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26. Eisen (Fe) - Das Blut der Zivilisation · Das Periodensystem der Elemente

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Willkommen zu einer neuen Folge von Wissensreise durch das
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Periodensystem, deinem Podcast zum Entspannen, Loslassen und
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lernen. Kennst du schon unsere anderen
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Schlafreisereien wie Schlafreise durch das Universum oder
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Schlafreise durch vergessene Welten?
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Falls nicht, lohnt sich ein Blick in unseren Feed, dort
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warten viele weitere Folgen auf dich, die dich sanft durch die
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Geheimnisse unseres Kosmos und unserer Geschichte begleiten.
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Heute aber bleiben wir nah beieinander.
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Wir tauchen ein in ein Element, das tiefer mit der menschlichen
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Geschichte verwoben ist als fast jedes andere.
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Ein Element, das in deinen Adern fließt, das Brücken trägt und
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Schiffe antreibt, das Kontinente geformt und Zivilisationen
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gegründet hat. Die Rede ist von Eisen,
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chemisches Symbol, FE, Ordnungszahl, 26 und seit
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Jahrtausenden das Rückgrat der menschlichen Welt.
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Lass uns gemeinsam reisen durch glühende Erdkerne und uralte
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Meteoritenfelder, durch die Schmiedefeuer früherer Kulturen
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und die gigantischen Hochöfen unserer Zeit, durch das Blut in
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unseren Körpern und die Tiefen des Weltalls.
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Mach es dir bequem, lass den Tag hinter dir und begleite mich auf
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dieser Wissensreise der Name Eisen ist germanischen Ursprungs
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und lässt sich über das althochdeutsche Isan und.
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Bis zu einem protoindoeuropäischen Wort
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zurückverfolgen, das vermutlich das starke oder das heilige
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Metall bedeutete. Das chemische Symbol FE hingegen
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stammt aus dem lateinischen Ferrum, nannte das römische
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Reich dieses Metall, ein Wort, das im Spanischen als Hiero und
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im Französischen als ver bis heute weiterlebt.
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Diese doppelte Herkunft, germanisch und lateinisch,
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spiegelt etwas wider, das für Eisen grundlegend ist.
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Es gehört keiner einzigen Kultur, es gehört allen Eisen,
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ist eines der wenigen Elemente, das den Menschen weltweit und
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unabhängig voneinander entdeckt und genutzt wurde, ob in
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Anatolien oder subsahara Afrika, ob in Südostasien oder im
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vorkolumbianischen Amerika, überall dort, wo Menschen
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lernten. Erz aus dem Boden zu holen und
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im Feuer zu verwandeln, veränderte Eisen die Geschichte.
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Es ist das Element der Kontinuität und des Wandels
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zugleich. Eisen steht im Periodensystem in
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der Gruppe 8, der vierten Periode, und gehört zu den
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Übergangsmetallen mit seiner Ordnungszahl 26 besitzt es 26
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Protonen im Kern und in der neutralen Form 26 Elektronen,
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verteilt auf 4 Schalen. Die elektronenkonfiguration
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lautet ar 3 d 64 Äste 2. Eine Anordnung, die Eisen zu
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einem der vielseitigsten chemischen Reaktionspartner
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unter allen Metallen macht. Eisen ist das schwerste Element,
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das durch die Kernfusion in normalen Sternen gebildet werden
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kann. Dieser Satz trägt eine kosmische
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Bedeutung in sich, die kaum zu überschätzen ist in massereichen
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Sternen. Verschmelzen zunächst
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Wasserstoffkerne zu Helium, dann Helium zu Kohlenstoff, dann
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weiter zu Sauerstoff, Neon, Magnesium, Silizium und
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schließlich zu Eisen. Doch dort endet die Kernfusion,
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die Bildung von Elementen schwerer als Eisen würde Energie
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verbrauchen statt freisetzen, und so häuft sich Eisen im Kern
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alternder Sterne an. Bis dieser kollabiert und in
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einer gewaltigen Supernova Explosion die bisher
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entstandenen Elemente ins All schleudert.
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Eisen ist damit in einem sehr wörtlichen Sinne das Ende eines
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Sternenlebens und der Beginn unserer irdischen Welt in seiner
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reinen Form ist Eisen ein silberweißes glänzendes Metall
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mit einem Schmelzpunkt von 1538 Grad Celsius.
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Es ist Ferromagnetisch, das bedeutet, es kann von Magneten
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angezogen werden und selbst magnetisiert werden, was es von
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den meisten anderen Metallen grundlegend unterscheidet.
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Eisen hat eine Dichte von 7,87 Gramm pro Kubikzentimeter, ist
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Duktil und formbar und reagiert in feuchter Luft mit Sauerstoff
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zu dem, was wir im Alltag schlicht als Rost kennen,
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Eisenoxid, chemisch f 2 o 3. Besonders bemerkenswert ist die
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Fähigkeit des Eisens, in verschiedenen Kristallstrukturen
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vorzukommen. Ein Phänomen, das Allotropie
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genannt wird. Unterhalb von 912 Grad Celsius
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liegt Eisen in der sogenannten Alpha Phase vor kubisch
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Raumzentriert zwischen 912 und 1394 Grad Celsius nimmt es die
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Gamma Phase an kubisch Flächen zentriert.
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Und zwischen 1394 und 1538 Grad Celsius kehrt es zur kubisch
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raumzentrierten delta Phase zurück.
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Diese Phasenübergänge sind der Schlüssel zum Verständnis der
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Stahlerzeugung und der Wärmebehandlung von
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eisenlegierungen Eisen ist das häufigste Element auf der Erde,
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zumindest wenn man den gesamten Planeten betrachtet, etwa 32%
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der Erdmasse bestehen aus Eisen. Der größte Teil davon befindet
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sich im Erdkern, der aus einem flüssigen äußeren und einem
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festen inneren Teil besteht, beide überwiegend aus Eisen und
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Nickel. Dieser flüssige äußere Erdkern
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ist es, der durch Konvektionsströme das Magnetfeld
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unseres Planeten erzeugt, jenes unsichtbare Schutzschild, das
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die Erde vor dem Bombardement energiereicher Teilchen aus dem
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Weltall abschirmt und das Leben erst möglich macht.
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In der Erdkruste ist Eisen das vierthäufigste Element nach
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Sauerstoff, Silizium und Aluminium.
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Es findet sich in einer Vielzahl von Mineralien, Magnetit, FA 3 o
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4, hematit fe 2 o 3, limonit, Siederit und Pyrit, jenes
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goldglänzende Mineral, das ahnungslosen Goldgräbern als
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narrengold Enttäuschungen bescherte.
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Die wichtigsten Eisenerze für die industrielle Gewinnung sind
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Magnetit und Hämatit, die in riesigen Lagerstätten in
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Australien, Brasilien, China, Indien und Russland vorkommen.
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Australien und Brasilien sind heute die beiden größten
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Eisenerzproduzenten der Welt, allein Australien fördern
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jährlich mehr als 900000000 Tonnen Eisenerz, eine Zahl, die
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sich kaum vorstellen lässt. Diese Mengen fließen
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größtenteils nach China. Dem weltgrößten
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Stahlproduzenten, der mehr als die Hälfte des globalen Stahls
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herstellt. Die Menschheit lernte, Eisen zu
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bearbeiten, lange bevor sie es aus der Erde zu gewinnen wusste.
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Die ersten Eisenstücke, die Menschen in die Hand nahmen,
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waren kosmischen Ursprungs, meteoritisches Eisen, das vom
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Himmel fiel und bereits in metallischer Form vorlag, ohne
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dass es eines Schmelzprozesses bedurft hätte, dieses
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Himmelsmetall. Wurde von frühen Kulturen als
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außergewöhnlich und heilig betrachtet.
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Perlen und Werkzeuge aus meteorischem Eisen, die in
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ägyptischen Gräbern aus der Zeit um 3200 vor Christus gefunden
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wurden, zählen zu den ältesten bekannten Eisenobjekten der
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Menschheit. Der berühmte Dolch, der im Grab
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des Pharaos Tutanchamun entdeckt wurde, besteht aus meteorischem
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Eisen, ein Schatz vom Himmel für einen Gott auf Erden.
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Die Technologie, Eisen aus Erz zu Erschmelzen, entwickelte sich
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vermutlich zuerst in Anatolien im heutigen Türkei, um etwa 1200
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vor Christus. Diese Periode markiert den
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Übergang von der Bronzezeit zur Eisenzeit, eine der
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folgenreichsten Zäsuren der Menschheitsgeschichte, Bronze,
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eine Legierung aus Kupfer und Zinn, war das dominierende
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Metall der vorangegangenen Jahrhunderte.
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Doch Bronze hatte einen entscheidenden Nachteil.
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Kupfer und Zinn sind geographisch ungleich verteilt
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und mussten oft über weite Handelswege beschafft werden,
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Eisen hingegen ist nahezu überall verfügbar, wer Eisen
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schmelzen konnte, war nicht mehr von Handelsrouten abhängig, das
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Schmelzen von Eisen war jedoch deutlich schwieriger als das von
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Bronze. Eisen hat einen schmelzpunkt von
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1538 Grad Celsius. Bronze schmilzt bereits bei etwa
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900 bis 1000 grad. Die frühen Eisenschmiedinnen
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entwickelten deshalb eine ausgefeilte Technik, sie
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erhitzten Erz und Holzkohle in sogenannten Rennöfen, die durch
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Blasebälge mit Luft versorgt wurden.
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Das Ergebnis war kein flüssiges Eisen, sondern eine teigige
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Eisenmasse, die sogenannte Luppe, die anschließend durch
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wiederholtes Hämmern von Schlacken befreit und verdichtet
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wurde. Dieses Schmiedeeisen war weicher
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als Bronze, ließ sich aber durch Zugabe von Kohlenstoff in
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härteres Material verwandeln. Eine frühe Form der
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Stahlerzeugung die Verbreitung der Eisentechnologie veränderte
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die Machtbalancen der Welt, Völker, die Eisen herstellen
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konnten, hatten härtere Werkzeuge und Waffen, konnten
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mehr Land urbar machen und größere Armeen ausstatten.
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Eisen wurde zum Fundament der antiken Hochkulturen, von den
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Hethitern über das Persische Reich bis zum Imperium Romanum.
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Im Mittelalter war das Schmiedehandwerk eine der
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angesehensten Berufsgruppen überhaupt, die Schmiede, oft mit
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einem Hauch von Magie und Geheimnistuerei umgeben, waren
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unverzichtbar für jede Gemeinschaft, sie fertigten
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Flugscharen, mit denen Felder bestellt wurden, und Schwerter,
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mit denen Kriege geführt wurden. Rüstungen, Hufeisen, Messer,
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Beschläge und Schlösser, fast jeder Gegenstand der Stabilität
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und Haltbarkeit erforderte, stammte aus der Esse der
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Schmiede. Die Entdeckung, dass Eisen durch
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die gezielte Zugabe von Kohlenstoff in seiner Härte und
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Festigkeit verändert werden kann, war eine der
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entscheidenden Erkenntnisse der Materialwissenschaft Stahl.
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Eine Legierung aus Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen
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0,02 und 2,14% vereint die Zähigkeit des Eisens mit einer
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Härte, die das reine Metall nicht besitzt.
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Je nach Kohlenstoffgehalt und Wärmebehandlung lassen sich
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völlig unterschiedliche Eigenschaften erzielen, weicher,
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Biegsamer Federstahl, harter Bruchfester werkzeugstahl,
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rostfreier Edelstahl mit Chrom und Nickel.
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Das Damasena Stahl, dessen Ruf sich im Mittelalter um die Welt
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verbreitete, war ein frühes Beispiel für raffinierte
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Stahlherstellung. Durch wiederholtes Falten und
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Verschweißen von Lagen aus unterschiedlichen
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Eisenqualitäten entstand ein Stahl mit komplexer
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Mikrostruktur, der gleichzeitig hart und flexibel war, die
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charakteristischen Wasserwellenmuster auf damasena
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klingen sind sichtbare Spuren dieser mehrfach gefalteten
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Metallstruktur. Mit der industriellen Revolution
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im 18 und 19 Jahrhundert erlebte die Eisenverarbeitung eine nie
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dagewesene Transformation. Die Erfindung des Hochofens, der
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durch Koks befeuert wurde und flüssiges Roheisen in großen
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Mengen produzieren konnte, sowie das bessemer Verfahren von 1856,
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bei dem Luft durch flüssiges Roheisen geblasen wird.
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Um den Kohlenstoffgehalt zu regulieren und hochwertigeren
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Stahl zu erzeugen, machten Stahl erstmals in industriellen Mengen
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verfügbar Eisenbahnen, Brücken, Schiffe, Maschinen und
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schließlich Wolkenkratzer. All das wurde durch den billig
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verfügbaren Stahl erst möglich. Eisen ist nicht nur das
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Fundament unserer Zivilisation, es ist auch das Fundament
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unseres Lebens. Im menschlichen Körper befinden
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sich durchschnittlich etwa 3 bis 5 Gramm Eisen, wovon der größte
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Teil rund 70% im Blut gebunden ist, genauer gesagt im
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Hämoglobin, dem roten Blutfarbstoff.
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Hämoglobin ist ein Protein in den roten Blutkörperchen, das
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aus 4 Untereinheiten besteht, jede mit einer sogenannten
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Helmgruppe in der Mitte und im Zentrum jeder Helmgruppe sitzt
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ein einzelnes Eisenatom. Dieses Eisenatom ist es, dass
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Sauerstoff binden und transportieren kann, wenn Blut
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durch die Lungen fließt, heftet sich Sauerstoff an das Eisenatom
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im Hämoglobin, wenn das Blut in die Organe gelangt, gibt das
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Eisenatom den Sauerstoff wieder ab, Eisen ist damit buchstäblich
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das Atom, das uns atmen lässt. Daneben findet sich Eisen im
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Myoglobin, einem verwandten Protein in den Muskeln.
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Das dort Sauerstoff speichert und für kurzfristige körperliche
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Anstrengungen bereitstellt. Myoglobin ist auch der Grund,
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warum Muskelfleischrot ist. Der Rest des Körpereisens ist in
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der Leber, der Milz und im Knochenmark gespeichert, als
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Reserve für die ständige Neubildung roter Blutkörperchen,
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die nur etwa 120 Tage leben und dann abgebaut werden, wobei das
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Eisen sorgfältig recycelt wird. Eisenmangel ist weltweit die
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häufigste Mangelernährung. Etwa 2 Milliarden Menschen, rund
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ein Viertel der Weltbevölkerung, sind von Eisenmangel betroffen,
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viele davon leiden an Eisenmangelanämie, einem
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Zustand, bei dem zu wenig Hämoglobin gebildet werden kann
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und die Betroffenen unter Müdigkeit, Schwäche,
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Konzentrationsproblemen und Kurzatmigkeit leiden.
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Besonders betroffen sind schwangere, Kleinkinder und
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Menschen, die sich eisenarm ernähren.
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Die Bioverfügbarkeit von Eisen hängt stark von seiner
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chemischen Form ab. Hämeisen, das in tierischen
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Produkten wie Fleisch, Leber und Fisch vorkommt, wird vom Darm
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sehr gut aufgenommen, zu etwa 20 bis 30%, nicht hämeisen aus
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pflanzlichen Quellen wie Linsen, Spinat, Tofu und Hülsenfrüchten
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wird nur zu etwa 5 bis 12% aufgenommen.
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Vitamin C erhöht die Aufnahme von nicht hemmeisen erheblich,
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da es das schwer lösliche Fe 3 Plus in das besser resorbierbare
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fe 2 plus umwandelt. Ein Glas Orangensaft zum
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Linseneintopf ist also tatsächlich eine
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wissenschaftlich fundierte Empfehlung, auch auf molekularer
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Ebene spielt Eisen in einer Vielzahl von Enzymen eine
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zentrale Rolle in der Zytochromoxidase.
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Die in den Mitochondrien die zelluläre Atmung ermöglicht, in
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der Ribonukleotidreduktase, die für die DNA Synthese
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unverzichtbar ist, und in zahlreichen weiteren Enzymen des
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Energiestoffwechsels ohne Eisen gibt es kein Leben, wie wir es
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kennen. Nicht nur Tiere und Menschen
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benötigen Eisen, auch Pflanzen sind auf dieses Element
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angewiesen. Eisen ist ein wesentlicher
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Bestandteil von Enzymen, die an der Photosynthese.
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Und der Stickstoffbindung beteiligt sind Eisenmangel bei
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Pflanzen äußert sich in einer Vergilbung der Blätter, dem
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sogenannten Chlorosesyndrom, da ohne ausreichend Eisen kein
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Chlorophyll gebildet werden kann.
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Im Ozean spielt Eisen eine besonders dramatische Rolle
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Phytoplankton, winzige Photosynthetisch, aktive
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Organismen, die die Basis der marinen Nahrungskette bilden und
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etwa die Hälfte des globalen Sauerstoffs produzieren.
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Benötigen Eisen als Mikronährstoff in vielen Teilen
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des Weltozeans, insbesondere im Südpolarmeer und im äquatorialen
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Pazifik, ist nicht Licht oder Temperatur der begrenzende
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Faktor für das Wachstum von Phytoplankton, sondern die
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extrem geringe Eisenkonzentration im Wasser.
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Diese Erkenntnis führte zu einem der interessantesten und
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umstrittensten Vorschläge der Klimawissenschaft, der
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Eisendüngung der Ozeane. Die Idee würde man Eisen in
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Eisen eisenlimitierte Meeresgebiete einbringen, könnte
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Phytoplankton in großem Maßstab wachsen.
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CO 2 aus der Atmosphäre aufnehmen und beim Absinken auf
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den Meeresgrund binden. Feldexperimente haben gezeigt,
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dass Eisenzugaben tatsächlich Phytoplanktonblüten auslösen
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können, ob dies jedoch als Klimaschutzmaßnahme, skalierbar
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und sicher ist, ohne unabsehbare Folgen für marine Ökosysteme zu
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haben, würde. Ist wissenschaftlich noch offen
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und wird intensiv diskutiert. Stahl ist das meist produzierte
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Metall der Welt und mit großem Abstand im Jahr 2023 wurden
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weltweit etwa 1,88 Milliarden Tonnen Stahl produziert, eine
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Menge, die schwer zu begreifen ist.
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Zum Vergleich die gesamte jährliche Aluminiumproduktion
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liegt bei etwa 65000000 Tonnen, also weniger als einem
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Zwanzigstel. Stahl ist in nahezu jeder
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Komponente unserer modernen Welt enthalten.
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Der Bewehrungsstahl im Beton moderner Gebäude, die Schienen
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unserer Eisenbahnen, die Rümpfe unserer Schiffe, die Klingen
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unserer Windkraftanlagen, die Rohre unserer Gas und
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Wasserleitungen, die Karosserien unserer Fahrzeuge, überall
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steckt Eisen. Die Internationale
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Energieagentur schätzt, dass die Stahlindustrie.
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Für etwa 7 bis 9% der globalen CEO 2 Emissionen verantwortlich
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ist, was sie zu einem der schwierigsten Sektoren für die
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Dekarbonisierung macht. Hier liegt eine der großen
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Herausforderungen unserer Zeit. Stahl ist unverzichtbar für
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Gebäude, Infrastruktur, Erneuerbare Energietechnologien
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und gleichzeitig ist seine Herstellung enorm
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energieintensiv und Kohleabhängig.
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Der traditionelle Hochofenprozess benötigt Koks
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aus Kohle als Reduktionsmittel. Die Entwicklung von grünem
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Stahl, hergestellt durch die direkte Reduktion von Eisenerz
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mit grünem Wasserstoff statt mit Koks, ist deshalb ein zentrales
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Thema der industriellen Transformation.
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In Schweden hat das Unternehmen Hybrid bereits eine Pilotanlage
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in Betrieb genommen, die erstmals wasserstoffbasierten
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Stahl produziert. Ein kleiner, aber bedeutsamer
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Schritt in Richtung einer emissionsärmeren Stahlindustrie.
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Daneben gewinnt das Recycling von Stahl immer größere
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Bedeutung. Stahl ist ein theoretisch
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unbegrenzt recycelbares Material.
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Bei der Umschmelzung gehen keine wesentlichen Eigenschaften
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verloren, bereits heute wird weltweit etwa ein Drittel des
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Stahls aus Stahlschrott hergestellt.
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In manchen Ländern sogar mehr als die Hälfte.
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Jede Tonne recycelter Stahl spart etwa 1,4 Tonnen Eisenerz,
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740 kg Kohle und 120 kg Kalkstein.
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Kein Element hat die menschliche Vorstellungswelt so tief geprägt
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wie Eisen in der nordischen Mythologie schmiedete der Zwerg
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Sinduri den Donna Hammamjöllnje für den Gott Tor aus Eisen
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natürlich. Im griechischen Weltbild folgte
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auf das Goldene das silberne und das bronzene Zeitalter das
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Eiserne Zeitalter, das Zeitalter der Mühsal, der Kriege und der
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Arbeit. Und dennoch, es ist auch das
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Zeitalter, in dem die Menschheit am meisten geleistet hat, die
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Sprachen der Welt sind durchdrungen von Eisenmetaphern
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wenn wir von Art eisernem Willen sprechen, meinen wir
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unbeugsamkeit, ein eisernes Argument.
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Ist eines, das sich nicht erschüttern lässt.
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Der Eiserne Vorhang teilte ein Jahrhundert lang Europa.
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Die eiserne Lady war eine der prägenden politischen Figuren
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des 20 Jahrhunderts. Eisen steht für Stärke,
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Beständigkeit, Unnachgiebigkeit in der Medizingeschichte war
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Eisen lange Zeit eines der wichtigsten Heilmittel,
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eisenhaltige Mineralwässer und. Galten im 18 und 19 Jahrhundert
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als Allheilmittel gegen Bleichsucht.
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Was wir heute als Eisenmangelanämie erkennen
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würden. Eisenpräparate waren eine der
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ersten modernen Medikationen, die gezielt zur Behandlung einer
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Mangelerkrankung eingesetzt wurden, wenn wir die Augen
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schließen und in den nächtlichen Himmel blicken, dann leuchtet da
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oben unter anderem das Licht von Sternen, die in ihrem Inneren
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gerade Eisen erzeugen. Jeder Stern mit genügend Masse
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wird am Ende seines Lebens einen Eisenkern aufbauen.
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Und wenn dieser Kern eine kritische Masse überschreitet,
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kollabiert er innerhalb von Sekundenbruchteilen.
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Die dabei freigesetzte Energie treibt die gewaltige Supernova
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Explosion an, die Millionen von Sonnenmassen an Material,
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darunter das mühsam aufgebaute Eisen, in die Galaxis
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schleudert, das Eisen in deinem Blut, in den Hochhäusern deiner
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Stadt. In der Erdkruste unter deinen
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Füßen. Es ist Millionen oder Milliarden
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Jahre alt und hat seinen Ursprung im Kern eines Sterns,
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der längst nicht mehr existiert. Wir sind in einem sehr
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wörtlichen Sinne aus Sternenstaub gemacht und das
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schwerste Element dieses Staubes, das normale Sterne noch
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erzeugen können, ist Eisen. Es gibt kaum ein besseres
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Beispiel für die tiefe Verbundenheit zwischen dem
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Menschen und seiner Erde als Eisen.
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Dieses Element, das die Erde mit einem flüssigen Kern durchpulst
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und ihr Magnetfeld erzeugt, das in jedem unserer Blutkörperchen
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sitzt und in jedem Träger einer Brücke.
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Es ist nicht einfach nur Rohstoff, es ist das verbindende
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Gewebe zwischen dem Planeten und dem Leben, das er hervorgebracht
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hat. Danke, dass du diese Folge von
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Wissensreise durch das Periodensystem bis zum Ende
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begleitet hast. Eisen ist überall in der Erde,
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im Himmel, in dir. Und wenn du beim nächsten
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Sonnenuntergang den rot gefärbten Himmel siehst, denk
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daran, dass dieser Farbton von Eisenoxidpartikeln in der
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Atmosphäre mitgeprägt wird. Eisen selbst im Licht wenn dir
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diese Reise gefallen hat, freue, freue ich mich sehr, wenn du den
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Podcast abonnierst. Neue Folgen warten schon auf
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dich, immer wieder ein neues Element, immer wieder eine neue
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Welt und wenn du ein paar Minuten übrig hast hinterlasse
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uns gerne eine Bewertung auf deiner Podcast Plattform.
23:15
Jede einzelne Rezension hilft uns, noch mehr Menschen zu
23:19
erreichen und wissen auf diese entspannte Weise zu teilen bis
23:24
zur nächsten Folge bleib neugierig, bleib staunenswert.