Dünnschliff

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Dünnschliff vor dem Mikroskop

Ein Dünnschliff ist ein Festkörperpräparat zur mikroskopischen Untersuchung. Überwiegend handelt es sich um Gesteine, Keramiken und Gußteile.

Gesteine, Böden und Keramik sind fast ausnahmslos undurchsichtig und können daher nicht ohne Weiteres unter einem Durchlichtmikroskop untersucht werden. Erst ab einer Dicke von 0,03 bis 0,02 mm (30 bis 20 µm) lässt eine Probe dieser Materialien ausreichend Licht passieren, sodass sie für die Durchlichtmikroskopie geeignet sind. Untersucht wird im normalen und polarisierten Licht sowie mit speziellen Wellenlängen (z. B. UV-Licht).

Geschichte[Bearbeiten]

Historische Zeichnungen von Melaphyr-Dünnschliffen unter dem Mikroskop, von 1876
Mikroskopische Aufnahme des Dünnschliffes eines karbonischen Kalksteins mit Gehäusequerschnitt einer Muschel.

Die ersten Versuche mit Dünnschliffen gehen auf den englischen Naturforscher Henry Clifton Sorby zurück. Dieser publizierte diese Methode erstmals 1858 durch einen Aufsatz im Journal der Geological Society in London. Danach zog diese Untersuchungsmethode schnell in die Praxis der Petrographen ein.[1]

Auf dem Feld paläontologischer Forschungen haben sich mit der Dünnschliffmikroskopie die Geowissenschaftler Franz Unger und Carl Ferdinand Peters frühe Verdienste erworben. Unger beschrieb 1842 seine Methode zur Anwendung von Dünnschliffen bei der Untersuchung fossiler Hölzer. Um 1840 hatte er im Auftrag von Stephan Ladislaus Endlicher Dünnschliffe von solchen Objekten angefertigt. Peters führte um 1855 (publiziert) Dünnschliffarbeiten aus, um weitere Aufschlüsse für taxonomische Bewertungen zu erhalten. Zur frühen Verbreitung dieser Untersuchungsmethode in den Geowissenschaften trug Ferdinand Zirkel entscheidend bei, der sie am 3. Februar 1863 in einer Sitzung der k. k. geologischen Reichsanstalt vorstellte und zuvor bei Sorby erlernt hatte. [2]

Die Darstellung von Dünnschliffabbildungen war im 19. Jahrhundert für die Fachliteratur ein nur unbefriedigend lösbares Problem, weil die damaligen Drucktechniken eine authentische Wiedergabe der oft anspruchsvollen Strukturbilder nicht ermöglichten. Deshalb war es zeitweilig üblich, entsprechende Dünnschliffbilder auf dem zeichnerischen Wege mit nachträglicher Handkolorierung zu erstellen und sie mit den Mitteln der Lithographie drucktechnisch umzusetzen.

Herstellung[Bearbeiten]

Geologische und technische Präparate[Bearbeiten]

Zur Herstellung eines Gesteins- oder Keramik-Dünnschliffs wird von der Probe mittels eines diamantbesetzten Sägeblattes eine etwa 0,5–1,0 cm dicke Scheibe abgesägt. Die Scheibe wird auf einer der Schnittflächen von Hand angeschliffen und mit dieser Fläche mittels eines relativ leicht löslichen Klebers auf einer dünnen Glasplatte fixiert. Die Glasplatte mit der Probe wird dann in eine Präzisionsschleifmaschine eingespannt und die Probe wird solange von der anderen Seite geschliffen, bis sie komplett plan ist. Nachdem die Glasplatte mit der Probe vom Schleiftisch entfernt wurde, wird die plane Fläche mittels eines speziellen Kunstharzes auf einen gläsernen Objektträger aufgeklebt. Das nunmehr fast fertige Präparat wird nach Aushärten des Harzes von der Glasscheibe abgelöst. Der Objektträger wird in die Präzisionschleifmaschine eingespannt und die Probe wird nunmehr von der anderen, vormals an der Glasscheibe befestigten Seite auf die gewünschte Dicke (Standarddicke bei mineralogischen Dünnschliffen ist 25 µm) heruntergeschliffen.

Technische Körnerpräparate oder instabile Sedimentgesteine (z.B. viele Quarzsandsteinarten) werden zunächst in Kunstharz eingegossen bzw. mit Kunstharz imprägniert und, nach Aushärten des Harzes, wie die oben genannten Festkörper weiter bearbeitet.

Bodenpräparate[Bearbeiten]

Zur Herstellung eines Boden-Dünnschliffs wird im Gelände eine ungestörte Bodenprobe mittels Kubiëna-Kästen (benannt nach W. L. Kubiëna, der mit seinen seit den 1930er-Jahren durchgeführten mikromorphologischen Studien an Böden zweifelsohne Pionierarbeit auf diesem Gebiet geleistet hat) und Abwandlungen dieser Kästen verwendet. Ist eine Entnahme mit Kubiëna-Kästen aufgrund hoher Steingehalte oder größerer Artefakte nicht möglich, können unter anderem größere Rahmen eingesetzt oder die Probe mit Gips ummantelt werden. Im Labor werden die Bodenproben schließlich getrocknet (Lufttrocknung, Gefriertrocknung oder Trocknung über Aceton). Anschließend werden sie im Vakuumschrank (damit keine Luftblasen in den Proben verbleiben), ähnlich wie körnige technische Proben oder Sedimentproben, in Kunstharz eingegossen. Nach Aushärten des Harzes wird wie oben beschrieben verfahren.

Für einige speziellere Untersuchungen (Microprobe etc.) sind unabgedeckte Proben notwendig. Die Probe kann aber auch mit einem Deckglas abgedeckt werden. Für Untersuchungen z. B. an der Mikrosonde sind polierte unabgedeckte Schliffe notwendig, dazu sind spezielle Methoden nötig, die kein Relief erzeugen.

Gesteinsuntersuchungen mittels Dünnschliffen[Bearbeiten]

Bei der Untersuchung von Gesteinsproben wird nach qualitativen und quantitativen Zielen unterschieden. Ferner sind allgemeine Merkmale der Zweck der Betrachtung.

allgemeine Ziele[Bearbeiten]

  • räumliche Orientierung von Kristallen und Kornaggregaten
  • Verteilungscharakter von Mineralen im Gestein
  • Korn- bzw. Kristallformen
  • Kornbindungen

qualitative Ziele[Bearbeiten]

  • Bestimmung der gesteinsbildenden Minerale
  • Zusammensetzung von Mischkristallen mittels optischer Daten
  • Degradationsprozesse und ihr erreichter Status in kristallinen Gefügen (Verwitterung)

quantitative Ziele[Bearbeiten]

  • Mengenverhältnisse verschiedener Mineralien im Gestein
  • Korngrößenverteilung

Ergebnisse und Interpretation in der Bodenkunde[Bearbeiten]

Bevor man einen Dünnschliff interpretieren kann, ist es zunächst notwendig, diesen Dünnschliff und weitere Dünnschliffe anderer Proben, die direkt oder indirekt damit im Kontext stehen (sofern vorhanden), detailliert zu beschreiben.

In der Bodenkunde und Archäologie werden dazu unter anderem erfasst:

  • die Mikrostruktur (Aggregate, Hohlräume, Gänge),
  • die sogenannte Grundmasse (d. h. das organische und mineralische Fein- und Feinstmaterial),
  • das nicht in die Grundmasse eingebundene organische Material sowie
  • die einzelnen Bodenmerkmale und -besonderheiten.

Zur Charakterisierung dieser Bestandteile werden jeweils unter anderem Größe, Form, Beschaffenheit, Variabilität, Häufigkeit, Farbe, Lichtdurchlässigkeit, Verhältnis und Lage der Bestandteile zueinander sowie daraus eventuell resultierende Muster beschrieben.

Die im Boden-Dünnschliff sichtbaren, mehr oder weniger stark ausgeprägten Merkmale und Merkmalskombinationen sind eine „Momentaufnahme“: Sie spiegeln die Entwicklung eines Bodens und die Prozesse in ihm bis zur Probennahme wider. Aus archäologischer Sicht sind Holzkohlereste, Knochenfragmente, Partikel gebrannten Lehms, Schlacke- und Erzreste, Exkremente, Eierschalen, Fischgräten etc., von besonderem Interesse, denn - je nach Lage im Profil - kann man im Idealfall anhand der „mikroskopischen Fundstücke“ im Dünnschliff (in Verbindung mit anderen Dünnschliffen des gleichen Befundes sowie eventuell vorhandenen „makroskopischen Fundstücken“) die Geschichte eines Befundes rekonstruieren: Von der einstigen Nutzung oder Funktion eines Objektes selbst (beispielsweise von Grubenhäusern), über die Umgebungsbedingungen (z. B. die Tierhaltung) bis hin zur Verfüllung eines Objektes sowie der Herkunft und Zusammensetzung dieses Verfüllmaterials, das die menschlichen Aktivitäten im Umfeld des Befundes dokumentieren kann.

Verwandte Methoden[Bearbeiten]

Sollen undurchsichtige Materialien nur im Auflicht untersucht werden, genügen einseitig geschliffene und polierte Flächen am Objekt, so genannte Anschliffe.

Auch innerhalb der Metallographie arbeitet man gelegentlich mit Gefügeschliffbildern.

Die in der Medizin hierzu sinngemäß verwandten Methoden werden unter Histologie und Mikrotom beschrieben.

Literatur[Bearbeiten]

  • Arnd Peschel: Natursteine. Dt. Verlag f. die Grundstoffindustrie, Leipzig 1977.
  • Hans Pichler, Cornelia Schmitt-Riegraf: Gesteinsbildende Minerale im Dünnschliff. Ferd. Enke Verlag, Stuttgart, 1993, ISBN 3-432-95522-7.
  • D. L. Rowell: Bodenkunde. Untersuchungsmethoden und ihre Anwendungen. Springer, Berlin/New York, 1997, ISBN 978-3-540-61825-6.

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Gestein im Dünnschliff – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Emanuel Bořický: Die Arbeiten der geologischen Abtheilung der Landesdurchforschung von Böhmen, II. Theil, Petrographische Studien an den Basaltgesteinen Böhmens. Prag (Řivnač) 1873, S. 3–4.
  2. Bernhard Hubmann: Paläontologische Dünnschliff-Untersuchungen in Österreich-Ungarn vor 1860 durch C.F. Peters und F. Unger. In: Abhandlungen der Geologischen Bundesanstalt Bd. 56/1 (1999), S. 171-176. ISSN 0378-0864.