Wie sich ein Carl Spitzweg einen Mineralogen vom Schlage

des Herrn von Goethe aus Weimar vorstellte, ist hier zu sehen  



Die Mineralogie zwischen allen Lehrstühlen

Mineralogie ist eben mehr, als es das beschauliche Gemälde von Carl Spitzweg zeigt. Das Sammeln und Bestimmen der Minerale ist allerdings eine notwendige Voraussetzung zur Erarbeitung der Grundkenntnisse der speziellen Mineralogie. Auch die heutige Automation der Analyseverfahren helfen dem Mineralogen im Gelände wenig, wenn es darum geht Gesteine einzuordnen und daraus Schlüsse über die Entstehung bestimmter Minerale zu ziehen und was noch wichtiger ist: das Nehmen einer repräsentativen Probe.  Dabei ist die Lagerstättenkunde nur ein Teil dieser Wissenschaft. Die Eigenschaften von Mineralen sind so vielfältig, dass dadurch neue Werkstoffe, technische Prozesse zur Vermeidung von Umweltschädigungen, Veredlungsprozesse in der Lebensmittelindustrie, bis hin zu medizinischen Hilfsmitteln beeinflusst werden. Gerade im Bereich des Umweltschutzes ist die Eigenschaft von Minerale sehr wichtig, man denke an die Unmöglichkeit der sicheren Lagerung radioaktiver Abfälle. Das Desaster  des Bergwerks "Asse II" hätte sich vermeiden lassen, wenn nicht politische Interessen aus dem "Versuchsbergwerk eine Dauerdeponie das ursprüngliche Gutachten in den Papierkorb befördert hätten. Der damalige Leiter des Institutes für Mineralogie schrieb in besagter Studie, dass die Nutzung "als Versuchsbergwerk zur Lagerung radioaktiver Abfälle" wohl möglich sei. Doch die Verantwortlichen sahen dies als Persilschein an und unternahmen sogar Bohrungen auf der untersten Sohle, um dort hochradioaktive Abfälle mit einer Oberflächentemperatur von T=90°C zu lagern. Angesichts des Vorkommens von Carnallit in diesem Salzstock ein Walkürenritt. Doch das ist eine andere Geschichte. Es soll nur die Bedeutung dieser Wissenschaft im Kanon Natur- und Geowissenschaften verdeutlichen.

Diese Wissenschaft ist noch recht jung, da sie sich aus dem Bergbau- und Hüttenwesen wie auch aus der Geologie entwickelte. Der steigende Rohstoffbedarf und mit ihm auch die Nutzung erzärmerer Lagerstätten, der Fortschritt in der Chemie und Physik ließen diesen Forschungsbreich aus gleichzeitig wachsen, bis hin zur "Unabhängigkeit", was nicht falsch verstanden sollte. Denn es gibt keine "isolierten" Wissenschaften, sondern im Humboldtschen Sinne bilden sie ein System. Das sollte man nie vergessen.

Die Arbeitsweisen in der Mineralogie fußen wie andere wissenschaftliche Arbeitsmethoden auf einer Systematik und nachvollziehbaren Methodik. Die statistische Probenahme besitzt eine sehr hohen Stellenwert.  Ebenso ist sehr sorgfältiges und sauberes Arbeiten notwendig. Vor 30 Jahren tummelten sich Physiker in den Jagdgründen der Kristallographie, einer besonderen Sparte der Mineralogie.  Man überbot sich mit immer neuen höheren Sprungtemperaturen, bei denen Supraleitung einsetzt. Von Fachleuten konnten  diese Ergebnisse nicht bestätigt werden. Es waren Zufallsprodukte, die nicht reproduzierbar waren. Wenn man allein den Aufwand betrachtet um einen Einkristall zu züchten, damit später die innewohnende Kristallstruktur entschlüsselt werden kann, ist es naheliegend, dass Fachfremde eher nach der Methode "Versuch und Irrtum" Ergebnisse präsentieren.

Das nebenstehende Schema zeigt die Vernetzung der Mineralogie mit den anderen Natur- und Geowissenschaften.

Manches in diesem Schema erklärt sich von selbst. Doch der Zusammenhang mit der Mathematik ergibt sich zum Beispiel aus den "Raumgruppen", die in ihrer Anwendung die Kristallstruktur beschreiben. Es sind Kenntnisse aus der "Gruppentheorie" gefordert, die wohl nur noch ältere Nicht-Mathematiker im Gedächtnis haben. Diese Theorie gehört wie die  "Mengenlehre" zum Teufelszeug, welches gleichzusetzen ist mit der Desinformation der russischen Propaganda. Renitente Eltern, die Probleme mit dem Dreisatz hatten, setzten in Talkshows Kultusminister unter Druck. Hysterische Mütter klagten die Politiker an, dass sie schuld seien, wenn sie ihren Kindern nicht mehr bei den Hausaufgaben helfen könnten. Aus der pädagogischen Sicht des Autors wäre es ihm lieber, statt den Blagen bei den Hausaufgaben Stress zu bereiten, lieber die Energie für eine vernünftige Erziehung zu nutzen. Dann könnten sich der Autor und seine Kolleginnen und Kollegen endlich viel mehr auf einen guten Unterricht konzentrieren, statt Erziehungsdefizite beheben zu müssen. 

Eine weitere fremd anmutende Beziehung zur Biologie ist schnell aufgeklärt. Die Strukturen der Proteine, von Viren und Bakteriophagen wurde von den in der Mineralogie tätigen Kristallographen aufgeklärt. Sie ernteten dafür Nobelpreise. In diesem Bereich sind auch solide Mathematik-Kenntnisse erforderlich. Ein weiterer Zweig ist die Anreicherung von Wertstoffen durch bakterielle Laugung. Doch dazu wird später noch etwas gezeigt.

Die Untersuchungsmethoden sind vielfältig. Allgemein spricht man bei einem Gemenge von einem Phasengemisch. Die Phasenanalyse zerfällt in folgende grundsätzliche Verfahren:

  • optische Verfahren wie die mikroskopische Untersuchung








            Dünnschliff eines magmatischen Gesteins, Quarz (hellgrau), Hornblende (gelblich)

            Feldspat (Albit) dunkelgrau mit paralleler Zwillingsstreifung, Glimmer (bunte Farbfetzen);

           Vergrößerung 200 x im polarisierten Licht






  • röntgenographische Verfahren: auch mittels Rasterelektronenmikroskop und Neutronenbeugung bei diesem Verfahren wird Beugung am Kristallgitter mit Hilfe weicher Röntgenstrahlung ausgenutzt. Wenn eine Mindestanzahl von Netzebenen (Schichten der Kristallstruktur) durchstrahlt oder die Wellen reflektiert werden, dann gibt es Interferenzen mit der Bildung von Strahlungsmaxima und Minima ähnlich wie bei der optischen Beugung am Gitter. Durch die Berechnung der Abstände mittels der Braggschen Gleichung und Messung der Intensitäten lassen sich aus dem Linienspektrum mittels Nutzung einer Datenbank die Minerale identifizieren. Trotz automatisierter Computerhilfe ist weiterhin einen detektivische Begabung und gute Kenntnis der speziellen Mineralogie notwendig. In dem rechts wiedergegebenen Messprotokoll ist die Veränderung der Klinkerminerale in der Schreibweise der Zementchemiker wiedergegeben. C=Ca S=SiO2 ==> CS=CaSiO3 (Wollastonit), C2S=Ca2SiO4 bzw. C3S= Ca3SiO5 In diesen Aufnahmen, welche die Vortragende die Protokolle bei verschiedenen Temperaturen in diesem Bild vereinigte, ist nicht berücksichtigt worden, dass C2S in drei verschiedenen Modifikationen vorkommt und ein entscheidender Umwandlungspunkt bei ca. 590°C von beta- zu gamma-C2S erfolgt. Das Kristallgitter verwandelt sich vom monoklinen Gitter durch  Verdrehung der b-Achse auf 90° in ein rhombisches Gitter bei Aufweitung des Gitters. Diese ungeheuren mechanischen Spannungen führen zum Zerfall des kristalls in viele kleinere. Man spricht dort von "Zerrieselung". Ein höherer Anteil an Al2O3 unterdrückt die Umwandlung. Ein Beispiel, wie stark die Bindungskräfte in einem Kristall sein können.


  • chemische Analyse: Sie ist gerade dann unerlässlich, wenn es sich um nicht kristalline Stoffe handelt. Sie sagt aber selbst nichts über die spezielle mineralogische Zusammensetzung aus. Ein sehr beliebtes Thema sind "Gold-Lagestätten" .  Der Autor untersuchte Proben zweier Gold-Vorkommen, die vom chemischen Gehalt durchaus aubbauwürdig erschienen. Doch aus dem Traum wurde leider gar nichts. Diese Art von Vorkommen gibt es in Mittelafrika zu Hauf. Das Gold ist mit einer Korngröße um ein Mikron (ein Tausendstel Millimeter) in Arsenkies eingeschlossen und nur mit dem Elektronenmikroskop nachweisbar. Zwielichtige "Startups" versuchen immer wieder Dumme zu finden, die in solche Vorkommen investieren.  Am dreistesten ging so ein "Leistungsträger" bei Säcken vor, die lediglich Quarzsand zum Inhalt hatten. Mit einer gewöhnlichen Spritze injizierte er in die Säcke eine Lösung aus Goldchlorid. Durch die chemische Analyse wurden Zahnärzte, Ärzte,Apotheker und sonstige FDP-Klienten begeistert. Sie hatten eine neue Art die lästigen Steuern zu hinterziehen entdeckt durch die Hilfe dieser Flüchtlingsfreunde, selbst wenn sie selbst nur Steuerflüchtlinge waren. So landete dann das schön am Fiskus vorbei geschmuggelte Geld bei diesen Existenzgründern. Die Dummen sterben halt nicht aus


  • physikalische Verfahren wie Thermowaage und Differential-Thermoanalyse (DTA): am bekanntesten dürfte die Tatsache sein, Gips Kristallwasser enthält. Wird das Kristallwasser durch Erhitzen dem Gips entzogen, was ab einer Temperatur von 58°C beginnt, so entsteht das Halbhydrat mit der Fachbezeichnung Bassanit (typisch für sogenannte REA-Gipse) und am Ende der wasserfrei Anhydrit, der auch gesteinsbildend ist. Diesen Wasserverlust kann mit Hilfe einer beheizbaren Waage gemessen werden. Bedeutung hat dies bei der Herstellung des Grundstoffs von Fließestrich. Man untersheidet zwischen Naturgips-Estrichen, die erst nach über 48 Stunden begehbar sind und Gipsestrichen aus REA-Anlagen, welche in kürzerer Zeit begehbar sind. Die Thermowaage gibt schnell und zuverlässig darüber Auskunft.  Die DTA vergelicht in einem Ofen einen Probekörper mit der zu untersuchenden Substanz. Findet nämlich bei dem Erhitzen bei eienr bestimmten Temperatur eine Reaktion in der Versuchsmischung statt, wie schon die besprochene Umwandlung von beta- zu gamma Ca2SiO4 statt, so ensteht ein Wärmeunterschied, der gemessen werden kann. Aus diesen Daten lassen sich dann ebenfalls Rückschlüsse ziehen.


Jedes Verfahren besitzt seine Bedeutung. Sodass der Fachmann mit allen Verfahren vertraut sein muss, um im Anwendungsfall zu reproduzierbaren Ergebnissen zu kommen. Dann erst können Schlüsse gezogen werden, die ein Problem lösen helfen. Der PC ist ein normales Werkzeug zur Arbeitserleichterung. Er ersetzt das lästige Auszählen von Mineralen unter dem Mikroskop durch die Bildverarbeitung. Doch versagt diese im polarisierten Licht, sodass das geübte Auge auch weiterhin unerlässlich ist. Auch liefert die Röntgenfeinstrukturanalyse nicht immer eindeutige Ergebnisse. Sie versagt völlig, wenn die Probe aus einem Glas z.B. dem Schmuckstein Obsidian besteht. Für die Röntgenuntersucheung muss eine gewisse Menge von kristallinem Material vorhanden sein. In der Praxis hat sich immer wieder gezeigt, dass mangelnde Kenntnisse und Erfahrungen in der speziellen Mineralogie schwerwiegende Folgen nach sich zogen, die in Verlusten von Millionen Euro münden können. Das vermutet man allerdings nicht, wenn man den Mineralogen auf dem Spitzweg-Bild anschaut. Doch auch unter den Kollegen gibt es mitunter sehr heftige Konflikte. Zu sehr sind persönliche Animositäten oder notorische Selbstdarstellung Auslöser von Gezänk und Hass. Das kann soweit gehen, dass Forschungsergebnisse umgebogen werden, besonders bei der berüchtigten Drittmittelforschung, bis die Ergebnisse passend für den Kunden sind - also keine unangenehmen Wahrheiten erhalten. Der Autor erlebte dies in einem Fall, wo ein Kollege genau auf diese Weise mit den Ergebnissen des Autors verfuhr. Der Anlagenbauer, der für Thyssen eine spezielle Anlage zur Verwertbar der in Frage kommenden Reststoffe konstruierte, wählte ein Verfahren, welches genau das Gegenteil erreichte. Es soll nicht verschwiegen werden, dass es dem Autor eine große Genugtuung war, als er bereits als Schüttgutfachmann mit dieser Anlage und Thyssen als Kunde konfrontiert wurde. Ein alter Bekannter, war dort als Betriebsingenieur ausgebremst worden und im Endergebnis wurden 20 Millionen D-Mark in den Sand gesetzt. Merke: man soll niemals Sulfide mit Oxiden verwehseln und beachten, dass die Hochtemperaturmodifikation des Zinksulfids nicht "Zinkblende" sondern "Wurtzit" heißt. Thyssen packte das Problem nicht am Wurtzit an, sondern ließ abreißen, es waren schließlich nur Peanuts, wenn man das mit dem Desaster des Stahlwerksneubau in Brasilien vergleicht.


<satire> Wie aus vertraulichen Kreisen aus der letzten Aufsichtsratssitzung zu hören war, so wurden auf dieser Sitzung auch Planungen mit dem neuen Investor getroffen, wie der ehemaligen Thyssen-Henrichshütte in Hattingen (Ruhr) wieder etwas Leben eingehaucht werden kann. Die im Moment etwas triste Lage, wie rechts auf dem Foto zu erkennen ist, soll die abgebildete Windererhitzer-Anlage nach dem Modell "Rheinhausen" abgebaut und vor dem Wirtschaftsministerium in Berlin wieder aufgebaut und "betriebstüchtig" werden. Auf dass dem Wirtschaftsminister niemals die heiße Luft ausgehe.</satire>








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