Horace-Bénédict de Saussure als Geologe

Horace-Bénédict de Saussure  war ein Schweizer Professor der Philosophie, Mediziner und Naturkundler.

 Zu einer Zeit wo die meisten Naturkundler in Schreibstuben studierten, schlug Saussure vor, dass man empirische Daten im Feld sammeln sollte. In 1787 bestieg er den 4.810 Meter hohen Mont Blanc, gerade mal ein Jahr nach der Erstbesteigung, um dort meteorologische und geologische Forschungen durchzuführen. Er ist der Erste, der den Granit des Mont Blanc beschreibt.

Rekonstruktion einer alpinen Kluft aus dem Granit des Zentralmassiv des Mont Blanc, mit Rauchquarz, seltener Fluorit, Chlorit breitet sich am Boden der Kluft aus. 

Zur damaligen Zeit befasste sich die „Naturphilosophe“ mit drei großen Themenbereiche, die Zoologie sammelte und studierte Tiere, Botanik sammelte und studierte Pflanzen und die Mineralogie sammelte und studierte Mineralien und Gesteine. Eine Wissenschaft der Erde im heutigen Sinn war gerade dabei sich zu entwickeln als ein Landsmann von de Saussure, Jean-Andre de Luc, um 1778 vorschlug die Erforschung der Erde als Geologie zu bezeichnen.

De Saussure fasste seine Erkundung der Tiere, Pflanzen und Landschaften der Alpen in seinem Werk Voyages dans les Alpes (1779-96) zusammen. 

Der kosmische Ursprung von Tutanchamuns Grabbeigaben

Ägypten, Tal der Könige, am frühen Morgen des 4. November 1922. Seit sechs Jahren gräbt der britische Archäologe Howard Carter hier in einem abgelegenen Tal westlich des Nils, das im Alten Ägypten als Land der Toten angesehen wurde. Zahlreiche Herrscher wurden hier bestattet und Carter hofft, hier auch das Grab des Pharao Tutanchamun zu finden. Bisher hatte Carter kein Glück und dies ist die letzte Grabungssaison, die sein Geldgeber bereit ist zu bezahlen. Doch an jenem schicksalhaften Tag hatte ein Arbeiter eine Stufe, die in die Tiefe führte, entdeckt. Als man den Schutt beiseite schafft, kommt eine Treppe zum Vorschein und schließlich eine versiegelte Tür. Einen Monat später dringen die Ausgräber in die Grabkammer ein, die mit wunderbare Dinge gefüllt war.

In einer Truhe im Inneren des Grabes entdeckt Carter ein Geschmeide, das mit einem auffälligen Skarabäus, der aus einem grünlich schimmernden Stein geschnitzt ist, verziert war. Der grüne Edelstein muss als kostbar gegolten haben, er wurde nämlich genau in der Mitte des Geschmeide aus Gold, Silber, Glasfluss und anderen edlen Gesteinen, gesetzt. Der grüne Skarabäus stellt den Sonnengot Ra dar, wie er die Barke mit der Sonnenscheibe über das Himmelsgewölbe trägt, ein ewiger Kreislauf der auch Leben, Tod und Wiedergeburt darstellt.

Carter bestimmte den Stein zunächst als Chalcedon, eine der vielen Quarzvarietäten. Im Jahre 1998 untersuchte der italienische Mineraloge Vincenzo de Michele den Skarabäus und bestimmte dessen optischen Eigenschaften. Er entdeckte, dass es sich tatsächlich um Wüstenglas handelte. Wüstenglas aus hochreinem Siliziumoxid zählt zu den seltensten Mineralien, die auf der Erde vorkommen. Seine Entstehung ist noch heute rätselhaft. 

Die libysche Wüste erstreckt sich vom Sudan im Süden bis nach Siwa im Norden, von der Dakhla-Oase im Osten bis zu den Großen Sandsee im Westen, über die zwei modernen Staaten von Libyen und Ägypten. Irgendwo von hier stammt der in den über 3.300 Jahren alten Schmuckstück gefasste Stein. Die Fundstelle von Libyschen Wüstenglas wurde 1932 vom britischen Kartografen Patrick A. Clayton während einer kartografischen Mission entlang der Grenze zu Libyen, damals unter italienischer Herrschaft, zufällig entdeckt. Fachleute vermuten, dass Wüstenglas durch Aufschmelzen und schnelles Abkühlen aus Sand entstanden ist. 

Vulkanismus allein kann dieses Glas, das typische Schmelzstrukturen aufweist und eingeschlossen Gasblasen enthält, nicht erklären. Nur der Impakt eines Himmelskörpers nördlich des Gilf-Kebir-Plateaus, tief im Inneren der Libyschen Wüste, vor 28 bis 29 Millionen Jahre kann die nötige Hitze erzeugen, bei der der Sand der Wüste aufschmolz. Spurenelement, die typisch für die meisten der auf der Erde gestürzte Meteoriten sind, stützen ebenfalls diese Erklärung. Es wäre nicht der einzige Gegenstand mit kosmischen Ursprungs der im Grab des Tutanchamuns gefunden wurde. Neunzehn Grabbeigaben wurden aus Meteoriteneisen hergestellt, darunter auch ein prächtiger Dolch, der zusätzlich noch mit Gold verziert worden war.

Bei Eisen-Meteoriten ist das Metall besonders feinkörnig und daher relativ gut bearbeitbar. Das Metall wurde durch Kalthämmern in die gewünschte Form gebracht. Nicht nur der hohe Arbeitsaufwand machte solche Artefakte kostbar. Da Meteoriten sehr selten gefunden werden, war das daraus gewonnene Eisen kostbarer als Gold.

Es ist nicht ganz klar, ob die alten Ägypter von der wahren Herkunft des verwendeten Metall wussten. Ägyptische Quellen um 1.300 v. Chr. beschreiben das Eisen als "vom Himmel stammend". Diese Beschreibung könnte sich auf einen tatsächlich beobachteten Impakt beziehen. Die Bezeichnung könnte aber auch einfach auf die göttliche Herkunft des Eisens hinweisen, als ein Geschenk der Götter, die hoch über den Sterblichen in ihren Himmels-Sphären herrschten.

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Das abenteuerliche Leben des Déodat de Dolomieu

„Jedes Jahr eilte ich zu einer Bergkette, stieg auf ihre Gipfel, um jene tiefen Eindrücke zu empfinden, die aus der Betrachtung des weiten Horizonts entstehen. Da oben dachte ich nach über die Entstehung der Erdkugel, die Umwälzungen, die sie erfahren hat, die Vorgänge, die ihre Formen verändert und den heutigen Zustand bewirkt haben…Wie ich so nach und nach höher stieg und meinen Gedanken immer weiteren Raum gab, verstärkte sich auch mein Weltbild: Mein Horizont stieß auf immer weniger Grenzen.“
Diedonnè-Silvain-Guy-Tancrede de Gvalet de Dolomieu

 

Diedonnè-Silvain-Guy-Tancrede wurde am 23. Juni 1750 in der Pfarrei von Dolomieu (Provinz von Dauphinè, Frankreich) geboren. Er war Sohn einer noblen, wenn auch verarmten, Familie. Er erhielt daher, ungewöhnlich für seine Zeit und seinen Stand, keinen privaten Unterricht, sondern brachte sich das Lesen selbst bei und erforschte selbständig die Natur in seiner näheren Umgebung. Mit erst 12 Jahren trat in den Militärdienst ein. Bei einen Duell tötete er seinen Gegener und nur politische Beziehungen retteten ihn vor lebenslanger Haft. Nach einem Jahr im Gefängnis wurde er entlassen und es wurde ihm nahegelegt, er solle doch sein Glück anderswo versuchen um weiteren Problemen aus dem Wege zu gehen. Im Jahre 1771 kam er nach Paris, wo er zum ersten Mal mit gleichgesinnten Intellektuellen zusammentraf. Dort lernte er auch den Naturkundler und Mineralogen Horace-Benedict de Saussure kennen. Trotz seines Interesses an der Geologie, er verzichtete sogar mehrmals auf Posten, um sich weiter den Studium zu widmen, ging es mit seiner militärischen Karriere voran. Im Zuge seiner militärischen Verpflichtungen und auch aus Interesse reiste er viel. Er besuchte mehrmals Spanien, Italien und Malta und plante auch eine Reise in die deutschen Bergbaugebiete. Dolomieu war ein unruhiger Geist und unterstützte auch liberale politische Ansichten, was ihm einige Feinde einbrachte. Einer seiner frühen Unterstützer, der Mineraloge Alexandre Duc de La Rochefoucauls, wurde vor seinen Augen umgebracht. Er unterstützte zunächst die französische Revolution, aber nach den Verlust seines Erbe und knapp der Guillotine entkommen, wendete er sich gegen das Terrorregime. In 1796 wurde er von der neuen, revolutionären Regierung unter Napoleon Bonaparte zum Mineningenieur, Professor und Mitglied des Institut National in Paris befördert und lehrte an der bergmännischen Schule in Paris. Später nahm er mit Napoleon am Feldzug nach Ägypten teil und erforschte den Nil. Bei der Rückreise, nach den gescheiterten Feldzug, wurde er im Königreich Sizilien gefangen genommen und als Kriegsgefangener verurteilt,
Seine früheren politischen Streitereien holten ihn nun ein. Auf Druck der Erzherzogin Maria Karolina von Österreich wurde er in Messina eingekerkert. Aus den Ruß der Kerzen, die seinen dunklen Kerker erleuchteten, fertigte er Tinte an und verfasste am Rand der wenigen Bücher die er herein-geschmuggelt hatte seine „Mineralogische Philosophie.“ Angeblich nutzte Alexandre Dumas de Dolomieus Gefangenschaft als Inspiration für die Figur eines verschrobenen, aber genialen, Aristokraten in seinen Roman „Der Graf von Montechristo“, der den titelgebenden gefangenen "Graf" unterrichtet.

Durch den Sieg bei Marengo (Italien) konnte Napoleon die Herausgabe des Gefangenen nach 3 Jahren Kerkerhaft erzwingen. Dolomieus Rückkehr nach Paris wurde gebührend gefeiert und zunächst nahm er auch seine Lehrtätigkeit wieder auf, zog sich aber bald darauf nach Châteauneuf in das Massif Central zurück, wo eine seiner Schwestern lebte. Seine geologische Sammlung lag noch in Malta, wobei die dortigen Behörden die Sammlung Italien vermachen wollten, während Dolomieu eher an Frankreich oder Schweiz, ja sogar den jungen Vereinigten Staaten, dachte. Heute kann seine umfangreiche mineralogische Sammlung in Paris bewundert werden. Am 26. November 1801 stirbt Dolomieu, gerade mal 51 Jahre alt, an den gesundheitlichen Nachwirkungen seiner langen Kerkerhaft.

1791 hatte Dolomieu einen kurzen Bericht "über eine Art von Kalkgestein, welches nur schwach mit Säure reagiert und Phosphoreszenz beim Anschlagen zeigt" veröffentlicht. Das Gestein, das er in den Tiroler Bergen angetroffen hatte (Stubaier Alpen und bei Bozen), fand er später auch verbaut in eine römische Ruine. 

Leopold von Buch´s Karte "Esquisse d´une carte geologique de la parte meridionale du Trentino" (1822) zeigt die Verteilung von Karbonatgesteinen in Tirol - hellblau Kalkgestein, dunkelblau Dolomitgestein. Dolomieu sammelte die ersten Proben von Dolomit wahrscheinlich im Bereich des Brenners oder entlang der Etsch, nicht in den heutigen Dolomiten, die damals noch weit abseits der bekannten Reiserouten lagen.

Das Gestein war auch verwitterungsresistenter und bildete, so Dolomieu, "die oberste Bedeckung in den Alpen aus." Bei Bozen fand er auch Kristalle der neuen Mineralart, die er zunächst als „Perlen-Spat“ bezeichnete. Die kleinen, rhombenförmigen Kristalle wiesen eine gekrümmte Kristallfläche auf und, wie das Gestein, lösten sie sich nur langsam in Säure auf. 

Die ersten chemischen Analysen des neuen Minerals durch Nicolas-Theodore de Saussure (Sohn von Horace-Benedict de Saussure) wiesen zunächst hohe Werte von Silizium und Aluminium auf (zur damaligen Zeit, da Aluminium als Metall noch unbekannt war, als Tongehalt angegeben). 1792 publizierte er seine Analysen in einem Artikel mit dem Titel “Analyse de la Dolomie”, wo er vorschlug, zu Ehren Dolomieu das neue Mineral als Dolomit zu bezeichnen. Erst der Chemiker Smithson Tennant (1761-1815) erkannte um 1799 den Fehler und bestimmte Magnesium und Calcium als Hauptkomponenten des Dolomit.
Saussure wiederholte seine Analysen und bestätigte die neue Formel. In 1808 erkannte der Chemiker Martin Heinrich Klaproth (1743-1817) das Perlen-Spat und Dolomit-Gestein ein und dasselbe sind, es sich um ein Salz von Magnesium und Kalzium mit der Kohlensäure handelt, und bestätigte Dolomit als ein eigenständiges Mineral. Aber noch 40 Jahre lang geisterten die falschen chemischen Werte in der Fachliteratur herum.

„So viele Dolomitenzinken ich in Venetien und Tirol gesehen habe: den Geislerspitzen kommt an Jähe und Zerissenheit nichts gleich von all dem, was da aufstarrt.“ Reiseschriftsteller Heinrich August Noë (1835-1896).

„Sie schienen so wenig Teil der grünen Hänge zu sein, auf denen sie standen, dass sich in uns die Vorstellung entwickelte, es handelte sich um Eisberge aus Stein, die wieder davontreiben und das Land spurlos verlassen konnten.“ So schreiben in 1864 die beiden englischen Reiseschriftsteller Josiah Gilbert und George Cheetham Churchill in ihrem Buch “The Dolomite Mountains”. Ab 1876 setzte sich dann der Namen Dolomiten für die Bleichen Berge durch. Übrigens der einzige Fall in dem das Mineral einer Gegend den Namen gab und nicht umgekehrt. 

Literatur:

ZENGER et al. (1994): Dolomieu and the first description of dolomite. Spec. Pubis Int. Ass. Sediment  21: 21-28

Der Travertin von Karlsbad

Travertin und Sinterproben von Karlsbad, Baden-Württemberg, Sammlung angelegt um 1910. Bereits um 1800 verkaufte der Edelsteinschleifer Joseph Müller (1727-1817) den Kurgästen von Karlsbad  (damals Böhmen, heute Tschechien) eine „Sprudelstein“-Sammlung als Souvenirartikel. Karlsbad ist berühmt für seine warmen Quellen und Mineralgewässer, die sogar auf Briefmarken verewigt wurden. Aus den Mineralwasser fällt Kalziumkarbonat aus, das sich in Becken und Leitungen ablagert. Aus der Not (schließlich müssen die Leitungen sauber gehalten werden) wurde ein Geschäft für den Tourismus.

In 1807 verfasste Dichter und Naturforscher von Goethe eine Abhandlung mit dem Titel „Sammlung zur Kenntniß der Gebirge vor und um Karlsbad“, die dieser Sammlungen gewissermaßen als Zertifikat beigefügt wurde und worin die Umgebung von Karlsbad zum ersten Mal geologisch beschrieben wurde. Der Granit bei Karlsbad („Erzgebirge-Granit“) stellt auch die Typuslokalität für die „Karlsbader Zwillinge“ dar, eine spezielle gesetzmäßige Verwachsung zweier Kristalle. Diese Bezeichnung wurde ebenfalls von Goethe geprägt, und ist bis heute namensgebend für diese charakteristische Zwillingsbildung bei Feldspäten.

Star Trek und die Geologie: Leben, Jim. Aber nicht wie wir es kennen

„Der Weltraum, unendliche Weiten. Wir schreiben das Jahr 2200. Dies sind die Abenteuer des Raumschiffs Enterprise, das mit seiner 400 Mann starken Besatzung 5 Jahre unterwegs ist, um fremde Galaxien zu erforschen, neues Leben und neue Zivilisationen. Viele Lichtjahre von der Erde entfernt dringt die Enterprise in Galaxien vor, die nie ein Mensch zuvor gesehen hat.“

In der Folge "Horta rettet ihre Kinder" (1967) landet die Crew der Enterprise auf den Planeten Janus VI wo die Sternenflotte eine Bergbaukolonie betreibt. Janus VI ist laut der Klassifikation im Star Trek Universum ein Typ E-Stein-Eisen-Planet, reich an Metallen wie Gold, Uran, Platin, Cer und Pergium, ein fiktives Element. Eine relativ junge Welt, um die 1,3 Milliarden Jahre alt, ohne sichtbare Atmosphäre und anscheinend ohne einheimische Lebensformen. Allerdings werden die Bergleute, nachdem sie tief in das Planeteninnere eingedrungen sind, plötzlich von einem grauenhaftem Monster angegriffen. Spock, der wohl sein geologisches Einfühlungsvermögen anwendet, vermutet schon bald, dass es sich bei dem Wesen um eine Lebensform handeln könnte, die auf Silizium basiert.

"Das Leben wie wir es kennen, basiert gewöhnlich auf den verschiedensten Kombination von Kohlenstoffverbindungen. Aber es könnte auch etwas existieren mit ganz anderen Elementen. Mit der Grundlage Silizium.“

 

Auf der Erde beruht das Leben, so wie wir es kennen, auf Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff mit Spuren von Kalium, Calcium, Magnesium, Eisen, Phosphor und Schwefel.
Kohlenstoff ist auf der Erde ein idealer Ausgangsstoff für Leben da er unter  terrestrischen Temperaturbedingungen stabile und komplexe Moleküle bilden kann. Verbindungen zwischen Kohlenstoff-Kohlenstoff, Kohlenstoff-Sauerstoff und Kohlenstoff-Wasserstoff sind außerordentlich stark, die Moleküle sind aber gleichzeitig gut in Wasser löslich. Moleküle die in einer Flüssigkeit frei beweglich sind, sind eine wichtige Voraussetzung für einen funktionierenden Stoffwechsel.

Silizium ist sehr häufig auf der Erde wird aber kaum von terrestrischen Lebensformen genutzt. Mikroorganismen wie Kieselalgen und Strahlentierchen nutzen Silaffine (kurze Peptide die zur Stabilisierung verwendet werden) und amorphe Silizium-Hydrogele um ihre filigranen Schalen aufzubauen. Unter höheren Organismen sind nur Kieselschwämme in der Lage Silizium zu verwenden. Allerdings nutzen diese Organismen Silizium nur für Schalen und Stützelemente, es spielt keine  Rolle in ihrem Stoffwechsel.
Theoretisch könnte Silizium aber auch für Gewebe, Organe und sogar einen alternativen Stoffwechsel verwendet werden.  Das Element findet sich im Periodensystem neben Kohlenstoff und weist einige chemische Ähnlichkeiten auf.  Silizium bildet wie Kohlenstoff stabile Bindungen mit sich selbst und Elementen wie Kohlenstoff, Germanium, Stickstoff, Phosphor, Sauerstoff und Schwefel.

„Eine Siliziumknolle, davon gibt´s Millionen da Unten, leider sind sie wertlos."
„Immerhin ist es eine geologische Kuriosität! Pures Silizium!“
„Einige Spurenelemente, aber hören sie, sie sind doch nicht hergekommen um Steine zu suchen."

Solche Silane können große Moleküle bilden, Ketten, Röhren und Schichten, die in einem hypothetischen Organismus verwendet werden könnten um einen Zellkörper aufzubauen.

Allerdings sind diese Verbindungen unter terrestrischen Bedingungen den Kohlenstoff-Molekülen unterlegen. Silizium ist sehr reaktionsfreudig und verbindet sich gern mit Sauerstoff. Eine hypothetische Silizium-Lebensform würde Probleme mit der Atmosphäre der Erde haben, die bis zu 21% aus Sauerstoff besteht. Der Körper der Silizium-Lebensform würde langsam von den Gasen und Wasser in unserer Atmosphäre zersetzt werden. In der Star Trek Folge wird erwähnt das die fremde Lebensform, die sich selbst Horta nennt, aus einer Sauerstofffreien Umgebung, tief im Inneren des Planeten verborgen, stammt. Tatsächlich könnten Silizium-Moleküle in einer reduzierenden und trockenen Atmosphäre funktionieren. 

Ein weiteres Problem für Silizium ist Wasser. Während reines Silizium mit Wasser reagiert, sind Wasserstoff-Silizium Verbindungen schwer löslich. Ein Stoffwechsel kann so nicht funktionieren, es braucht daher eine geeignete Alternative. Als ein solches alternatives Lösungsmittel könnte flüssiges Methan und Ethan verwendet werden. Aber gibt es Planeten auf (oder in) denen Kreaturen wie die Horta überhaupt existieren könnten? Wir müssen nicht weit reisen um eine solche Umgebung tatsächlich zu finden. Die Oberfläche des Saturnmonds Titan ist so kalt, um die -200°C, das sich das auf der Erde gasförmige Methan verflüssigt und Seen und Flüsse bildet. Silizium-Moleküle sind relativ kälteunempfindlich, theoretisch könnte ein solcher Stoffwechsel in einer solchen Umwelt tatsächlich funktionieren.

Ob allerdings tatsächlich eine auf Silizium basierende Lebensform irgendwo da draußen exisitiert, das steht in den Sternen...
 

Gesteine Online: Ignimbrite

Ignimbrite im engeren Sinne wurden in 1932-35 von vulkanischen Ablagerungen in Neuseeland durch MARSHALL beschrieben. Es handelt sich dabei um ein Gestein bestehend aus Kristall- und Gesteinsbruchstücken, die durch die hohen Temperaturen bei ihrer Ablagerungen – aus großflächigen  pyroklastischen Strömen -  regelrecht zusammen-gesintert wurden. Ignimbrite sind gewissermaßen ein Übergang von Vulkaniten zu Sedimentgesteine, da sie aus vulkanischen Ablagerungen gebildet werden, allerdings weisen sie keine Schichtung auf.

Abb.1. Ignimbrit mit „Flammen“, die aus glasigen Schlacken bestehen, Feldspat-Kristalle und größere Bruchstücke von älteren Ignimbriten.

Im Gegensatz zu Tuffen (vulkanische Ascheablagerungen aus Eruptionswolken) zeigen Ignimbrite nicht nur keine Schichtung, sondern häufig auch säulige Absonderungen. Da Ignimbrite großflächig und auch in größerer Mächtigkeit abgelagert werden, formen sich die Säulen bei deren langsamen Abkühlung.

Abb.1. Ignimbrite mit säuliger Absonderung, "Bozner Quarzporphyr" bzw. mit modernen Namen die Auer-Formation.

Die Entstehung von echten Ignimbriten wurde rezent noch nicht beobachtet, da sie eigentlich nur bei gewaltigen Eruptionen mit sehr großen Eruptionsvolumen (der Permische "Bozner Quarzporphyr" ist bis zu 4.000 Meter mächtig) gebildet werden. In historischen Zeiten war einzig der Ausbruch des Katmai (Alaska) in 1912, wo es jedoch keine direkten Augenzeugen gab, vergleichbar. Ablagerungen von kleineren pyroklastischen Strömen, wie sie häufig bei rezenten Vulkanausbrüchen beobachtet werden, sind grobblockiger und weniger verfestigt.

Mineralientage München 2016 - Schweizer Kristallschätze

Gneis-Block aus dem Gotthard Basistunnel - der helle Leventina-Gneis geht im Bereich des Gotthardmassivs zum  dunkleren, stark verfalteten Lucomagno-Gneis über.

Granate aus der Val Canaria, Tessin.

Bergkristall aus einer alpinen Kluft, Cavagnoli-Gletscher.

Bergkristall mit Tessiner Habitus, Gotthardmassiv.

Quarz mit Rutilgittern, Gotthardmassiv. 

Kyanit, Pizzo Forno, Valle Leventina, Tessin.

Kunst & Geologie: Der Kristallsucher

„Wir können mit Sicherheit angeben, dass man er [der Bergkristall] in den Felsen der Alpen entsteht, oft an so unzugänglichen Orten, dass man ihn an einem Seil hängend herauszieht.“
Plinius der Ältere (23-79 n.Chr.)

In alten Zeiten war die Suche nach Kristallen in Klüften eine beliebte Möglichkeit sich in den Alpen ein Zubrot zu verdienen. Kristallsucher wurden auch Strahler genannt, da die funkelnden, durchsichtigen Bergkristalle auch als „Strahlen“ bekannt waren. 

Abb.1. Darstellung von Henry Lévèque mit dem Titel “Der Kristallsucher Jacques Balmat” (Erstbesteiger des Mont Blanc in 1786).

Geschichte geologischer Begriffe: Kalkspat

Mit „Chalix“ bezeichneten die alten Römer Mörtel und den Kalkstein der benötigt wurde diesen herzustellen. Mit ihren Eroberungszügen brachten sie das Geheimnis der Mörtelherstellung auch zu den germanischen Stämmen, die das Lehnwort „Kalk“ übernahmen. 
Mittelalterliche Bergbauleute bezeichneten Gesteine und Mineralien die sich gut spalten ließen als „Spate“, zusammen mit der Bezeichnung des Kalkgestein kam der Calcit daher zu seinem deutschen Namen Kalkspat. Der mineralogische Name Calcit wurde übrigens erst um 1845 durch den Wiener Bergrat Wilhelm Haidinger eingeführt.

Abb.1. Die ausgeprägte Spaltbarkeit ist bezeichnend, auch im Chinesischen wird Kalkspat Fáng Jié Shi genannt, viereckig trennender Stein.

O'zapft is - Von Kristallen und Bier

Kristalle spielen eine wichtige Rolle bei der Zubereitung von Bier. 

Zum Filtern von Unreinheiten aus dem Bier werden Gemische aus Kristalle, wie Quarz und Calcit, oder auch Kieselgur (Diatomeen-Erde) verwendet. Letzteres wird zuvor erhitzt damit sich aus dem amorphen Kieselgel der Diatomeen-Schalen haarfeine Cristobalit-Kristalle bilden können, diese bilden ein feinmaschiges Netz.

Sandfeiner Calcit, Quarz und Granat werden dagegen zur Wasseraufbereitung verwendet. Sie dienen nämlich als Kristallisationskeime für Calcit um die Carbonat-Härte des Brauwassers zu reduzieren – Calzit kristallisiert aus und lagert sich um die Körner ab und die Wasserhärte nimmt ab. Eine hohe Härte des Wassers ist nämlich ungünstig für den Brauvorgang, Calcium-Ionen behindern Enzyme die für die Gärung und Alkoholbildung nötig sind. Die gebildeten Calcitkörner werden übrigens unter anderem als Hühnerfutter verkauft.

Das (geologische) Ende Der Welt

Das Ende der Welt ist unausweichlich. Die Erde wird von der sterbenden Sonne mit in den Abgrund gerissen werden – allerdings erst in 6,5 Milliarden Jahren, wenn sich unsere gelbe Sonne zum roten Riesen aufblähen wird. Die Verdoppelung der Leuchtkraft der Sonne bis dahin wird aber lange vorher dem Leben den Garaus gemacht haben. 

Auch endogene Prozesse werden es den letzten Überlebenden wahrscheinlich nicht leicht machen. In geschätzte 200 Millionen Jahre werden sich die derzeitigen Kontinente wieder in einem Superkontinent vereinigen. Superkontinente weisen ein extremen Klima auf, Klimamodelle sprechen von Durchschnittstemperaturen von bis zu  44°C am Äquator und heiße Sommer und kalte Winter in mittleren Breiten. Es bilden sich große Wüsten im Inneren des Kontinents und zugleich ein starker Monsun mit viel Dauerregen entlang den Küsten aufgrund der hoher Temperaturdifferenz zwischen Land und Meer. Große Kontinente fördern auch starken Vulkanismus, da sie zu einem "Wärmestau" im Erdmantel führen können, dieser schmilzt auf und es kommt zu gewaltigen Eruptionen die Massenaussterben verursachen können.

Die Sonne, ihr Wasserstoff-Vorrat schließlich verbraucht, beginnt schwerere Elemente zu verschmelzen und bläht sich dabei auf, wobei Leuchtkraft und Temperatur zunehmen. Die Poleiskappen schmelzen und es kommt zu einem weltweiten Meeresspiegelanstieg. Die Zunahme der Verdunstung führt zu intensiveren Regen und Verwitterung, wobei Kohlendioxid - ein wichtiges Treibhausgas - aus der Atmosphäre in Sedimente abgeführt wird. Dieser Prozess wird die Zunahme der Leuchtkraft der Sonne für einen gewissen Zeitraum noch ausgleichen können und die Temperaturen auf der Oberfläche der Erde bleiben noch relativ stabil. Allerdings sterben in 1 Milliarde Jahre die Pflanzen aus, da nicht mehr genug Kohlendioxid in der Atmosphäre vorhanden ist.

Die Drift der Kontinente wird durch die Mittelozanischen Rücken und Subduktionszonen erst möglich. In den Subduktionszonen der Erde werden große Mengen an Wasser zusammen mit den Sedimenten in die Tiefe subduziert, laut Schätzungen des Geologen Shigenori Maruyama um die 900 Millionen Tonnen im Jahr. Innerhalb einer Milliarde Jahre würde so die Erde all ihr Oberflächenwasser verlieren, das in den Erdmantel eingeschlossen wird. Das fehlende Wasser, das zurzeit als Schmiermittel für die Plattenbewegung dient, würde wahrscheinlich die Plattentektonik zum erliegen bringen. Plattentektonik ist aber wichtig für die Stabilisierung des Treibhausgase-Gehalts der Atmosphäre. Durch Verwitterung werden diese kontinuierlich der Atmosphäre entzogen, durch Vulkanismus aber wieder zugeführt. Der erliegende Vulkanismus  führt zu einem Mangel an wichtige Treibhausgase wie Kohlendioxid, das teilweise als Puffer für die Strahlungsbilanz der Erde diente. Es kommt zu extremen klimatischen Schwankungen und am Ende zu einer Abkühlung der Erdoberfläche von bis auf 70°C unter dem Gefrierpunkt.

Die gesamte Erde kühlt sich ab, was zu einer Verfestigung des Inneren führt . Der innere Erdkern kristallisiert auf Kosten des äußeren Erdkerns langsam aus, schätzungsweise um ein-drittel Millimeter im Jahr. In sieben Milliarden wäre damit der gesamte Erdkern fest. Das Magnetfeld, angetrieben durch Strömungen im Erdkern, würde kollabieren und eventuelles Leben auf der Erde schutzlos der Weltraumstrahlung ausgesetzt.
Die Verfestigung führt auch zu einer Schrumpfung der Erde. Beim Merkur führte die Abnahme des Radius um 7km zum Zerbrechen der Planetenkruste und zur Bildung von bis zu 100km langen, 1-3km hohen Geländeklippen.

Wie sich das Innere der Erde abkühlt so heizt sich die Oberfläche allerdings kontinuierlich auf während sich die Sonne zum roten Riesen entwickelt. Bei zunehmenden Temperaturen verdampft in 1 Milliarde Jahre die Atmosphäre und in 2 Milliarden Jahren das verbleibende Wasser und es bildet sich zeitweise eine dichte Dampf-/Wolkendecke aus, nicht unähnlich den Wolken die heute Venus verhüllen. Das Wasser und andere leichte Elemente werden sich in den Weltraum verflüchtigen, schließlich wird sich eine verbleibende dünne Wolkendecke in einige 100km Höhe bilden. Der schwere Sauerstoff wird sich länger nahe an der Erdoberfläche halten können. In der dichteren Atmosphäre führen seltene, aber sehr heftige Niederschläge zu gewaltigen Schlammströme die die letzten Gebirgsketten, es bilden sich keine Neuen weil die Plattentektonik zum Stillstand gekommen ist,  abtragen. Der Sauerstoff reagiert mit dem Eisen in den Gesteinen zu Rost und die gesamte Erde wird sich rot wie heute der Mars verfärben. Schließlich wird es so heiß werden das Gips und andere Evaporite der einstigen Meer ebenfalls verdampfen, zusammen mit der Restfeuchte in der Atmosphäre werden sie einen leichten Schwefelsäure-Regen bilden der die Erdoberfläche verätzt. In 2,5 Milliarden Jahre verbleibt kein Kohlendioxid mehr in der Atmosphäre und kein Gestein wird mehr verwittern. Schließlich wird überhaupt kein Regen je wieder die Planetenoberfläche erreichen und sich die verbleibende Atmosphäre immer mehr ins Weltall verflüchtigen.

Die Erde hat  in der Zwischenzeit aufgehört sich um die eigen Achse zu drehen, abgebremst durch die Schwerkraft der näher-kommenden Sonne, und eine Seite wird nun stets der Sonne zugewandt sein. Die Temperatur wird hier auf über 2.200°C steigen, die Kruste der Erde schmilzt bereits ab 1.200°C und ein Magma-Ozean bildet sich. Es ist inzwischen so heiß das der Ozean aus flüssigen Gestein beginnt zu verdampfen.
 
Auf der Sonnenabgewandten Seite werden die Temperaturen dagegen auf -240°C fallen. Bei -196°C regnet es Stickstoff aus der Atmosphäre, danach Sauerstoff, der in der Kälte gefriert. Auf einer Gesteinsunterlage könnten noch einzelne Wassertaschen vorkommen, versteckt unter eine Panzer aus Wasser-, Stickstoff- und Sauerstoffeis. In der Dämmerzone zwischen dem Magma-Ozean und der Eiswüste wird ein seltsamer Schnee aus Feldspat-Kristallen und Magnesium-Silikaten niederprasseln und Eisberge aus Gestein driften von der eisigen Küste hinaus in den glühenden Magma-Ozean.

Abb.1. Querschnitt der sterbenden Erde, während eine Seite bis in große Tiefen geschmolzen ist ist die Schattenseite vollständig vereist. Eisen kristallisiert im Inneren aus und der Erdkern wächst auf Kosten des Mantels. An den Ufern des Magma-Ozeans formen sich Kontinente aus Feldspat und leichten Silikaten, die teilweise auf der Gesteinsschmelze schwimmen.

Wird es dann noch Leben geben? Schon einmal durchlitt die Erde ein ähnliches Szenario – während das Hadäan oder Höllenzeitalter vor 4,56 bis 3,8 Milliarden Jahre. Zwischen 4,56- 4,51 Milliarden Jahre war die Erde von einem weltweiten Magma-Ozean bedeckt, teilweise aufgrund der ständigen Treffer von Asteroiden, teilweise aufgrund des gravitativen Absinkens von schweren Elementen zum Erdzentrum, wobei Wärme frei wurde. Erst vor 4,4 Milliarden Jahre gibt es erste Hinweise für Festgestein, in der Form von Zirkonen aus Sedimentgesteinen. Diese gelten auch als Hinweis von Wasser und Temperaturen unter 100°C auf der Erde – extremophile Organismen können bei Temperaturen von 80 bis 115°C noch existieren, eventuell in tieferen Erdschichten wo sie auch geschützt vom immer noch stattfindenden Asteroidenregen gewesen wären. Die ältesten derzeit bekannten Lebensspuren sind um die 3,85 Milliarden Jahre alt. Auf der zukünftigen Erde könnten allerletzte Mikroorganismen noch in einzelne Wassertaschen unter dem Eisschild der Schattenseite ein kümmerliches Dasein fristen.

Während die Erde verglüht wird es dem Mond nicht besser ergehen. Er entfernt sich zunächst (wie er es heute langsam tut) schneller von der Erde, wird jedoch vom Partikelstrom der von der Sonne ausgeht abgebremst werden. Wahrscheinlich wird er schließlich von der instabilen Gravitationskraft der Sonne zerrissen werden.

Schließlich wird der gesamte Magma-Ozean und Erdmantel der Erde verdampft sein, unmöglich das irgendetwas der -jemand das noch miterlebt, und der verbleibende Eisenkern der Erde wird im Angesichts eines roten Riesen vor sich hin-rösten.

Wenn die Phase des roten Riesen schließlich abgeschlossen ist wird die Sonne ihre äußeren Hüllen abstoßen und zum weißen Zwerg kollabieren. Aufgrund des Massen- und Schwerkraftverlust der sterbenden Sonne wird sich die Erdumlaufbahn vergrößern und möglicherweise die verbrannte Erde nicht von der Sonne verschluckt werden. Diese Erde wird aber nur noch ein Schatten ihrer selbst sein, ein toter Körper verloren für immer in der Kälte des Weltraums.

Kunst & Geologie: Die Kunst im Bergbau

Darstellungen von Bergbau sind selten im frühen Mittelalter und die wenigen Überlieferungen oft mit ungenauen Details versehen. Vielleicht aus religiösen Gründen, Bergbau wird in der Bibel relativ selten erwähnt und fällt daher für viele Künstler (und Auftraggeber) zunächst als interessantes Thema weg. 

Abb.1. Suche nach Mineralien, Miniatur in einer mittelalterlichen Ausgabe "Die Natugeschichte des Cajus Plinius Secundus".

Erst mit der Blüte des Bergbauwesen ab dem 15. Jahrhundert ändert sich dies. Religiöse Darstellungen an Altären mit Heilige, zuständig für den Bergbau wie die Heilige Barbara, kommen im 16. Jahrhundert auf. Die ältesten Skulpturen von Bergleute finden sich dann auch in der Kapelle am Welfesholz bei Mansfeld. Handsteine waren Erzstufen die mit christlichen Symbolen verziert wurden.

Als Höhepunkte der Bergbau-Kunst werden unter anderem Werke wie „De Re Metallica“ des Georgius Agricola und das „Schwazer Bergbuch“ (beide um 1556) angesehene. Beide Werke folgen der Tradition der Volksbücher, Bücher die mit zahlreichen Abbildungen versehen waren, stellen sie aber auch technische Werke dar, die die richtigen Arbeitsabläufe in einem erfolgreichen Bergwerk darstellen. Georgius Agricola veröffentlichte sein Werk in Eigenregie, das Schwazer Bergbaubuch wurde dagegen in Auftrag gegeben in Anlehnung an ähnliche Werke die Festungsbau und Architektur behandelten.

Abb.2. Silber-Bergwerk am Schneeberg, Schwazer Bergbaubuch um 1556.

Die ersten Grubenkarten waren einfache Zeichnungen auf denen der Verlauf der Stollen eingetragen wurden. Später kommen Karten auf die die Verhältnisse in der Grube oder auf der Oberfläche festhalten nebst separater Beschreibung.

 

Abb.3. Grubenplan aus der Vogelperspektive des Prettauer Kupfererzgruben aus dem Jahre 1584, mit Stolleneingängen, Zugangswegen und Bergbaugebäuden - eine typische Darstellung für die damalige Zeit durch den Kartographen Johannes Isidor Prixner. Man beachte auch den Grubenkompass am linken Kartenrand. Die Abbildungen der Mundlöcher des Stollens geben auch Hinweiße auf die Auszimmerungsart und Charakter des anliegenden Terrains.

Manche Bergbaukarten und Grubenkarten wurden oft mit künstlerisch wertvollen Miniaturen verschönert, z.B. beim Bergbaumaßstab oder freier Platz wurde mit allegorische Darstellungen des Bergbaus ausgefüllt. Beliebt waren Gebäude des Bergbaus, Personen oder Arbeitsschritte und -werkzeuge. Der Kompass für die Orientierung der Karte war beliebtes Ziel der Verschönerung, meist wurden verkreuzte Gegenstände (z.B. Keilhaue und Schaufel) dargestellt. Dargestellt wurden neben Werkzeuge des eigentlichen Bergbaus auch Zeichengeräte die für die Herstellung der Karten und Grubenpläne verwendet wurden.
Sonne und Mond waren Symbole für Gold und Silber wie oft die astrologischen Symbole für die in der Grube gewonnen Metalle verwendet wurden. Sehr selten sind Darstellungen von mythologischen oder Märchenwesen. Tiere wie Hunde, Hasen und Vögel treten ebenfalls selten auf.

Abb.4. Putto mit Kompass, aus einem Minenplan von A.Rupprecht, um 1770

Im Laufe der Zeit wurde immer größerer Wert auf die Übersichtlichkeit und Vollständigkeit der dargestellten Informationen gesetzt und die verschönernden Elementen verschwanden von den Karten. Teilweise ein Verlust, erzählen uns die Bilder doch von Bergbaufolklore, vom Leben der Knappen und der damaligen Bergbautechnik, eine reiche Quelle für den Geschichtswissenschaftler.

Kunst & Geologie: Ewige Schönheit und blutiger Fluch - der Diamant

Der Begriff Diamant leitet sich vom griechischen adamas ab, der Unbezwingbare, eine Anspielung auf seine Härte und schwierige Bearbeitung, aber auch auf seine angebliche Macht gegen Gifte und Angriffe zu schützen. 

Abb.1. Perfekter Kristall auf Matrix.

Erst um 1694 konnten der Arzt und Physiker Cipriano Targioni (1672-1748) und der Naturforscher Giuseppe Averani (1662-1738) zeigen das Diamanten brennbar sind und in 1772 wandelte Antoine Laurent de Lavoisier einen Diamanten in Rauch (CO2) um – Diamanten waren also gar nicht so unbezwingbar wie angenommen. In 1797 erbrachte der Mineraloge Tennant den endgültigen Nachweis das der Diamant nur reiner, kristalliner Kohlenstoff ist. Kurioserweise wurde erst im 20. Jahrhundert der Brillantschliff entwickelt, der das Feuer eines Diamanten erst so richtig zur Geltung bringt, vorher war der Schnitt von Diamanten relativ unspektakulär, mit wenigen Flächen die das Licht brechen konnten. Dies erklärt vielleicht auch die Tatsache das reiner Quarz (schöne, klare Kristalle sind relativ selten aber immer noch kostengünstiger als ein Diamant) als Diamant-Ersatz bei römischen Artefakten beliebt war.

Abb.2. Der Edelstein-Händler Jean-Baptiste Tavernier (1605-1689) illustriert in seinem Reisebericht die Schliffmuster für Edelsteine (aus "Les Six Voyages de Jean-Baptiste Tavernier", 1676), er war auch einer der zahlreichen Besitzer des Hope-Diamanten (den er passenderweise "le Tavernier" nannte).

Lange zeit war der Ursprung der Diamanten ein Rätsel. Laut Hinduismus entstehen Diamanten wenn Blitze in Felsen einschlagen. Heute weiß man das Kohlenstoff  in einer Tiefe von 100km so zusammengebacken wird, das die Kohlenstoff-Atome zu all ihren Nachbarn eine Verbindung aufbauen, was die hohe Härte des Kristalls erklärt. Kurioserweise ist der Diamant zwar der härteste natürliche Kristall der in der Natur vorkommt, aber auch sehr spröde.

Im Altertum stammen Diamanten aus den einzig bekannten Lagerstätten in Indien (bis um 1650 die einzig bekannte Lagerstätte für den Edelstein), hier waren Diamant-führende Kimberlit-Gesteine (aus Olivin und Biotit zusammengesetzte Mantelgesteine die aus der entsprechenden Tiefe für Diamant-Bildung stammen) der Dekkan-Basalte erodiert und die Edelsteine in Sedimentgesteine angereichert worden. Erst viel später wurden Vorkommen auch in Südafrika (1867), Russland (Sibirien, um 1950), Australien (1970), Kanada, Venezuela, Brasilien (1725) und Borneo entdeckt. 
Die heutige weltweite Jahresproduktion beträgt um die 20 Tonnen, die meisten Diamanten haben dabei nur industrielle Verwendung.

Der 787-Karat schwere Großer Mogul wurde zwischen 1500-1650 in der Lagerstätte von Kollur gefunden und verschwand auf mysteriöser Weise, vielleicht umgeschliffen zum Koh-I-Noor. Koh-I-Noor (108ct nach zahlreichen Schleifarbeiten), großer Diamant von Kollur laut einigen Schriftgelehrten, nach anderen aber auch einfach Berg des Lichts, gehörte dem König von Babur und ersten Mogul von Indien. Er gelangte 1849 in die Hände der Ostindien-Kompanie und schließlich in die Kronjuwelen der englischen Krone. 


Seit 1918 verschwunden ist der Florentiner, ein 137-Karat schwerer Indischer Diamant der den Herzögen der Toskana und später den Habsburgern gehörte. Der  Hope-Diamant (45ct), wahrscheinlich ebenfalls aus Indien, ist durch eine charakteristische blaue Färbung gekennzeichnet. Angeblich verflucht gehörte er heute zur Sammlung des Smithsonian Institute in Washington. Der Cullinan wurde 1905 in einer Mine bei Pretoria in Südafrika gefunden, mit einem Rekordgewicht von 3106-Karat. Aber auch dieser Fund war nur ein Teil eines viel größeren, mit typischer Doppelpyramiden-Form, Diamant-Kristalls - damit ist der Culinan der größte je entdeckte Diamant. 

Nicht nur in der Liebe, so spielen Diamanten leider auch im organisierten Verbrechen und in Terror-Netzwerken eine wichtige, wenn auch eine blutige Rolle. Sie bieten eine hohe Gewinnspanne bei geringes Gewicht - ein "ideales Zahlungsmittel" - leicht zu transportieren, können schnell zu Geld gemacht werden und es ist immer noch schwierig nachzuweisen woher die Kristalle ursprünglich stammen, ob aus regulären Minen oder als Blut-Diamanten aus Konfliktzonen.
 

Die Magie der Steine

Seit Urzeiten hofft der Mensch auf die Hilfe von Symbole und Amulette, auf diese “Anker”  werden eigene Wünsche und Hoffnungen projiziert. Verschiedene Schmucksteine sollen individuell auf das Befinden des Trägers wirken und nicht nur physische, sondern auch psychische Eigenschaften fördern, wie schöpferische Kraft, Weisheit usw. Heilsteine umfassen Edel- wie auch Halbedelsteine, vom edlen Diamant zum feurigen Rubin, vom einfachen Quarz in all seinen Varietäten zum „Blutstein“ Hämatit.

Bereits medizinische Papyrus aus dem alten Ägypten enthalten Beschreibungen von Medizinrezepturen die auch Mineralien beinhalten. Das schwarze Pigment "kohl" diente neben der Ästhetik auch als mögliche Medizin und Schutz der Augen vor dem gleißenden Sonnenlicht. In der indischen Medizin soll Mineralpulver angeblich die innere Harmonie der Farben (wobei das entsprechend farbige Pulver eingenommen werden muss) zurückbringen. Bei den Römern sollte Hämatit-Pulver bei Augenleiden helfen. Der griechische Naturgelehrte Aristoteles (384-322 v.Chr.) lehrte das Strahlung der Gestirne die Mineralien in der Erde wachsen lasse, so wie die Sterne Einfluss auf den Menschen hatten, übertrug sich diese Eigenschaft auch auf die Edelsteine.

Im Mittelalter bis zur Renaissance waren die Kräfte der Mineralien ein wichtiges Bestimmungsmerkmal um sie vom gewöhnlichen Gestein zu unterscheiden. Neben sichtbaren Merkmalen wie Farbe und Glanz wurden in zeitgenössischen Traktaten auch die „operationes“, also ihr medizinischer Einsatz, stets angeführt. 

Abb.2. Ein Lapidarium, der "Hortus sanitatis – Tractatus de lapidibus" um 1485, die Edelsteine sind nach ihren angeblichen Heilkräften im Buch aufgelistet, beschrieben und dargestellt.

Hildegard von Bingen (1089-1179) machte die Heilsteine durch ihre Schriften, wie „Physica“ und „Causae et curae“ populär und wirkt auch heute noch nach. Über 20 Schmucksteine werden bei ihr beschrieben. Der Bergkristall soll unter Anderem gegen Krankheiten der Augen helfen, aufgeladenen mit Sonnenlicht soll er auf die betroffenen Stellen gelegt werden. Moderne Edelsteinmedizin nutzt 12 Steine, wobei es keine einheitliche Liste der Steine und ihre angebliche Wirkungen gibt. 12 ist übrigens eine heilige Zahl, da angeblich der Hohepriester der Israeliten ein goldenes Schild, verziert mit vier Reihen von drei Edelsteinen, als Schmuck trug, davon stammt auch die moderne Idee der 12 Monatssteine ab.

Eine oft angeführte pseudowissenschaftliche Erklärung für die angebliche Wirkung von Schmucksteine sind geladene Ionen. Tatsächlich sind Kristalle ladungsneutral, da sich die Atome im Kristallgitter am energetisch günstigsten anordnen und negative wie positive Ionen oder Ionengruppen gegenseitig aufheben. Daneben ist es völlig unklar wie geladene Ionen überhaupt auf Organe und Psyche wirken sollten. Die deutschen Physiker B. Helm und P. Ludwig schlagen vor das Kristallgitter Schwingungen abgeben und diese "Energie" auch Wasser aufladen könnte. Ein ähnliches Prinzip wie in der Homöopathie, die nachgewiesenermaßen nicht funktioniert.
 
Neben angeblichen magischen Kräften - wie „Energie konzentrieren“, physikalisch ziemlicher Unsinn - haben diese Amulette aber tatsächlich einen positiven psychologischen Effekt, indem sie als Erinnerung an gewisse gesteckte Ziele dienen können...sie zu erreichen ist aber uns selbst überlassen.

Literatur:

DUFFIN, C.J. (2013): Lithotherapeutical research sources from antiquity to the mid-eighteenth century. In: Duffin, C. J., Moody, R. T. J. & Gardner-Thorpe, C. (eds): A History of Geology and Medicine. Geological Society, London, Special Publications, 375: 7–43