden oder ob sie von einer oder sehr wenigen Lagen der interlamellaren Matrix bedeckt sind. Die Proteine in diese Lagen könnten die oben 74 Abb. 4.28: Schematische Darstellung einer Arbeitshypothese des Wachstums der Aragonitkristalle (grau) in die Schichten der unlöslichen Matrix (blau). An der unlöslichen Matrix haften inhibierende Proteine (rot) an, die bei Kontakt mit dem Kristall dessen weiteres Wachstum blockieren.

4.4 Diskussion beschriebene Wirkung auf das Wachstum des Aragonits haben und so auch eine flache Morphologie der Aragonitkristalle bewirken, die sich (wenn eventuell auch nur scheinbar) direkt auf der Oberfläche der unlöslichen Matrix befinden. Die flache Form der Aragonitkristalle könnte auch über starke Wechselwirkungen zwischen den Kristallen und der Oberfläche der unlöslichen Matrix erklärt werden. Die Frage, wodurch diese Wechselwirkungen zustande kommen würden, ist jedoch offen. Ein Ansatz für eine Antwort liegt jedoch auch hier wieder in der möglichen Wechselwirkung von organischen Komponenten, wahrscheinlich Proteinen, und dem kristallinen Material. Interessant ist die Beobachtung, dass die aufgewachsenen flachen Aragonitkristalle sehr unterschiedliche Oberflächennormalen aufweisen. Diese unterscheiden sich nicht nur stark von den Oberflächennormalen von natürlich gewachsenen Aragonitplättchen in Perlmutt, sondern auch untereinander. Obwohl also die flachen Kristalle eine z.T. ähnliche Morphologie aufweisen und aus Aragonit bestehen, ist ihre Kristallorientierung sehr verschieden. In den durchgeführten Versuchen scheint demnach noch eine wesentliche Komponente zu fehlen, die Einfluss auf die Kristallorientierung ausübt und die in Perlmutt bewirkt, dass die [001] - Richtung die Oberflächennormale der Aragonitplättchen ist. 75

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