GESCHICHTE IN STEIN

Neben Fundstücken aus Keramik, Glas, Metall oder Holz finden Archäologen bei Ausgrabungen oft Objekte aus Stein. Äußerlich manchmal unscheinbar, bergen auch Steinartefakte viele Informationen: Stammt der Stein aus einer lokalen Lagerstätte oder wurde er von fern herantransportiert? Wie haben die Menschen diesen Stein bearbeitet? Wofür nutzten sie ihn? Mit traditionellen Methoden und modernen Analyseverfahren entlocken Mineralogen und Geologinnen den Steinen ihre Geheimnisse. Sie betrachten sie, riechen an ihnen, mikroskopieren sie und manchmal kauen sie sogar auf kleinen Stückchen herum. Chemische Analysen, Mikroskopie und Röntgenbeugung verraten ihnen, wie Gesteine zusammengesetzt sind. Mit Methoden der Gesteinsanalyse untersuchen Forscher auch Erze und Metallobjekte [> 09.0].

Eine Archäologin findet einen Stein und gibt ihn einem Mineralogen zur Bestimmung.

Um festzustellen, aus welchen Mineralen der Stein zusammengesetzt ist, betrachtet dieser ihn genau.

Mit Mikroskopiertechniken erforscht er die chemische Zusammensetzung und die Entstehung des Steins.

Für chemische Untersuchungen zerkleinert er das Probenmaterial und löst es auf.

Will er das Material mit der Röntgenbeugung untersuchen, gibt er es auf Probenträger ...

... und lässt es mit dem Röntgendiffraktometer messen.

Durch die Analysen ermittelt er die Gesteinsart und die Herkunft des Steines.

Die Minerale und Gesteine dieser Sammlung stammen aus der ganzen Welt.

MIKROSKOPIEREN

Der vergrößernde Blick durch das Mikroskop hilft dem Mineralogen, ein Gestein zu bestimmen. Wie bei der makroskopischen Analyse stellt er zuerst die Form der Kristalle, ihre Farbe und ihr Gefüge fest. Mit einem Spezialmikroskop, einem so genannten Polarisationsmikroskop, analysiert er die optischen Eigenschaften der einzelnen Kristalle. Dadurch kann er ihre Art, ihre Symmetrie und ihre Bestandteile identifizieren. Er kann auch abschätzen, bei welcher Temperatur und unter welchem Druck die Kristalle entstanden sind.

Um noch mehr über die Kristalle herauszufinden verändert der Mineraloge das Licht, mit dem er den Dünnschliff von unten durchleuchtet. Er filtert es mit einem Polarisator. Der Polarisationsfilter lässt nur Lichtwellen mit einer bestimmten Schwingungsebene passieren. Alle anderen Lichtwellen werden aufgehalten. Das so polarisierte Licht durchdringt den Dünnschliff und wird von den verschiedenen Kristallen des Gesteins auf die ihnen typische Weise verändert.

Um ein Gestein unter dem Polarisationsmikroskop zu betrachten, fertigt der Mineraloge Dünnschliffe an. Sie sind nur drei hundertstel Millimeter dick.

Auf ihrem Weg zum Auge des Betrachters gelangen die Lichtstrahlen durch einen weiteren Polarisationsfilter, den Analysator. Auch dieser Filter lässt nur Lichtwellen einer bestimmten Schwingungsebene passieren. Diese Schwingungsebene ist aber senkrecht zu der ersten orientiert. Dadurch wird das Licht verändert. Es ergibt sich ein typisches Spektrum an Farben, das sich beim Drehen des Mikroskoptisches auch noch in seiner Intensität ändert.

RÖNTGENBEUGUNG

Die meisten festen Stoffe haben ein Kristallgitter. Das heißt, ihre Atome sind in einem regelmäßigen, dreidimensionalen Muster im Raum angeordnet. Jeder Stoff hat sein eigenes, charakteristisches Gitter. Treffen Röntgenstrahlen auf ein Gitter, werden sie zurückgeworfen, je nach Abstand der einzelnen Gitterebenen zueinander. Der Mineraloge nennt diesen Vorgang „beugen”. So lässt sich der Stoff identifizieren. Die Röntgenbeugung zählt zu den physikalischen Untersuchungsmethoden. Während eine chemische Analyse die Bestandteile eines Stoffes preisgibt, ermittelt die Röntgenbeugung ihre Anordnung zueinander. Dafür ist mindestens ein tausendstel Gramm Probenmaterial nötig. Bei Stoffen ohne Kristallgitter wie Ruß oder Glas kann diese Methode nicht eingesetzt werden. Als Messergebnis erhält der Mineraloge ein Diagramm mit Spitzen und Tälern. Er vergleicht das Muster mit Diagrammen einer internationalen Datenbank. Darin sind inzwischen mehr als 60 000 Muster von Stoffen abgelegt. Sie korrekt auszuwerten, erfordert viel Erfahrung.

Stein mit gelblichem Belag (Soest, Datierung unbekannt). Der Mineraloge will herausfinden, woraus der Belag besteht.

Er nimmt Material für eine Probe ab und zermahlt es zu feinem Staub. Das Gesteinsmehl wird auf einen Probenträger aufgebracht.

In der Röhre entstehende Röntgenstrahlen treffen auf das Material im Probenträger. Die typische Struktur des Minerals beugt die Röntgenstrahlen und wirft sie zurück. Im Verlauf der Messung wandert die Strahlenquelle halbkreisförmig um die Probe, so dass der Einfallswinkel der Strahlung sich stetig verändert. Ein Detektor fängt die zurückgeworfenen Strahlen ein. Die Daten leitet er an einen Computer weiter, der die Werte in eine Grafik umsetzt.

FALL FEUERSTEINE

Jäger und Sammler sowie die ersten Bauern fertigten ihre Messer, Kratzer, Bohrer und andere Werkzeuge und Waffen häufig aus Feuerstein. Das Material dafür bezogen sie aus verschiedenen Quellen. Lagerstätten in der Nähe beuteten sie selbst aus. Steine aus weiter entfernten Lagerstätten erhielten sie möglicherweise durch Tausch. Die Herkunft der Feuersteinsorten an einer Fundstelle gibt Hinweise darauf, wie weit die Gruppe umherzog oder wie weit ihre Kontakte reichten.

Vorkommen von Feuerstein führenden Kalkgesteinen

Nordischer Feuerstein ist dunkelgrau bis schwarz. Häufig hat er helle Einschlüsse von kleinsten Tieren. Gletscher der Eiszeit haben ihn aus dem Ostseegebiet bis nach Westfalen transportiert, wo er nach dem Rückzug des Eises liegen blieb. Nordischer Feuerstein ist dicht und homogen. Darum lassen sich daraus sehr scharfe Klingen fertigen.

Der anstehende Valkenburger Feuerstein ist beige und grobkörnig, häufig hat er Schlieren.
Seine Rinde ist grau. Grobkörniger Feuerstein ist zäh. Dadurch eignet er sich für Beile und andere Geräte.

Der anstehende Feuerstein vom Lousberg (nördlich von Aachen) ist ein wenig körnig. Er ist dunkel und hat kleine, graue Einschlüsse. Vor 6000 Jahren bauten Menschen diesen Feuerstein im Tagebau ab.

Den bei Rullen-Bas anstehenden Feuerstein gibt es in vielen Varianten. Häufig sind sie gelblich mit einer unruhigen Oberfläche. Dieses Stück ist beige bis olivfarben und hat blaue Schlieren.