Rainer Thomas - Ein Leben für die Einschlussforschung – ein Freiberger Mineraloge erzählt

Enchbat Dombon, ein mongolischer Doktorand aus der Wendezeit, bemerkte einmal in einem Gespräch vor der Verteidigung seiner Dissertation im Sommer 2007, dass mein Weg grob in Abschnitte von jeweils 10 Jahren gegliedert werden kann: 1969 – Diplom, 1979 – Dissertation A, 1989 – Dissertation B, 1999 – Organisation und Durchführung der 15. Zweijahres-Konferenz zu Problemen der Einschlussforschung (European Current Research On Fluid Inclusions – ECROFI) in Potsdam, und in Ergänzung, wenn man so will, 2009 – zweiter Brasilienaufenthalt (PEG2009BRAZIL) mit anschließend stärkerer Fokussierung auf Probleme der Pegmatitgenese, nun mich offensiver in die internationale Diskussion einbringend. Ein anderes und wichtiges Datum ist die von Uli Recknagel (geb. 23.08.1944) und Hans-Jörg Hunger organisierte feierliche Übergabe der Urkunde des „Goldenen Diploms“3 (50 Jahre Diplom) im Mai 2019 in Freiberg.

Um den in groben Zügen skizzierten persönlichen Weg richtig zu verstehen, setze ich hier den Ausführungen eine knappe Definition sowie eine kleine Geschichte der Einschlussforschung voran. Scherzhafterweise bezeichnet man diesen Zweig der Wissenschaft auch als Bläschenkunde. Ausführlicheres kann man dem ersten deutschsprachigen Lehrbuch „Einschlüsse in Mineralen“ von Leeder, Thomas und Klemm (1987) entnehmen. Dieses kleine Büchlein ist praktisch zur gleichen Zeit in beiden Teilen Deutschlands erschienen.

Die kürzeste Definition lautet in Analogie zu David Hilberts (1862–1943) Definition der Mathematik: Einschlussforschung ist das, was kompetente Leute darunter verstehen.

Die hier im Mittelpunkt meines Lebens stehenden Einschlüsse in Mineralen sind diejenigen Phasen, aus denen das jeweilige Mineral entstanden ist, d. h., es sind Gase, wässrige Lösungen oder ehemalige Schmelzen, die beim Wachstum im Wirt, einem Mineral (Kristall), mit eingeschlossen wurden. Im erweiterten Sinne gehören zu diesen Wachstumsprozessen auch Umbildungs- und Rekristallisationsprozesse.

Tafel 1: Einphasige Lösungseinschlüsse in einem ADP-Kristall

Tafel 1

Einphasige Lösungseinschlüsse in einem ADP-Kristall

Flüssigkeitseinschlüsse in einem Ammoniumdihydrogenphosphat-Kristall (ADP), gezüchtet aus einer gesättigten wässrigen Lösung bei 43° C.

1 Im mikroskopischen Bild sieht man in der ADP-Probe, geschnitten parallel zur (101)-Fläche, zahllose einphasige Flüssigkeitseinschlüsse, die mit der Mutterlösung gefüllt sind.

2 Ein sehr seltener Einschluss, der bei der Bildung eine in der Lösung suspendierte Gas- oder Luftblase mit eingeschlossen hat. Dass es sich tatsächlich um eine Lösung handelt, erkennt man daran, dass sich die Blase beim leichten Kippen der Probe unter dem Mikroskop bewegt – ganz in Analogie zu einer Libelle in einer Wasserwaage.

3 Der gleiche Einschluss mit der durch Kippen der Probe verschobenen Gasblase.

4 Der gleiche Einschluss nach geringfügigem Erwärmen unter dem Mikroskop durch das Licht. Man erkennt deutlich, dass der Einschluss eine mehr rundliche Form eingenommen hat.

5 Im gleichen Einschluss bildet sich unter dem Mikroskop in ganz kurzer Zeit im Randbereich zwischen Einschlusswandung und Blase eine Einbuchtung, die zeigt, dass durch den Dichtekontrast zwischen Lösung und Blase eine Stoffbewegung stattfindet.

Bemerkung: Synthetische ADP-Kristalle werden u. a. für die Herstellung von Polarisationsprismen benutzt. Eine weitere Anwendung finden ADP-Kristalle für die Intensitätsmodulation von Laserstrahlen. ADP gehört zu den Kristallen, bei denen sich durch Anlegen eines elektrischen Feldes die Brechungsindizes richtungsabhängig als Funktion der angelegten Feldstärke ändern. Diesen Effekt nennt man den elektrooptischen Effekt. Beim Pockelseffekt (linearer elektrooptischer Effekt) zeigt die Phasenverschiebung zwischen zwei bestimmten Polarisationskomponenten des hindurchtretenden Lichtes eine lineare Abhängigkeit von der angelegten Spannung.

Tafel 2: Flüssigkeitseinschlüsse in einem Quarzkristall von der Knaumühle, Granulitgebirge/Sachsen

Tafel 2

Flüssigkeitseinschlüsse in einem Quarzkristall von der Knaumühle, Granulitgebirge/Sachsen

Wachstumszone (a) in einem Quarzkristall, dekoriert mit unzähligen Flüssigkeitseinschlüssen. Diese bestehen jeweils aus einer wässrigen Lösung und einer Dampfblase. Im Gegensatz zu den seltenen Zwei-Phaseneinschlüssen der Tafel 1 sind die Dampfblasen der vorliegenden Einschlüsse bei der Abkühlung nach deren Bildung infolge Dichteänderung entstanden. D. h., bei den Bildungsbedingungen wurde die Flüssigkeit einphasig eingeschlossen (höhere Temperatur, höherer Druck) und bei der nachfolgenden Abkühlung entlang einer Isochoren heterogenisierten die Einschlüsse beim Erreichen der Zweiphasenkurve, d. h. es erscheint eine kleine Dampfblase, die beim weiteren Abkühlen größer wird, um bei Raumtemperatur etwa das Maximum zu erreichen.

Das Teilbild b) zeigt die im Teilbild a) markierten beiden Einschlüsse bei höherer Vergrößerung und das Teilbild c) den größeren Einschluss, bestehend aus einer Lösung und einer nahezu kugelförmigen Dampfblase.

Tafel 3: CO2-H2O-Einschluss im Beryll von Orlovka/Transbaikalien/Russland bei Raum-Temperatur

Tafel 3

CO2-H2O-Einschluss im Beryll von Orlovka/Transbaikalien/Russland bei Raum-Temperatur

Der Einschluss in der Beryll-Matrix enthält die folgenden Phasen, die im Einschluss „Dichte-sortiert“ sind:

CO2-Dampfphase – CO2d

CO2-flüssig – CO2f

Wässrige Phase (Lösung) – H2O-Lösung

Gediegen Schwefel – S

Durch geringfügiges Erwärmen der Probe unter dem Mikroskop durch das Mikroskop-Licht wird die dampfförmige CO2-Phase immer kleiner, um bei einer Temperaturerhöhung in der Größenordnung von 0,5° C komplett zu verschwinden.

Tafel 4: Schmelzeinschluss im Topas aus einem Rhyolith vom Thomas Range, Utah/U.S.A.

Tafel 4

Schmelzeinschluss im Topas aus einem Rhyolith vom Thomas Range, Utah/U.S.A.

Die Tafel 4 zeigt einen typischen Schmelzeinschluss im Topas. Bei Raumtemperatur besteht dieser Einschluss aus verschiedenen Kristallen und einer deformierten Dampfblase. Freies Wasser ist nicht nachweisbar. Beim langsamen Erwärmen auf einem Mikroskop-Heiztisch beginnt das erste Schmelzen bei etwa 330° C. Bei 350° C haben sich aus der Schmelz-Matrix neue Kristalle (höherer Brechungsindex) gebildet. Alle Mineral-Phasen schmelzen bis 445° C vollständig, nur eine runde Dampfblase ist in der homogenen Schmelze zu sehen. Diese Dampfblase verringert beim weiteren Aufheizen ihr Volumen, um bei 726° C vollständig zu verschwinden. Man nennt diesen Punkt Homogenisierungstemperatur. Da sich die Dampfblase nahe der Homogenisierungstemperatur rasch bewegt, kann man davon ausgehen, dass die Schmelze eine sehr niedrige Viskosität besitzt. Es handelt sich hier um eine komplexe Salzschmelze. Eine eindeutige Identifizierung der festen Mineralphasen mittels Raman-Spektroskopie war bisher noch nicht möglich, da die Topas-Linien der Matrix sehr intensitätsstark sind. Nachgewiesen wurden bisher Sinjarit CaCl2 + 2H2O und Neighborit NaMgF3. Aber auch Fluoroberyllat-Komplexe der Art Be2F72- konnten mittels Raman-Spektroskopie wahrscheinlich gemacht werde. In Einschlüssen im Quarz des gleichen Gesteins konnten eindeutig Kryolith Na3AlF6 und Kryolithionit Na3Li3Al2F12 identifiziert werden. Allein aus dem Nachweis dieser Mineral-Phasen kann man die Komplexität der primären Schmelze erahnen.