Dünnschliffe – Eine Zeitreise durchs Gesteinsuniversum

Die Gesteine sind vor Urzeiten entstanden. Bei genauer Betrachtung mittels eines Dünnschliffs verraten sie uns viel über unseren Planeten, seine Zusammensetzung und über längst vergangene Zeiten. Doch wie werden Dünnschliffe hergestellt und was kann man aus ihnen ablesen?

Dünnschliff eines Granitgesteins

Nein, kein abstraktes Gemälde, sondern ein Dünnschliff eines Granitgesteins unter polarisiertem Licht im Mikroskop. Bild: Thomas Bresson/Wikimedia Commons, CC-Lizenz

Eines darf hier vorneweg genommen werden: Dünnschliffe sind – wie es der Name bereits sagt –mikrometerdünne Gesteinsplättchen (20-30 μm, Mikrometer), die uns enorm viele Informationen über die Zusammensetzung und Beschaffenheit des Gesteins geben. Im Folgenden erfährst du mehr über deren Herstellung, Einsatz und über die Geheimnisse, die sie verbergen.

Wie werden Dünnschliffe hergestellt?

Gestein ist bis auf ein paar Ausnahmen nicht durchsichtig. Möchte man aber Gestein unter dem Lichtmikroskop betrachten, muss es irgendwie durchsichtig gemacht werden. Genau das macht man mithilfe von sogenannten Dünnschliffen.

Mit einer ähnlichen Säge werden Steine in feine Scheiben geschnitten. Bild: Dona Eidam/USGS/Wikimedia Commons, CC-Lizenz

Als erstes werden vom zu untersuchenden Gestein Proben entnommen. Ein Feldassistent bricht diese mit einem Meissel heraus oder fördert mit einem Spezialbohrer einen sogenannten Bohrkern aus dem Gestein. Im Labor schneidet dann ein Laborant, ein Doktorand oder ein wissenschaftlicher Mitarbeiter diese Proben auf eine Einheitsgrösse zurecht – meist etwa einen halben Zentimeter dick. Der nächste Schritt ist einer der wichtigsten: das Klötzchen wird mit einem wasserfesten Stift beschriftet, so dass die verschiedenen Proben nicht verwechselt werden können. Die unbeschriftete Seite wird nun ganz glatt abgeschliffen, entweder von Hand oder aber wie in den meisten geologischen Instituten mit einer Schleifmaschine.

Ultradünnschliff eines karbonatischen Gesteins. Die schillernden Farben (Interferenzfarben) sind ein Artefakt und stammen vom ungleichmässigen Schleifen. Bild: Tobias1984/Wikimedia Commons, CC-Lizenz

Dabei ist es sehr wichtig, dass der Dünnschliff erstens nicht zu dick ist und zweitens, dass er über seine gesamte Fläche vollkommen gleich dick ist. Ist dies nicht der Fall, können die Farben des Dünnschliffs nicht mehr zur Identifizierung des Minerals herangezogen werden, da Artefakte entstehen können.

Die flache Seite wird auf einen Glasträger aufgeklebt. Hierfür benutzt man Klebstoff und Glas, die vollkommen durchsichtig und farblos sind. Ähnlich wie bei den Panini-Bildchen bei der Fussball-WM dürfen keine Luftblasen eingeschlossen werden. Zuletzt wird die Oberseite ebenfalls abgeschnitten und abgeschliffen, so dass nur ein mikrometerdünnes, lichtdurchlässiges Gesteinsplättchen übrigbleibt. Und auch hier ist es wichtig die Probe erneut zu beschriften.

Dünnschliff-Präparate unter einem Durchlichtmikroskop. Bild: Woudloper/Wikimedia Commons, CC-Lizenz

Dem Gestein seine Geheimnisse entlocken

Der Geologe legt nun das Glasplättchen mit dem geschliffenen Gesteinsplättchen (Präparat) unter das sogenannte „petrografische Gesteinsmikroskop“. Dabei scheint das Licht von unten durch das Präparat und gelangt durch die Vergrösserungseinrichtungen (Objektiv und Okular) des Mikroskops zum Auge des Betrachters. Bei der Beleuchtung handelt es sich entweder um normales Licht, reflektiertes Licht (für Mineralien, die auch in einem Dünnschliff nicht transparent sind) oder aber polarisiertes Licht. Es lassen sich nicht alle Mineralien mit einer einzigen Beleuchtung identifizieren, weshalb alle drei nacheinander angewendet werden müssen. Mit Lichtgesteinsmikroskopen erreicht man eine hundertfache Vergrösserung, mit der Photomikroskopie können diese vergrösserten Ausschnitte in einem Computerprogramm nochmals vergrössert werden. Mit Rasterelektronenmikroskopen, die allerdings nicht mit Licht, sondern mit einem Elektronenstrahl arbeiten, lassen sich die Präparate 10'000-fach vergrössern.

Bei der Betrachtung solcher Präparate eröffnet sich unseren Augen eine neue Welt, voller Farben. Vor allem die Farbe des Gesteins, wenn es unter polarisiertem Licht betrachtet wird, sagt viel über die im Gestein enthaltenen Mineralien aus.

Oben: Dünnschliff eines Granat-Glimmer-Schiefers bei linear polarisiertem Licht. Granat erscheint dunkel, Biotit braun-rötlich und Quarz farblos. Bild: Chd/Wikimedia Commons

Unten: Gleicher Dünnschliff unter gekreuzten Polarisatoren. Granat erscheint vollkommen schwarz, Biotit in leuchtenden Farben und Quarz in gräulichen Tönen. Bild: Chd/Wikimedia Commons

Beide: CC-Lizenz

Was verrät uns ein Dünnschliff?

Dünnschliffe sind sozusagen uralte Fotos unserer Erde, denen wir verschiedene Informationen zur Erdgeschichte entnehmen können.

Grundsätzlich lässt sich mit einem Dünnschliff die genaue Zusammensetzung jedes Gesteins bestimmen. Gesteine bestehen aus verschiedenen Materialien, ähnlich wie sich ein Gebilde aus LEGO aus verschiedenen, einzelnen LEGO-Steinen zusammensetzt. Dabei sind die Struktur, die Form und die Farbe der einzelnen Mineralien ganz unterschiedlich, auch wenn man das von blossem Auge selten so genau sieht. Vor allem die Struktur, die Form und die Anordnung der einzelnen Mineralien sagen einiges über unser Gestein aus: Ist es leicht spaltbar, ist es weich oder hart, ist es wasserlöslich, ist es schwer oder leicht? Vor allem um herauszufinden, wie die Mineralien im Gestein angeordnet sind, ist ein Dünnschliff unerlässlich. Diese Anordnung gibt den Geologen Hinweise darauf, was für Umstände bei der Entstehung und bei einer allfälligen Umformung der Gesteine geherrscht haben und wo die Gesteine entstanden sind. Aufgrund ihrer mineralischen Zusammensetzung sowie ihrer Herkunft und Entstehung können ganz grob folgende Gesteine unterschieden werden:

  • magmatische Gesteine (Magmatite): geschmolzenes und wieder erstarrtes Gestein
  • Sedimentgesteine: in Flüssen, Seen oder auf Gletschern abgelagertes Gestein, das ursprünglich aus einer anderen Gegend stammt und dort verwittert ist
  • Metamorphe Gesteine: unter enormem Druck und / oder Temperatureinwirkung umgewandelte Gesteine

Manchmal findet man in einem Dünnschliff sogar winzige Fossilien. Fossilien helfen Wissenschaftlern, die Erdgeschichte zu rekonstruieren. Sie sind oftmals mikroskopisch klein, weshalb uns bei der genauen Bestimmung der Art, des Ortes der Ablagerung und der genauen Schichtung der Sedimente nur ein Dünnschliff weiterhelfen kann. (Mehr über Fossilien erfährst du im Artikel "Was erzählen uns Fossilien?".)

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Dünnschliff-Mikroskopie einer Zeitreise gleichkommt. Je nach Fundort des Gesteins ist die Entstehungsgeschichte und somit auch die mineralische Zusammensetzung eine ganz andere. Viele verschiedene Berufsrichtungen und Wissenschaftler sind auf Dünnschliffe angewiesen, um den Gesteinen ihre Geheimnisse zu entlocken.

Es gibt auch Dünnschnitte

Nicht nur Gesteine können gründlicher untersucht werden, wenn man ganz dünne Schnitte davon herstellt. Dünnschnitte werden ebenfalls von Bodenproben aus Ackerland oder Waldboden und aus Holz gemacht. Deshalb machen vor allem Geologen, Forstwissenschaftler, Biologen oder Archäologen Dünnschnitte.

Allerdings sind nicht nur Wissenschaftler auf Dünnschliffe angewiesen. Auch Ingenieure oder Restauratoren benutzen diese, um der Beschaffenheit von Baumaterialien oder zu restaurierenden Materialien auf den Grund zu gehen. Diese Informationen dienen dazu, Werkstoffe zu verbessern oder feinste Schäden festzustellen.

Willst du verschiedene Dünnschliffe mit all ihren wunderbaren Farben und Formen sehen? Hier gelangst du zur Dünnschliff-Galerie.

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