Labore | Prof. Dr. M. Meschede | Prof. Dr. H. Hüneke

Labor zur Herstellung von Gesteinsdünnschliffen und Anschliffen

Wir betreiben im Institut für Geographie und Geologie ein modernes Präparationslabor, in dem Dünn- und Anschliffe von Festgesteinen und Lockermaterialien hergestellt werden. In der Petrographie verwendet man seit langem Gesteinsdünnschliffe, die dünn genug sind um lichtdurchlässig zu sein und dadurch mit einem Polarisationsmikroskop untersucht werden können. Und der Erfolg einer solchen Dünnschliffanalyse hängt von einer qualitativ hochwertigen Probenpräparation ab.

Das Labor ist vielseitig ausgerüstet. Gesteinssägen verschiedener Größe, Trennschleifmaschinen, Präzisionsflachschleifmaschinen und Poliermaschinen werden eingesetzt. Moderne Messtechnik gewährleistet die erforderliche Präzision bei der Dünnschliffpräparation.

Die Herstellung der Dünnschliffe wird von einer erfahrenen Präparatorin, Frau Sylvia Weinert, durchgeführt. Erfahrung ist für die Qualität der Dünnschliffe deshalb wichtig, weil insbesondere die letzten Präparationsschritte viel Fingerspitzengefühl und Aufmerksamkeit erfordern. Der abschließende Feinschliff und die richtige Dünnschliffdicke lässt sich nur in geduldiger Handarbeit erreichen.

Das Herzstück im Labor ist eine WOCO Top 250 der Firma UNIPREC aus Clausthal-Zellerfeld. Mit diesem Gerät sind wir seit einigen Jahren auch in der Lage großformatige Dünnschliffe aus Lockermaterialien herzustellen. Die Proben müssen zunächst ungestört, mit Hilfe von Probencontainern (z.B. Kubiena-Boxen), im Aufschluss entnommen werden. Anschließend werden die Sedimente mit Epoxidharz im Vakuumschrank imprägniert. Nach dem Aushärten, was einige Wochen dauern kann, können die Probenblöcke gesägt und geschliffen werden. Dabei muss Leichtöl als Kühlflüssigkeit eingesetzt werden, damit bei Tonmineralen keine Quellung einsetzt, die das primäre Gefüge zerstören würde. Ein entsprechendes Präparationsgerät muss deshalb über eine vollständig abgekapselte Arbeitszelle verfügen, eine Absaugung für das Kühlmittel besitzen (inklusive Ölnebelabscheider) und das abgeschiedene Kühlmittel muss in das Umlaufsystem zurückgeleitet werden können, um die laufenden Kosten gering zu halten.

In den unterschiedlichsten geowissenschaftlichen Fachdisziplinen ist es immer häufiger notwendig, Dünnschliffe aus nicht-verfestigten Sedimenten, Böden oder anderen Lockermaterialen anzufertigen, um diese Materialen einer mikroskopischen Analyse zugänglich zu machen, bei der das ursprüngliche Gefüge nicht zerstört wird. Diese Arbeitsrichtung wird meist als "Mikromorphologie" bezeichnet und ist fachübergreifend ausgerichtet. Sie wird genutzt in der Sedimentologie, der Quartärgeologie, der Archäologie, der Bodenkunde und vielen anderen Disziplinen.

Mikroskopie-Labor

Die Untersuchung von Dünnschliffen mit einem Polarisationsmikroskop ist eine grundlegende Analysemethode in der Petrologie, mit deren Hilfe vor allem die mineralogische Zusammensetzung der Gesteine sowie der Komponenten- und Fossilbestand bestimmt werden können. Mit Großschliffen und ausgefeilter Gerätetechnik lassen sich darüber hinaus eine Fülle von Extrainformationen erhalten; Sedimentstrukturen und Gefügetypen oder auch der Chemismus einzelner Bestanteile können dokumentiert werden. Die Polarisationsmikroskopie ist eine klassische Untersuchungsmethode, die aus der geowissenschaftlichen Praxis nicht mehr wegzudenken ist. Sie ist meist der solide Ausgangpunkt für weitergehende Untersuchungen.

Magmatische Gesteine können durch die Bestimmung des Mineralbestandes schnell klassifiziert werden. Aus dem breiten Spektrum an magmatischen Strukturen und Texturen (Kristallinität, Kristallgrößen, Kristallformen und die Ausbildung der Kristallgrenzen) lassen sich die Ausscheidungsabfolge der Mineralphasen und die Entwicklung des Magmas ableiten. Mineralbestand, Eruptionsform und Abkühlungsgeschichte von Plutoniten und Vulkaniten liefern Informationen über Ursachen und Ausbildung des Magmatismus, und geben damit Aufschluss über den plattentektonischen Zusammenhang der magmatischen Prozesse.

Sedimentäre Gesteine werden durch die Bestimmung der Korngröße und der mineralogischen Zusammensetzung der am Aufbau beteiligten Komponenten zunächst benannt. Besonderes Interesse verdienen Sedimentstrukturen, die für eine Interpretation der ursächlichen Transport- und Ablagerungsprozesse, die zur Bildung der Sedimente geführt haben, diagnostisch sind. Auch nachträgliche Bioturbation, Deformationsprozesse und Entwässerung können mikroskopisch dokumentiert werden. Darüber hinaus lassen sich diagenetische Prozessen mikroskopisch nachweisen, angefangen bei der Kompaktion und Lösungsvorgängen, über die Zementation und die Dolomitisierung bis hin zur Bildung von sekundärer Porosität.

Die quantitative Erfassung der detritischen Komponenten ist geeignet, um die Herkunft (Provenienz) des siliziklastischen Materials zu bestimmen und die Exhumierungsgeschichte im Liefergebiet zu entschlüsseln. Sogar die Entwicklung des Sedimentbeckens und die plattentektonischen Zusammenhänge können in systematischen Studien auf der Grundlage petrographischer Dünnschliffanalysen entschlüsselt werden.

Auch die Mikrofazies-Analyse von Karbonaten geht von Untersuchungen an Dünnschliffen aus, die mit einem Durchlichtmikroskop durchgeführt werden können. Aufgrund der Vielfalt an skeletären und nicht-skeletären Komponenten ist in der Regel eine detaillierte Interpretation der fossilen Lebens- und Ablagerungsräume möglich (flachmarine Korallenriffe am Rand der Karbonatplattform, geschützte Lagunen, Gezeitenbereiche, gravitative Resedimente am Fuß der Plattform, tiefmarine pelagische Kalkschlämme), in denen die biogenen Sedimente gebildet wurden.

Glazigene Sedimente sind makroskopisch oft merkmalsarm. Mit mikroskopischen Untersuchungen lassen sich Strukturen und Texturen identifizieren, die für bestimmte Sedimentationsprozesse oder Ablagerungsräume diagnostisch sein können. Auch Bodenbildung oder Tau- und Gefrierprozesse hinterlassen ihre Spuren im Gefüge der Sedimente. Die pelitische Matrix glazigener Sedimente kann in Form plasmischer Gefüge die glazitektonische Überprägung durch den überlagernden Gletscher widerspiegeln.

Im archäologischen Kontext sind insbesondere Fragen zur Bildung von Fundschichten von Bedeutung. Kleinräumige Unterschiede in der Zusammensetzung einer Probe lassen sich dokumentieren. Verkohlte und unverkohlte Holzreste, Asche, Knochenfragmente, gebrannte und ungebrannte Lehmpartikel, Schlacke- und Erzreste, Exkremente und Koprolithen, Eierschalen, Fischgräten, Gesteinspartikel (z. B. von Mahlsteinen) und vieles mehr können in Dünnschliffen identifiziert werden.

In metamorphen Gesteinen können mit Dünnschliffen charakteristische metamorphe Mineralassoziationen und deren Gefügemerkmale bestimmt werden. Das Wachstum metamorpher Minerale hängt vom Ausgangsgestein und vom Grad der Metamorphose ab. Für eine Rekonstruktion der Deformationsgeschichte sind aus den räumlichen Beziehungen der zeitliche Ablauf und der ursächliche Zusammenhang zwischen Deformation und Mineralsprossung ableitbar.

Bei metamorpher Entstehung unterscheidet man die Gesteine anhand charakteristischer Mineralzusammensetzungen, welche sich unter bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen bilden. Beispielsweise ist die Amphibolit-Fazies eine Fazies der mittleren Drücke und durchschnittlichen bis hohen Temperaturen, während die Granulit-Fazies den höchsten Metamorphosegrad im Feld der mittleren Drücke repräsentiert. Die metamorphe Fazies kann zur Rekonstruktion der Metamorphosebedingungen in einem Orogen verwendet werden. So unterscheidet sich die druckbetonte Metamorphose ehemaliger Subduktionszonen grundsätzlich von der Metamorphose in Falten- und Überschiebungsgürteln, die unter hohen Temperatur- und/oder Druckbedingungen ablaufen.

[ H. Hüneke, 23. September 2019 ]