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Ist Der Diamanat Echt Oder Ist Es Geschliffenes Glas?

Die Welt in den Dingen

Beitragsserien: Geologie FAST

In unserer workshop-Gruppe auf dem Institut für Mineralogie am 4. Februar 2019 waren wir 10 Mädchen von der VS Vils und der VS Zell und Sabine, die uns begleitete. Prof. Roland Stalder und seine MitarbeiterInnen bzw. StudentInnen führten uns in verschiedene Methoden der Mikroskopie zur Bestimmung von Steinen ein.

Zuerst besuchten wir einen Raum mit Durchlicht-Polarisationsmikroskopen. Manch eine von uns kannte Stereo-Mikroskope von zu Hause oder der Schule. Hier lernten wir gleich eine andere Art Lichtmikroskop kennen, das Durchlichtmikroskop. Die Studenten Christian Seute und Simon Wagner warteten auf uns, um uns in der Bedienung zu unterstützen. In einem Durchlichtmikroskop – und vor solchen Geräten saßen wir – kommt das Licht von unten und man kann nur ganz dünne, durchscheinende Dinge ansehen. Aber es ging ja um Steine, wie sollte man nun einen dicken Stein durchleuchten können?

Bei unserer Führung am Vormittag durch das geologische Institut hatten wir die Säge gesehen, mit der die Steine durchgeschnitten werden. Auch hatten wir gehört, dass so eine Gesteinsscheibe auf eine Glasscheibe geklebt würde und die Gesteinsscheibe in der Folge so lange abgeschliffen würde, bis sie dünner als ein Haar (1/30 mm) wäre. So eine extrem dünne Gesteinsscheibe war durchscheinend. Da konnte nun das Licht durchscheinen. So einen „Hauch von Gestein“ nennt man Dünnschliff.

Roland, der Mineralogieprofessor, hatte solche Dünnschliffe von verschiedenen Gesteinen in seiner Sammlung. Zuerst durften wir einen Dünnschliff von einem Glimmerschiefer ansehen. Die Frage war, was macht das Mikroskop eigentlich und was bringt es uns? Wir alle wussten, dass es Dinge vergrößert. In diesem Fall 40-fach, also Dinge 40 mal größer macht. Dinge, die zuerst sehr klein sind, werden größer. Wir sahen nun verschiedene Muster im Dünnschliff, wohl die verschiedenen Minerale im Dünnschliff bzw. lagen sie kreuz und quer im Gestein und so sahen wir konfuse Muster. Die Farben im Schiefer waren, beige, grau und braun, aber alles ziemlich matte Farbe.

Roland zeigte uns nun, welche Möglichkeiten das Durchlichtmikroskop zusätzlich hatte. Mit einem Schieber konnte man einen Polfilter zuschalten. Wie veränderte sich dadurch das Bild? Es wurde richtig bunt. Was vorher grau und beige war, leuchtete nun in diversen Regenbogenfarben. Nun steigerten wir die Vergrößerung auf 100-fach. Wow, und das war ein Stein? 100-fach vergrößert? Roland erklärte uns, dass der Polfilter den Menschen in der Wissenschaft hilft, Dinge, die ohne ihn gleich aussehen, zu unterscheiden.

Nach dem Glimmerschiefer sahen wir uns noch ein vulkanisches Gestein an. Jede hatte einen Gesteinsbrocken, den wir mit bloßem Auge ansehen und befühlen konnten, vor sich. Wir beschrieben, was wir sahen und dann kam der Dünnschliff zu diesem Vulkanstein ins Mikroskop, 40-fach vergrößert und wir durften noch ein weiteres Hilfsobjekt, den Kompensator, dazuschalten. Dieser macht es möglich, weitere Eigenschaften von einzelnen Mineralen zu erkennen und zu unterscheiden.

Wir selber hatten für diesen Tag von zu Hause verschiedene Steine und Schmuck, auch Edelsteinen mitgebracht, um sie zu bestimmen bzw. mit den verschiedenen Geräten zu untersuchen. Einige Steine konnte Roland aus dem Stehgreif bestimmen. Mit den anderen ging es nun zu zwei weiteren Geräten. Wir teilten uns dafür in zwei Gruppen. Die eine besuchte die technische Mitarbeiterin Martina Tribus und das Rasterelektronenmikroskop. Die andere Gruppe das Ramanspektroskop, das die Masterstudentin Lena Oettel und der Doktorand Alex Potrafke für uns bedienten. Kostet ein hochwertiges Durchlichtmikroskop schon bei 8 000€, so erfragten wir nun den Preis des Rasterelektronenmikroskops, kurz REM, genannt. 100 000€ aufwärts! Puh, da blieb uns kurz die Luft weg.

Beim REM hatte Martina schon einige Proben für uns vorbereitet. Sie zeigte uns ein Haar, das im REM mit Elektronenstrahlen „beschossen“ wurde und das wir in immer stärkerer Vergrößerung betrachten konnten. Der Elektronenstrahl rastert das Objekt Stück für Stück ab und so kommt es zu seinem Namen – Rasterelektronenmikroskop. 1000-fach zu vergrößern und das Bild auf einem Bildschirm darzustellen, ist für dieses Mikroskop kein Problem. Die Bilder sind dabei schwarz-weiß und wir hatten solche starken Vergrößerungen schon mal im Fernsehen oder in Zeitschriften gesehen. Auch ein Kaktushaar und eine Blattlaus hatte Martina für uns vergrößert. Nun folgten einige Dinge, die wir selber mitgebracht hatten.

Ein Bergkristall von Leonie, ein versteinerter Ammonit als Anhänger von Matilda und eine alte Münze von Sabine. Wir beobachteten Martina, wie sie unsere Gegenstände fixierte, die dann in das REM geschoben wurden. Das Mikroskop zeigt auf dem Bildschirm nicht nur die Vergrößerungen, sondern auch die Elemente bzw. die Minerale, aus denen das Objekt besteht. So rieten wir im Vorhinein, ob der versteinerte Ammonit aus Kalzit oder aus Quarz sein würde. Beides wäre möglich.

Er war, wie das REM zeigte, aus Kalzit (eine Form von Kalk). Eindrucksvoll war auch der Bergkristall, bei dem man mit freiem Auge die typische Säulenform wunderbar sah.

Im REM kamen dann die im Sockel gewachsenen, mit bloßem Auge in keiner Weise wahrnehmbaren 100en winzigsten Quarzsäulen zum Vorschein, alle in ihrer typischen Bergkristallform. Wir durften aus einer gesättigten Kochsalzlösung mit einem Zahnstocher kleine Tröpfchen auf einen Objektträger tupfen. Das Wasser verdunstet rasch und Salzkristalle wachsen in ihrer würfeligen Form. Leider lief uns die Zeit davon und wir konnten die Winzlinge nicht mehr im REM ansehen. Aber wir erkannten, was für eine riesige Welt in den Dingen drinnen steckt, die im Verborgenen bleibt. Mit solchen Mikroskopen kommt sie zum Vorschein.

Die zweite Hälfte unserer Gruppe war bei einem anderen High-Tech-Gerät, dem Ramanspektroskop, kurz Raman genannt. Mit dem Raman können ebenfalls Materialien, bestimmt werden, wobei dieses Gerät mit einem Laser arbeitet.

Ein Laserstrahl strahlt das Objekt an. Die einzelnen Bausteine des Materials (Anm.: Atome oder Atomgruppen) werden dadurch in Schwingung versetzt und „verschlucken“ dabei einen Teil der Energie des Laserlichts. Jede Bindung im untersuchten Material erzeugt so einen Lichtanteil einer geringfügig anderen Farbe, die vom Gerät gemessen wird. Das Ergebnis wird mit einer Datenbank verglichen. So kann das Gerät z.B. erkennen, ob ein Gegenstand aus Graphit oder aus Diamant ist. Beide Minerale bestehen aus dem Element Kohlenstoff, aber die Bindungen sind jeweils unterschiedlich und auch der Preis! Mit dem Raman kann z.B. überprüft werden, ob eine Edelstein echt ist oder aus geschliffenem Glas besteht. Auch unbekannte Materialien, z.B. in Meteoriten, können damit bestimmt werden. Wir hatten von zu Hause einige Schätze mitgebracht, die wir in diesem Spektroskop bestimmen lassen wollten. Wir freuten uns, dass der Diamant im Diamantring echt war!

Die kleine rosa Katze war aus Rosenquarz, die Steinchen im Armband aus Topas,

der Stein im Ring aus Granat und auch ein Chalcedon war dabei.

Wir packten unsere Schätze wieder ein, bedankten uns für die tolle Möglichkeit, das alles zu sehen samt der herzlichen Betreuung, den guten Erklärungen und verabschiedeten uns.