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12. Magenesium (Mg) - Das weiße Feuer · Das Periodensystem der Elemente

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Willkommen zu einer neuen Folge von Wissensreise durch das
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Periodensystem der Elemente, deinem Podcast zum Entspannen,
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Loslassen und 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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Wir freuen uns sehr, wenn du unseren Podcast bewertest.
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Nun geht's los, Magnesium, Ordnungszahl, 12.
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Atommasse, 24,305, ein silberweißes Leichtmetall, das
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in reiner Form an der Luft anläuft und bei Entzündung mit
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einer blendend weißen Flamme brennt.
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Ein Element, das in deinem Körper gerade jetzt arbeitet,
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das die Ozeane durchzieht, das in den Sternen brennt und ohne
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das das Leben auf der Erde nicht existieren könnte.
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Das Symbol MG steht für ein Element, das die Menschheit seit
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Jahrhunderten fasziniert, dessen wahre Bedeutung wir aber erst in
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den letzten 2 Jahrhunderten wirklich verstanden haben.
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Magnesium. Ist das achthäufigste Element in
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der Erdkruste, macht etwa 2% ihrer Masse aus, im Meerwasser
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ist es mit etwa 1,3 Gramm pro Liter das dritthäufigste gelöste
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Element nach Natrium und Chlor. Und doch existiert es in der
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Natur nie in reiner Form, sondern immer nur in
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Verbindungen. Der Name Magnesium leitet sich
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von Magnesia ab, einer Region im antiken Thessalien in
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Griechenland. Dort fand man weiße Erde
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magnesiumcarbonat, das bereits in der Antike verwendet wurde,
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die alten Griechen nannten diese Substanz Magnesia, Alba die
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weiße Magnesia im Gegensatz zu Magnesia Negra, dem schwarzen
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Magnetit, dem Eisenoxid. Diese Namensgebung führte später
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zu Verwirrung, aber letztendlich erhielt das Element seinen Namen
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von diesem Ort. Im Jahr 1618 entdeckte ein Bauer
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in Epsom, England, eine bittere Quelle, das Wasser enthielt
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gelöste magnesiumsulfat Kristalle, diese Substanz wurde
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als epsom Salz bekannt und fand schnell Verwendung als
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Abführmittel. Jahrhundertelang wurde Epsom
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Salz in der Medizin eingesetzt, ohne dass man verstand, dass es
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eine Magnesiumverbindung war. Der schottische Chemiker Joseph
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Black erkannte 1755, dass Magnesia Alba, also
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Magnesiumcarbonat, eine eigenständige Substanz war und
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unterschied sie von Kalk, dem Calciumcarbonat.
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Dies war ein wichtiger Schritt, aber das elementare Magnesium
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selbst blieb noch unentdeckt. Black zeigte, dass Magnesia Alba
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beim Erhitzen Kohlendioxid abgab und eine andere Substanz
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zurückließ, die er Magnesia Uster nannte, gebranntes
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Magnesiumoxid Sir Humphrey Davy, der englische Chemiker, der
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bereits Natrium, Kalium, Kalzium und andere Elemente durch
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Elektrolyse isoliert hatte. Versuchte 1808 auch Magnesium zu
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gewinnen. Er elektrolysierte
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Angefeuchtetes Magnesiumoxid und erhielt ein Amalgam, eine
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Legierung mit Quecksilber, die Magnesium enthielt, als er das
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Quecksilber verdampfen ließ, blieb reines Magnesium zurück,
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doch die Menge war winzig. Die erste größere Menge reinen
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Magnesiums stellte der französische Chemiker Antoine
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Bucy 1828 her. Er erhitzte Magnesiumchlorid mit
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Kalium in einem geschlossenen Gefäß, das Kalium Reaktiver als
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Magnesium entzog, dem Magnesiumchlorid das Chlor und
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hinterließ metallisches Magnesium.
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Bassy beschrieb die Eigenschaften dieses neuen
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Metalls. Silberweiß leicht an der Luft
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anlaufend doch Magnesium blieb zunächst eine
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Laboratoriumskuriosität die Herstellung war teuer und
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kompliziert. Das änderte sich erst, als
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Michael Faraday 1833 die Gesetze der Elektrolyse formulierte und
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damit den Weg für die industrielle Metallgewinnung
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ebnete. Dennoch dauerte es bis 1852.
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Bis Robert Bunsen in Deutschland ein elektrolytisches Verfahren
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zur Magnesiumgewinnung aus geschmolzenem Magnesiumchlorid
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entwickelte. Auch dieses war noch nicht
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wirtschaftlich, der Durchbruch kam 1886, als die Chemiker
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Hamilton Kastner und Karl Kellner unabhängig voneinander
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effiziente elektrolytische Verfahren entwickelten.
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Gleichzeitig entdeckte man, dass Magnesium als
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Legierungsbestandteil in Aluminium außergewöhnliche
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Eigenschaften verleiht. Die Magnesiumproduktion nahm zu
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doch was macht Magnesium so besonders?
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Betrachten wir seine atomare Struktur, ein Magnesiumatom hat
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12 Protonen im Kern umgeben von 12 Elektronen, diese Elektronen
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ordnen sich in Schalen an. 2. In der innersten k Schale, 8.
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In der L. Schale und 2.
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In der äußersten m Schale. Diese 2 äußeren Elektronen gibt
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Magnesium leicht ab, um ein stabiles, zweifach positiv
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geladenes Ion Magnesium 2 Plus zu bilden.
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Diese Bereitschaft, Elektronen abzugeben, macht Magnesium
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reaktiv. An der Luft bildet sich auf
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Magnesium schnell eine dünne Oxidschicht, die das
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darunterliegende Metall vor weiterer Korrosion schützt.
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Wenn man diese Schicht aber durchbricht und das Metall
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erhitzt, entzündet es sich die Verbrennungstemperatur von
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Magnesium liegt bei etwa 3010 100 Grad Celsius, die Flamme ist
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blendend, weiß, intensiver als jede andere metallische
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Verbrennung. Das Licht dieser Flamme war so
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hell, dass es im 19 Jahrhundert für fotografische Blitzlichter
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verwendet wurde. Fotografen der Pionierzeit
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verwendeten Magnesiumpulver sie streuten es auf eine Platte,
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entzündeten es und im Moment der Explosion nahm die Kamera das
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Bild auf, das Licht war perfekt, aber die Methode gefährlich,
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viele Fotografen erlitten Verbrennungen, Studios fingen
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Feuer. Mit der Erfindung der
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elektrischen Blitzbirne wurde diese Praxis obsolet, aber der
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Begriff Blitzlicht erinnert noch heute an das brennende
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Magnesium. Die militärische Nutzung folgte
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unweigerlich Magnesiumfackeln, Leuchtgeschosse und Brandbomben
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wurden entwickelt, im Zweiten Weltkrieg wurden Millionen
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Tonnen Magnesium für Brandbomben verwendet.
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Die Alliierten warfen Magnesium, thermit, Bomben auf deutsche und
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japanische Städte. Diese Bomben brannten so heiß,
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dass sie mit Wasser nicht gelöscht werden konnten, Wasser
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zersetzte sich an der heißen Oberfläche in Wasserstoff und
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Sauerstoff, der Wasserstoff explodierte, das Feuer breitete
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sich weiter aus, eine schreckliche Anwendung eines
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Elements, das eigentlich Leben ermöglicht.
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Denn Magnesium ist essentiell, führte das Leben in deinem
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Körper. Befinden sich etwa 25 Gramm
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Magnesium, etwa die Hälfte davon ist in den Knochen eingelagert,
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der Rest in Zellen und Geweben nur etwa ein Prozent zirkuliert
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im Blut, aber dieses eine Prozent ist lebenswichtig.
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Magnesium aktiviert mehr als 300 Enzyme in deinem Körper.
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Enzyme, die Proteine synthetisieren, DNA reparieren,
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Muskeln kontrahieren lassen, Nervenimpulse übertragen.
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Ohne Magnesium würde dein Herz nicht schlagen das Mineral
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reguliert den Calciumeinstrom in die Herzmuskelzellen, steuert
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den Rhythmus, verhindert Arrhythmien.
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Ein Magnesiummangel kann zu Herzrhythmusstörungen,
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muskelkrämpfen, Schwäche, sogar zu Persönlichkeitsveränderungen
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führen. Der Körper reguliert den
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Magnesiumspiegel streng durch Aufnahme im Darm, Speicherung in
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Knochen und Ausscheidung über die Nieren die moderne Ernährung
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liefert oft zu wenig Magnesium. Raffinierte Nahrungsmittel die
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Verarbeitung von Getreide, die Erschöpfung der Böden durch
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intensive Landwirtschaft reduzieren den Magnesiumgehalt
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unserer Nahrung. Grünes Blattgemüse ist reich an
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Magnesium, weil Chlorophyll, das grüne Pigment der Pflanzen, ein
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Magnesiumatom im Zentrum trägt. Chlorophyll ist das molekulare
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Herzstück der Photosynthese. Die Struktur ähnelt dem
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Hämoglobin in unserem Blut, das Sauerstoff transportiert.
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Hämoglobin hat ein Eisenatom im Zentrum, Chlorophyll, ein
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Magnesiumatom. Dieses Magnesiumatom fängt
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Lichtenergie ein, überträgt Elektronen und ermöglicht es der
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Pflanze, aus Kohlendioxid und Wasser Zucker zu synthetisieren.
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Ohne Magnesium gäbe es keine Photosynthese, keine Pflanzen,
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keinen Sauerstoff in der Atmosphäre, kein Leben, wie wir
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es kennen. Die Pflanzen nehmen Magnesium
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aus dem Boden auf, magnesiumhaltige Mineralien
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Verwittern, langsam setzen Magnesium Ionen frei, die ins
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Grundwasser gelangen, von Pflanzenwurzeln absorbiert
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werden. Der globale Magnesiumkreislauf
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verbindet Gestein, Wasser, Lebewesen und Atmosphäre.
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Flüsse transportieren jährlich etwa 60000000 Tonnen gelöstes
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Magnesium ins Meer, dort bleibt es gelöst oder wird von
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Meeresorganismen aufgenommen, die Schalen aus
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Magnesiumcarbonat oder Calciumcarbonat bilden.
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Wenn diese Organismen sterben, sinken ihre Schalen auf den
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Meeresboden, bilden Sedimentschichten, die über
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geologische Zeiträume zu Gestein werden.
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Dolomit, ein magnesiumhaltiges Karbonatgestein, besteht aus
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Calcium, Magnesiumcarbonat große Dolomit Formationen wie die
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Dolomiten in den Alpen entstanden aus alten
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Korallenriffen, die sich vor 250000000 Jahren im Tettis Ozean
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bildeten. Diese Berge sind verfestigte
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Überreste urzeitlichen Lebens, durchsetzt mit Magnesium.
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Die industrielle Gewinnung von Magnesium erfolgt heute
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hauptsächlich durch 2 Verfahren, das elektrolytische Verfahren,
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bei dem Geschmolzenes Magnesiumchlorid bei etwa 700
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Grad Celsius elektrolysiert, wird, an der Kathode scheidet
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sich flüssiges Magnesium ab, an der Anode entsteht Chlorgas.
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Das thermische Verfahren der Pidgeon Prozess reduziert
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Magnesiumoxid mit Silizium bei hohen Temperaturen im Vakuum.
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Magnesiumdampf entsteht, kondensiert und wird als Metall
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gewonnen die Weltproduktion von Magnesium liegt bei etwa einer
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1000000 Tonnen jährlich China produziert etwa 85% davon.
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Die wichtigsten Anwendungen sind Legierungen, Desoxidation von
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Stahl und die chemische Industrie.
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Magnesiumlegierungen sind bemerkenswert Magnesium ist mit
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einer Dichte von 1,74 Gramm pro Kubikzentimeter das leichteste
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strukturmetall, Aluminium hat 2,7, Titan, 4,5 stahl 7,8 Gramm
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pro Kubikzentimeter. Legierungen aus Magnesium mit
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Aluminium, Zink, Mangan oder Seltenen Erden sind extrem
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leicht und dennoch fest. Sie finden Verwendung in der
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Luft und Raumfahrt, in Automobilen, in
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Elektronikgehäusen. Die ersten Flugzeuge im Ersten
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Weltkrieg verwendeten Magnesiumlegierungen, um Gewicht
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zu sparen. Moderne Kampfjets, Hubschrauber,
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Raumfahrzeuge enthalten erhebliche Mengen Magnesium.
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Die internationale Raumstation SSS Satelliten Trägerraketen
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nutzen Magnesiumlegierungen, das Metall hält extremen
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Temperaturschwankungen stand. Von -150 Grad in der Dunkelheit
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bis plus 150 Grad im Sonnenlicht des Weltraums in der
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Automobilindustrie setzt sich Magnesium langsam durch.
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Lenkräder, Armaturenbretter, sitze, sogar Motorblöcke werden
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aus Magnesiumlegierungen gefertigt.
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Ein Kilogramm eingespartes Gewicht bedeutet geringeren
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Kraftstoffverbrauch, reduzierte Emissionen bei
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Elektrofahrzeugen, wo jedes Gramm zählt, um die Reichweite
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zu erhöhen, wird Magnesium zunehmend wichtiger, doch
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Magnesium birgt Herausforderungen.
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Die Korrosionsbeständigkeit ist geringer als bei Aluminium oder
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Stahl. Salzwasser greift Magnesium an,
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spezielle Beschichtungen, Legierungszusätze und
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Oberflächenbehandlungen sind notwendig.
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Die Entflammbarkeit ist ein Sicherheitsrisiko magnesiumspäne
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Staub oder dünne Teile können sich entzünden strengste
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Vorkehrungen in der Verarbeitung sind erforderlich.
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Trotzdem überwiegen die Vorteile in vielen Anwendungen.
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Laptops, Smartphones, Tablets mit Magnesiumgehäusen sind
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leicht, robust und leiten Wärme gut ab.
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Professionelle Kameras verwenden Magnesiumlegierungen für
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Gehäuse, die Stöße absorbieren und Elektronik schützen in der
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Medizin hat Magnesium vielfältige Anwendungen.
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Magnesiumsulfat wird bei Präeklampsie, einer gefährlichen
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Schwangerschaftskomplikation, eingesetzt.
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Es senkt den Blutdruck, verhindert Krampfanfälle.
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Magnesiumhydroxid ist ein mildes Abführmittel und Antazidum, das
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Magensäure neutralisiert. Magnesiumcitrat wird als
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Nahrungsergänzungsmittel verwendet, um Mangelzustände zu
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beheben. Forschungen zeigen, dass
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Magnesium bei Migräne, Diabetes, Bluthochdruck und Osteoporose
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helfen kann. Kontrollierte Studien liefern
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Hinweise, dass eine ausreichende Magnesiumzufuhr das Risiko für
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Herz, Kreislauf, Erkrankungen senkt.
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Die molekularen Mechanismen sind komplex, involvieren Dutzende
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biochemischer Pfade in der Chemie ist Magnesium Grundlage
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wichtiger Reaktionen. Griniar Reagenzien, organische
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Magnesiumverbindungen sind unverzichtbar in der organischen
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Synthese. Victor Griniar erhielt 1912 den
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Nobelpreis für Chemie für diese Entdeckung.
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Griniarverbindungen ermöglichen die Bildung von Kohlenstoff,
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Kohlenstoffbindungen die Synthese komplexer Moleküle,
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Pharmazeutika, Kunststoffe. Magnesium spielt auch eine Rolle
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in der Geologie. Magmatische Gesteine wie Olivin,
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Pyroxen, Hornblende enthalten erhebliche Mengen Magnesium.
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Diese Mineralien sind Hauptbestandteile des
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Erdmantels, wenn ozeanische Kruste subduziert wird, trägt
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sie Wasser und Magnesiumverbindungen in den
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Mantel. Dort beeinflussen sie
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schmelzprozesse, Vulkanismus, die Bildung neuer Kruste, der
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Magnesiumkrei Kreislauf ist Teil der Plattentektonik, die das
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Gesicht der Erde formt. Im Universum entsteht Magnesium
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in Sternen in massereichen Sternen, die mehr als 8 mal so
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viel Masse wie die Sonne haben, brennt nach dem Wasserstoff das
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Helium zu Kohlenstoff und Sauerstoff.
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Bei noch höheren Temperaturen fusionieren Kohlenstoff und
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Sauerstoff zu schwereren Elementen, darunter Magnesium.
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Wenn solch ein Stern als Supernova explodiert, schleudert
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er diese Elemente ins all, sie werden Teil interstellarer
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Wolken, aus denen neue Sterne und Planeten entstehen, unser
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Sonnensystem, die Erde in. Dein Körper enthalten Magnesium,
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das in Sternen geschmiedet wurde, die vor Milliarden Jahren
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explodierten. Jedes Magnesiumatom in deinen
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Knochen war einmal Teil eines als sterbenden Sterns, diese
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Verbindung zu den kosmischen Prozessen, die Elemente
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erschaffen, ist demütig und erhaben zugleich, die Zukunft
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des Magnesiums ist vielversprechend.
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Forscher entwickeln Magnesiumbatterien als
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Alternative zu Lithium Ionen Batterien Magnesium ist
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häufiger, günstiger, sicherer. Magnesium Ionen tragen 2
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Ladungen statt einer. Theoretisch kann eine
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Magnesiumbatterie mehr Energie speichern, technische
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Herausforderungen bleiben, aber Fortschritte werden erzielt
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magnesiumbasierte Legierungen für Implantate sind ein weiteres
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Forschungsfeld. Implantate aus
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Magnesiumlegierungen lösen sich langsam im Körper auf, werden
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absorbiert, eliminieren die Notwendigkeit einer zweiten
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Operation zur Entfernung. Knochen heilen das Implantat
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verschwindet, erste klinische Studien sind vielversprechend,
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die Extraktion von Magnesium aus Meerwasser ist praktisch
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unbegrenzt. Die Ozeane enthalten etwa 1,8
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Billionen Tonnen gelöstes Magnesium.
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Selbst bei massiv gesteigerter Produktion würde dies die
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Konzentration nicht messbar verändern, doch die
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Energiekosten der Extraktion und Verarbeitung sind erheblich
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effizientere, umweltfreundlichere Verfahren
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sind notwendig, hier schließt sich der Kreis zu unserer
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Verantwortung für die Erde. Magnesium, dieses Element, das
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Leben ermöglicht, das in Sternen geboren wurde, das durch unseren
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Planeten zirkuliert, erinnert uns daran, wie vernetzt alles
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ist. Die Pflanzen, die durch
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Magnesium Photosynthese betreiben, produzieren den
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Sauerstoff, den wir atmen, die Ozeane, die Magnesium speichern,
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regulieren das Klima. Die Gesteine, die Magnesium
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enthalten, sind Teil der tektonischen Prozesse, die die
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Erdoberfläche erneuern. Unsere industrielle Nutzung von
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Magnesium, wie von allen Ressourcen muss nachhaltig sein,
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die Energie, die wir für die Gewinnung verwenden, sollte aus
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erneuerbaren Quellen stammen, das Recycling von
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Magnesiumlegierungen muss verbessert werden.
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Derzeit wird nur ein Bruchteil recycelt, der Rest wird
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deponiert oder verbrannt. Magnesium kann jedoch nahezu
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verlustfrei wiederverwertet werden, die Technologie
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existiert, die wirtschaftlichen Anreize müssen folgen, ja die
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Erkenntnis, dass unsere Gesundheit von ausreichend
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Magnesium abhängt, dass unsere Technologie es benötigt.
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Dass das Leben selbst auf Magnesium angewiesen ist, sollte
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uns demütig machen. Wir sind Teil der Kreisläufe
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dieses Planeten, nicht getrennt von ihnen das Magnesium in
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unseren Knochen stammt aus der Nahrung, die aus dem Boden
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wächst, der aus verwittertem Gestein entsteht, das einst im
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Erdinneren geschmolzen war, das aus Sternenstaub Kondensierte.
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Wenn wir die Böden erschöpfen, reduzieren wir das Magnesium in
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unserer Nahrung. Wenn wir die Meere verschmutzen,
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beeinträchtigen wir die Organismen, die Magnesium in
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ihren Lebensprozessen nutzen, wenn wir den Klimawandel
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ignorieren, verändern wir die Kreisläufe, die Magnesium und
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andere Elemente durch die Biosphäre transportieren.
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Das weiße Feuer des Magnesiums, das einst Fotografen blendete
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und Städte verbrannte, kann auch Symbol der Erkenntnis sein.
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Erkenntnis, dass jedes Element, jedes Atom, jedes Molekül Teil
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eines größeren Ganzen ist. Dass unsere Entscheidungen heute
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die Verfügbarkeit und Verteilung dieser Elemente für kommende
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Generationen beeinflussen. Magnesium lehrt uns
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Bescheidenheit vor der Komplexität der Natur und
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Verantwortung für unsere Rolle darin, dieses unscheinbare
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silberne Metall, das sich entzündet und mit blendender
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Helligkeit brennt, ist Schlüssel zum Leben, zur Technologie, zum
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Verständnis unseres Platzes im Universum.
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Lass diese Gedanken mit dir sein, während du zur Ruhe
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kommst. Denke an die Magnesiumatome in
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deinem Körper, die in diesem Moment Enzyme aktivieren.
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Muskeln bewegen, dein Herz schlagen lassen.
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Erkenne die Verbindung zwischen dir und den Sternen, zwischen
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Vergangenheit und Zukunft, zwischen Wissen und
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Verantwortung. Schlafe nun mit dem Wissen, dass
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die Erde, die uns all diese Elemente schenkt, unser Schutz,
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unsere Fürsorge, unsere Liebe verdient.
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Nur so können wir sicherstellen, dass das weiße Feuer des
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Magnesiums weiterhin leben erhält, statt es zu zerstören.