Gesteinsaufbereitung und Mineraltrennung

Jede isotopenchronometrische Datierung umfaßt mehrere Schritte. Sie reichen von der gezielten Probenahme im Gelände, der petrographischen Bearbeitung der Gesteinsproben, der Aufbereitung im Labor und führen über chemisch-physikalische Analysen zur mathematischen Berechnung und geologischen Deutung eines isotopischen Alters. Je nach Aufgabenstellung und Beschaffenheit des zu analysierenden Materials werden isotopische Altersbestimmungen entweder an Gesamtgesteinsproben (z.B. Rb-Sr (Granit), K-Ar (feinkörniger Basalt) meist aber an Mineralseparaten z.B. U-Pb (Zirkon), U-Th-He (Hämatit), ⁴⁰Ar/³⁹Ar (Hornblende) durchgeführt.

Da Gesteine mehr oder weniger komplex zusammen gesetzte Mineralaggregate sind, müssen die inter essierenden Minerale aus ihrem Verband isoliert werden. Dies geschieht unter Einsatz verschiedener Methoden, die auf der Ausnützung mineralspezifischer, physikalischer und/oder chemischer Eigenschatten beruhen. Ziel einer jeden Aufbereitung ist die Gewinnung möglichst reiner Fraktionen einzelner Gesteins gemengeteile. Dabei kann zugunsten der Reinheit auf eine Vollständigkeit der Trennung verzichtet werden. Das jeweilige Endkonzentrat darf nur aus einer einzigen Mineralart bestehen und jedes Korn ist möglichst verwachsungsfrei, einschlußfrei bzw. frisch. Da die Güte einer Altersbestimmung mit der Qualität des Meßpräparats steht und fällt, werden Reinheitsgrade von >99 % angestrebt. Die Menge der jeweils herzustellenden Endanreicherung variiert von Fall zu Fall von einzelnen Körnern bis zu mehreren 100 mg. Sie wird maßgeblich durch das Alter der Probe, den Gehalt am radioaktiven Mutternuklid, die angewandte Datierungsmethode und die Aufgabenstellung bestimmt.

Im Zuge der Aufbereitung verändert sich das Aussehen einer Probe diskontinuierlich. Deshalb ist eine mikroskopische Betrachtung und Kontrolle während des gesamten Verlaufs der Vor- und Aufbereitung erforderlich. Aus Gründen der Überprüf- und Reproduzierbarkeit werden die einzelnen Arbeitsschritte und die anfallenden Beobachtungen detailliert protokolliert. Die wichtigsten Veränderungen der Probe sind u.a. Änderungen der Korngröße und Kornform, Aufhebungen von Verwachsungen, Anreicherungen in bestimm ten Fraktionen (Farbe, Dichte, Form etc.) sowie Beseitigungen störender Verunreinigungen, Überzüge bzw. Feinstanteile. Der Zeitaufwand einer Aufbereitung wird umso größer und der Trenneffekt umso geringer je zahlreicher und kleiner je ähnlicher sich strukturell und chemisch-physikalisch je fester aneinander haltend und inniger miteinander verwachsen je spröder und je besser spaltend je stärker durch Überzüge verunreinigt die zu trennenden Minerale sind. Proben, in denen mehrere derartiger Faktoren kombiniert sind, können unter Umständen überhaupt nicht aufbereitet werden. Da grundsätzlich keine aufzubereitende Probe einer anderen völlig gleich ist, gibt es auch kein universell anwendbares Aufbereitungsschema. Das Vorgehen hat sich im Einzelfall jeweils nach dem angestrebten Ziel, der Beschaffenheit der Paragenese und den speziellen Eigenschatten der zu isolierenden Minerale zu richten.

Auf dem Flußdiagramm sind exemplarisch die Arbeitsschritte zur Herstellung von Mineral- (z.B. Biotit-, Hornblende-, Zirkon-) Präparaten aus einem Grundgebirgsgestein (z.B. Gneis) dargestellt. Jede Aufbereitung zerfällt grob in drei Teilschritte:

1. Zerkleinerung durch Hammer, Backenbrecher, Scheiben-Schwingmühle, Labor-Morsermühle
2. Klassierung durch Handsiebung, Plansieb-, Wurfsieb-, Vibrationssiebmaschine (trocken oder naß)
3. Sortierung bzw. eigentliche Mineraltrennung mittels Schütteltisch (naß oder trocken), Windsichtung (Pustomat), Magnetscheider, Dichtetrennung, Reiben im Achatmörser, Binokular etc.

Am LfG erfolgt Arbeitsschritt 1 in einem Gesteinsaufbereitungslabor, die Schritte 2 und 3 in zwei Mineraltrennlaboren.