Feuerwerk der Farben

Transkript

1 Feuerwerk der Farben Faszination der Polarisationsmikroskopie Olaf Medenbach Institut für Geowissenschaften Ruhr-Universität Bochum Bochum, Germany

2 Ludwig Meidner: Apokalyptische Stadt, 1913 Hippursäure, mikroskopische Fotografie im polarisierten Licht

3 Medizinisch-biologische Mikroskopie Bildqualität Vergrößerung Auflösungsvermögen Diatome (Surirella), Porenabstand 240 nm Peter Höbel

4 Medizinisch-biologische Mikroskopie Bildqualität Vergrößerung Auflösungsvermögen Radiolarie, Päule Heck

5 Medizinisch-biologische Mikroskopie Bildqualität Vergrößerung Auflösungsvermögen Heike Buchmann

6 Medizinisch-biologische Mikroskopie Bildqualität Vergrößerung Auflösungsvermögen Kontrastierung Färbemethoden Jörg Weiß

7 Medizinisch-biologische Mikroskopie Bildqualität Vergrößerung Auflösungsvermögen Kontrastierung Färbemethoden Interferenzmethoden Phasenkontrast Frank Fox

8 Medizinisch-biologische Mikroskopie Bildqualität Vergrößerung Auflösungsvermögen Kontrastierung Färbemethoden Interferenzmethoden Differentieller Interferenzkontrast (DIC) Wolfgang Bettighofer

9 Medizinisch-biologische Mikroskopie Bildqualität Vergrößerung Auflösungsvermögen Kontrastierung Färbemethoden Interferenzmethoden Interferenzkontrast nach Jamin-Lebedeff Holger Adelmann

10 Medizinisch-biologische Mikroskopie Bildqualität Vergrößerung Auflösungsvermögen Kontrastierung Färbemethoden Interferenzmethoden Polarisationsmikroskopie Gerald Helbig

11 Medizinisch-biologische Mikroskopie Bildqualität Vergrößerung Auflösungsvermögen Kontrastierung Färbemethoden Interferenzmethoden Polarisationsmikroskopie Ernst Hippe

12 Polarisationsmikroskopie (Petrographisches Mikroskop) Vergrößerung: meist << 500 x Auflösungsvermögen: gering Kontrastierung: durch polarisiertes Licht (i.d.r. bei gekreuzten Polarisatoren) aber: orientierte Messung physikalischer Eigenschaften 0,5 mm

13 Polarisationsmikroskop (Petrographisches Mikroskop) Exaktes physikalisches Messinstrument für alle kristallinen Festkörper Ergebnisse konkurrenzlos schnell und billig: Phasenanalyse (Mineralidentifikation) Korngrößenanalyse Korngrößenverteilung Gefüge "chemische Zusammensetzung"

14 Polarisationsmikroskop (Petrographisches Mikroskop) Ergebnisse für die Gesteinskunde (Petrographie): Gesteinsansprache chemische Zusammensetzung des Gesteins Entstehungsgeschichte des Gesteins aus Mineralreaktionen und Gefüge technische Brauchbarkeit eines Gesteins Schadensdiagnose

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17 Konstruktive Interferenz Licht + Licht = mehr Licht Destruktive Interferenz Licht + Licht = Dunkelheit

18 1. Ordnung nm

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22 Interferenzfigur (einachsig), konoskopische Betrachtung

23 Interferenzfigur (einachsig), konoskopische Betrachtung

24 Mineralbestimmung mit dem Polarisationsmikroskop Auflichtmikroskop: Farbe, Form, Reflektionsvermögen, Anisotropieeffekte opak unbekanntes Objekt transparent Durchlichtmikroskop: Brechungsindex n Form, Farbe, Pleochroismus, Spaltbarkeit isotrop anisotrop Gangunterschied = d n kubisch einachsig zweiachsig trigonal hexagonal tetragonal rhombisch monoklin triklin

25 Tröger, W. E.: Optische Bestimmung der gesteinsbildenden Minerale "Schlüsseldiagramm" n n n

26 Tröger, W. E.: Optische Bestimmung der gesteinsbildenden Minerale Tabellen

27 Abschätzung des Brechungsindex Relief, Chagrin, Becke-Linie, Untersuchung in linear polarisierten Licht

28 Dicke Interferenzfarbtafel nach Michel-Levy Γ a = d b Δn c Gangunterschied = Interferenzfarbe

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30 Kristallform (Morphologie) idiomorphe Kristalle - xenomorphe Kristalle

31 Plagioklas Zwillingsbildung Untersuchung bei gekreuzten Polarisatoren

32 (010) Zwillingsbildung Untersuchung bei gekreuzten Polarisatoren Plagioklas: Bildung eines Zwillings nach dem Albit-Gesetz (010) Zwillingsverwachsungsebene: (010) Zwillingsachse: (010) (010) polysynthetische Albit-Zwillinge

33 Titanit Zwillingsbildung Untersuchung bei gekreuzten Polarisatoren 0,2 mm

34 Cordierit Zwillingsbildung Untersuchung bei gekreuzten Polarisatoren 0,5 mm

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36 Spaltbarkeit Untersuchung im linear polarisierten Licht Calcit 0,2 mm

37 Ägirin Spaltbarkeit Untersuchung im linear polarisierten Licht 0,1 mm

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39 Lage der Indikatrix im Kristallgebäude (Dispersion) Untersuchung bei gekreuzten Polarisatoren Titanaugit 1 mm

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41 Biotit Farbe, Pleochroismus Untersuchung im linear polarisierten Licht schwache Absorption Längsschnitt starke Absorption Kopfschnitt starke Absorption Schwingungsrichtung des Polarisators 0,5 mm

42 Farbe, Pleochroismus Untersuchung im linear polarisierten Licht Turmalin ne schwache Absorption Längsschnitt Kopfschnitt no starke Absorption Schwingungsrichtung des Polarisators 0,5 mm

43 Hi Olaf, may I have a break, my brain is full!

44 Kreislauf der Gesteine Sedimentite Metamorphite Magmatite

45 Klassifikation der Magmatite chemische Klassifikation "sauer basisch" nach dem Gehalt an SiO 2 mineralogische Klassifikation nach dem Mineralbestand Farbzahl "M" modaler Mineralbestand (quantitative Bestimmung der Volumenanteile) normativer Mineralbestand (Berechnung des "modalen Mineralbestands aus der chemischen Zusammensetzung) M ist die Summe der Volumina dunkler Minerale (Biotit, Pyroxen, Amphibol etc.) leukokrate Gesteine (hell), meist SiO 2 -reich (~ 70%) melanokrate Gesteine (dunkel), meist SiO 2 - arm (~ 50%)

46 Magmatite Tiefengesteine (Plutonite) langsame Abkühlung, große Kristalle, dicht, vollkristallin Ergussgesteine (Vulkanite) schnelle Abkühlung, oft porös, evtl. glasige Matrix, kleine Kristalle

47 Plutonite M>90 Vulkanite

48 Magmatite Streckeisen-Diagramm (Gesteinsname für magmatische Gesteine) A Alkalifeldspat (Kalifeldspat + Albit) Syenit Trachyt Granit Rhyolith Q Monzonit Latit Quarz Granodiorit Dacit Basalt Gabbro, Diorit Andesit Tiefengesteine, Plutonite Ergußgesteine, Vulkanite P Plagioklas (ohne Albit) Basanit Theralith F Foide, "Feldspatvertreter"

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50 5 mm

51 Streckeisen-Diagramm Q Quarz Ergußgesteine, Vulkanite A Alkalifeldspat (Kalifeldspat + Albit) Trachyt Rhyolith Latit Dacit Basalt Andesit P Plagioklas (ohne Albit) Basanit F Foide, "Feldspatvertreter"

52 5 mm

53 Streckeisen-Diagramm Q Quarz Tiefengesteine, Plutonite Granit Granodiorit A Alkalifeldspat (Kalifeldspat + Albit) Syenit Monzonit Gabbro, Diorit P Plagioklas (ohne Albit) Theralith F Foide, "Feldspatvertreter"

54 10 mm

55 Streckeisen-Diagramm Q Quarz Ergußgesteine, Vulkanite A Alkalifeldspat (Kalifeldspat + Albit) Trachyt Rhyolith Latit Dacit Basalt Andesit P Plagioklas (ohne Albit) Basanit F Foide, "Feldspatvertreter"

56 Metamorphite Andalusit Al [5] Al [6] [O SiO 4 ] Sillimanit Al [4] Al [6] [O SiO4] Disthen Al [6] Al [6] [O SiO 4 ]

57 Metamorphite Albit Jadeit + Quarz

58 1 mm

59 Sedimentite klastische Sedimentite mechanisch zerkleinert, im festen Zustand abgelagert chemische Sedimentite: aus Lösungen ausgefällt, meist in marinen Lagunen organogene Sedimentite: Schalen, Stützskelette, Biomasse (Kohle)

60 Klassifikation der Psammite Quarz (Quarz)-Sandstein Arkose Feldspat Grauwacke Gesteinsbruchstücke

61 10 mm

62 0.5 mm

63 5 mm

64 2 mm

65 2 mm

66 2 mm

67 Geschichte der Mikroskopie Antoni van Leeuwenhoek,

68 Geschichte der Mikroskopie

69 Grundlegende Entdeckungen für die Entwicklung der Polarisationsmikroskopie

70 Grundlegende Entdeckungen für die Entwicklung der Polarisationsmikroskopie Erasmus Bartholinus ( ) entdeckte 1669 die Doppelbrechung am isländischen Kalkspat und begründete damit die Kristalloptik

71 Grundlegende Entdeckungen für die Entwicklung der Polarisationsmikroskopie William Nicol ( ) entwickelte 1828 ein Prisma aus Calcit zur Herstellung linear polarisierten Lichts

72 Polarisation durch Totalreflektion in Kristallen (Nicol, 1828): Nicol-Prisma n o >>n e n Kittschicht n e

73 Grundlegende Entdeckungen für die Entwicklung der Polarisationsmikroskopie Giovanni Battista Amici ( ) konstruierte um 1830 erste Mikroskope mit Polarisatoren

74 Grundlegende Entdeckungen für die Entwicklung der Polarisationsmikroskopie Henry Clifton Sorby ( ) begann ca mit der systematischen Untersuchung an Gesteinen mit polarisationsoptischen Methoden

75 Mikroskope der viktorianischen Zeit Fleaglass

76 Harry Rosenbusch ( ) Erstes kommerziell erhältliches reines Polarisationsmikroskop Begründer der mikroskopischen Physiographie entwickelte zusammen mit Rudolf Fuess das erste petrographische Mikroskop Rudolf Fuess Bildarchiv Deutsches Museum München

77 Das Rosenbusch-Mikroskop Rosenbuschs Forderungen (1876): Die mechanische Drehachse des Tischs und die optische Achse müssen aufeinander justierbar sein ( Zentrieren ). Winkelmessungen in der Tischebene müssen mit ausreichender Genauigkeit durchführbar werden können. Die Schwingungsrichtungen der Polarisatoren müssen bekannt und genau reproduzierbar sein. Die Auslöschungsstellungen anisotroper Kristalle müssen mit großer Präzision eingestellt werden können.

78 Das Rosenbusch- Mikroskop Klassischer Feintrieb mit Dreikantsäule rechts. Feintrieb nach Roberval mit Parallelogramm-Führung links. (Mikroskop von Albin Weisbach ( ), Bergakademie Freiberg) Fa. Fuess Berlin Steglitz, 1876

79 Danke Allen für die Aufmerksamkeit und Geduld 90 Jahre Entwicklung: Stativ Nr. I, Leitz, 1909 DMRP, Leitz, 1999

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