Kathodolumineszenz

Abb. 1. Heißkathoden-Kathodolumineszenzapparatur Quelle: BGR

Die Lumineszenz (das „Selbstleuchten“) von Mineralen ist eine ihrer natürlichen Eigenschaften. Die allermeisten Minerale leuchten allerdings erst, wenn dem Kristallgitter des Minerals Energie zugeführt wird. Da viele Minerale sehr charakteristische Lumineszenz-Eigenschaften besitzen, können aus den Farben und den Intensitäten des Leuchtens Rückschlüsse auf die Zusammensetzung des Minerals gezogen werden. Weiterhin sind die Lumineszenz-Eigenschaften von Mineralen auch von seinen spezifischen Bildungsbedingungen abhängig, so dass Rückschlüsse auf die mineralisierenden Prozesse möglich sind.

An der BGR ist seit 1997 eine Heißkathoden-Kathodolumineszenz-Apperatur etabliert, die in Verbindung mit einem Lichtmikroskop zur Untersuchung von Lumineszenz-Eigenschaften von Mineralen genutzt wird (Abb. 1). Dabei werden die Energiezufuhr und die Anregung des Leuchtens über einen Kathodenstrahl realisiert. Die Minerale können dabei gleichzeitig im Mikroskop beobachtet und die entstehenden optischen Bilder digitalisiert werden. An diesen digitalen Aufnahmen lassen sich dann spektrale Analysen und Intensitätsbetrachtungen durchführen. Die Abbildungen 2 bis 4 zeigen einige Beispiele von leuchtenden Mineralen.

Das Kathoden-Lumineszenzverfahren stellt eine wertvolle Ergänzung zu konventionellen analytischen Methoden wie Polarisationsmikroskopie, Röntgendiffraktometrie, Rasterelektronenmikroskopie oder Elektronenstrahlmikrosonde dar.

Aktuelle Anwendungsbeispiele aus den Aufgabenbereichen der BGR:

• Charakterisierung hydrothermaler Alteration submariner Vulkanite. Rekonstruktion hydrothermaler Prozesse und Fluid-Gesteins-Wechselwirkungen
• Untersuchungen der per-alkalinen Intrusionen des Schield-Komplexes in S-Afrika (apatitreiche Vererzungen mit Gehalten an REE) im Rahmen des BGR-Projektes RoStraMet.

Ein Apatit-Kristall (blau) in einem Syenit des Schiel-Komplexes). Die gelben Farben deuten auf karbonatische Anteile hin Quelle: BGR

Blau leuchtender Apatit. Besonders deutlich ist die Zonierung des Kristallgitters zu erkennen Quelle: BGR

Zwei unterschiedliche Apatite. Die grünen und blauen Farben der Apatite deuten auf eine unterschiedliche Kristallchemie hin Quelle: BGR