Einführung in die Labormethoden (Mineralogie u. Petrologie)

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1 Einführung in die Labormethoden (Mineralogie u. Petrologie) Kurt Krenn 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 1 Struktur der LV: 2 bis 3 Einheiten zur theoretischen Vorbildung Teil I: Schliffherstellung Lichtmikroskopie Flüssigkeitseinschlussmikrothermometrie Teil II: Chemielabor Röntgenmethoden Spektroskopie Rasterelektronenmikroskopie 2 Einheiten: Rundgang durch die Labors in Gruppen Es werden die jeweiligen theoretischen Grundlagen in die Praxis übergeführt Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 2 1

2 Teil I: Schliffherstellung Lichtmikroskopie Flüssigkeitseinschlüsse Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 3 Herstellung von Dünnschliffen Schneiden Formatieren Schleifen Aufkleben Schneiden Schleifen Abdecken Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 4 2

3 Schneiden Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 5 Schleifen Klötzchen Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 6 3

4 Aufkleben Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 7 Weiteres schneiden und schleifen Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 8 4

5 Endschleifen Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 9 Dickenkontrolle Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 10 5

6 Politur Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 11 Politur und Einbettung Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 12 6

7 Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 13 Stereo- und Polarisationsmikroskop Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 14 7

8 Newton-Prisma Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 15 Stereomikroskopie: Handstücke Die Farbe eines Minerals entsteht durch jenen Anteil des eingestrahlten (weißen) Lichts, der nicht absorbiert wird. Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 16 8

9 Polarisationsmikroskopie: Dünnschliffe Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 17 Auflicht- und Durchlichtmikroskopie Undurchsichtige Materialien (Minerale), etwa viele Erzphasen kann man nur anhand des reflektierten Lichts untersuchen, daher Auflichtmikroskopie : die Probe wird von oben bestrahlt. Materialien, die bei einer Dicke von 30µm transparent sind, kann man im Durchlicht untersuchen, was wesentlich mehr Aussagen zulässt. Man beobachtet also die Wechselwirkung des gebrochenen Lichtanteils mit dem Untersuchungsmaterial. Der Dünnschliff wird von unten durchstrahlt. Die folgenden Ausführungen gelten für die Durchlichtmikroskopie. Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 18 9

10 Kornform, Korngrenzen, Spaltbarkeit Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 19 Qualität der Spaltbarkeit Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 20 10

11 Licht Licht ist eine elektromagnetische Welle, deren elektrischer und magnetischer Feldvektor senkrecht aufeinander schwingen. Für die Mineraloptik ist nur die Schwingung des elektrischen Vektors von Bedeutung. In den folgenden Abbildungen wird daher der magnetische Vektor durch den Analysator eliminiert. Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 21 Polarisation Gewöhnliches Licht (Sonne, Lampe) schwingt in allen möglichen Richtungen senkrecht auf die Fortpflanzungsrichtung. Es schwingt daher transversal und lässt sich mit einer Sinusschwingung symbolisieren. Die Wellenlänge λ entspricht der Entfernung zweier benachbarter Punkte, die sich in gleicher Phase befinden. Polarisiertes Licht schwingt nur in einer Ebene senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung. Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 22 11

12 Polarisationsmikroskop Optisch isotrop: Einfachbrechend Alle xx mit kubischer Symmetrie Optisch anisotrop: Doppelbrechend Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 23 Im zu untersuchenden Mineral wird das polarisierte Licht vektoriell in zwei Strahlen polarisierten Lichts zerlegt, die senkrecht aufeinander schwingen. Der Phasenunterschied ist ein Maß für die Doppelbrechung und bei jedem Mineral verschieden. Doppelbrechung Im allgemeinen sind die Brechungsindizes für die beiden Strahlen verschieden - diese werden daher auch verschieden stark gebrochen. Durch den Analysator entsteht mittels Vektoraddition wieder eine einzelne linear polarisierte Welle. Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 24 12

13 Auslöschung Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 25 Gangunterschied und Interferenz Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 26 13

14 Interferenzfarben Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 27 Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 28 14

15 Polarisationsmikroskopie: Dünnschliffe Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 29 Beobachtung im Dünnschliff Minerale Parallele Polarisatoren Opak transparent, Größe, Form, Farbe bzw. Farbwechsel, Relief, Spaltbarkeiten, Umwandlungen, Gekreuzte Polarisatoren Einfach Doppelbrechung, Auslöschungsschiefe, Interferenzfarbe Textur Regellos orientiert Gleichkörnig - ungleichkörnig Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 30 15

16 Durchlichtmikroskopie Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 31 Auflichtmikroskopie Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 32 16

17 Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 33 Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 34 17

18 Flüssigkeitseinschlüsse (fluid inclusions, FI) Flüssigkeiten, die bei der Bildung eines Minerals im Gestein vorhanden sind, können von Mineralen eingeschlossen werden. Sedimente: Porenwasser (Formationswasser), Kohlenwasserstoffe Magmatite: Schmelztröpfchen in Phänokristallen, Fluid der Restkristallisation, in Pegmatiten, hydrothermalen Gängen (Lagerstätten); Metamorphite: durch Reaktionen freigesetztes Fluid; spät in alpinen Klüften (hydrothermal) Auch in synthetischen Phasen, Gläsern, Legierungen, extraterrestrischem Material Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 35 Flüssigkeitseinschlüsse sind besonders wichtig, weil die fluide Phase schon während der Metamorphose bzw. Magmenerstarrung entlang der Korngrenzen aus dem Gestein entweicht und deshalb nicht erhalten bleibt. Flüssigkeiteinschlüsse sind daher der einzige direkte Hinweis auf das Vorhandensein und den Chemismus eines Fluids während der Gesteinsbildung. Chemismus: überkritisches H 2 O mit gelösten Salzen und evtl. auch anderen flüchtigen Komponenten, wie CO 2 oder CH 4 etc. Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 36 18

19 Metamorphose bewirkt: Wasserhältiges Sediment => wasserarmes bis wasserloses Mineralaggregat + H 2O Die Reaktion beschreibt einen Dehydratationsprozess, der während prograder Metamorphose abläuft. Der wichtige Vorgang ist der Verlust von H 2O. Mit zunehmendem Druck (bei uns lithostatischer Druck) steigt der Siedepunkt von Wasser an, bis zum Grenzwert 220 bar und 375 C Oberhalb dieses Grenzwertes wird Wasser als fluide Phase oder Fluid (überkritische Phase) bezeichnet. Das Molarvolumen von Wasser kann als Funktion von Druck und Temperatur betrachtet werden: Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 37 Mikrothermometrie FI werden mit einem Lichtmikroskop untersucht, an dem eine Vorrichtung zum Kühlen und Aufheizen angebracht ist. Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 38 19

20 Deskriptive Klassifizierung Flüssigkeitseinschlüsse können eine gasförmige, eine flüssige und eine bis mehrere Festphasen enthalten, je nach der Komplexität der chemischen Zusammensetzung. Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 39 Cooling and heating run am Heiz-Kühl Tisch an einem Einschluß end start Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 40 20

21 Verheilung von Mikrorissen: Fluid-Trails Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 41 Größe von Flüssigkeitseinschlüssen > mm: Museum >3-100µm: Mikrothermometrie 1.5µm: kleinste Arbeitsgröße bei reinen H 2 O und CO 2 Einschlüssen 5µm: kleinste Arbeitsgröße bei kombinierten CO 2 -H 2 O Einschlüssen Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 42 21

22 Mikrothermometrie: Homogenisationstemperatur Durch Veränderung der Temperatur kann man den Einschluss ganz ausfrieren bzw. die Festphasen beim Aufheizen stufenweise im Fluid lösen. Auch Gas und Flüssigkeit werden bei einer bestimmten Temperatur homogenisieren. Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 43 Informationsgehalte von FI 1. Fluidzusammensetzung 2. Fluiddichte 3. P-T Bedingungen 4. Zeitliche Entwicklung Dienstag, 14. Dezember 2010 Einführung in die Labormethoden 44 22