Gesteine erzählen ihre Geschichte – wenn man sie zu lesen versteht. Dazu werden allerdings Werkzeuge gebraucht, die weit schärfer sind als die Augen. Das Alter und die Entwicklungsgeschichte von Granit und Schiefergestein über das darin enthaltene Mineral Monazit rekonstruieren zurzeit Mineralogen der Universität Erlangen-Nürnberg und der TU Bergakademie Freiberg.
Bei der chemischen Analyse zum Einsatz kommt dabei eine Elektronenstrahl-Mikrosonde, die Elemente in einer Gesteinsprobe mit einem besonders starken Elektronenstrahl zur Aussendung von Röntgenstrahlung anregt und dadurch bereits sehr geringe Anteile von Monazit aufspürt.
„Anhängliches“ Blei
Monazit besitzt eine außergewöhnliche und für Geowissenschaftler sehr nützliche Eigenschaft: Wenn sich Blei im Kristallgitter gebildet hat, bleibt es dort auch unter extremen Bedingungen – beispielsweise Temperaturen von bis zu 800°C – haften. Diese „Anhänglichkeit“ ist um so bemerkenswerter, als sich Monazit-Kristalle in ihrer Frühphase äußerst abweisend gegen das Element Blei verhalten. Dafür nimmt das Mineral aber bis zu 15 Prozent seines Gewichts an Thorium auf. Hinzu kommen bis zu 1,5 Prozent Uran. In geologischen Zeiträumen von vielen Millionen Jahren zerfallen die radioaktiven Elemente Thorium und Uran schließlich zu Blei.
Aus dieser einzigartigen Kombination von Eigenschaften eröffnet sich die Möglichkeit einer geologischen Altersbestimmung mit Hilfe der Elektronenstrahl-Mikrosonde. Das in den 70er Jahren eingeführte Gerät ermöglicht rasche und im Mikrometerbereich auflösende Untersuchungen der Struktur von festen Stoffen, die aus vielen unterschiedlichen Elementen zusammengesetzt sind.
Verwendet wird sie vor allem bei der Untersuchung von Mineralen und Kristallen, den Bestandteilen der Gesteine und zahlreicher Geomaterialien. Bei der Analyse von Blei in Monazit stößt die Mikrosonde allerdings an ihre methodischen Grenzen. Der Bleigehalt liegt meist unter einem Prozent des Gewichts und ist deshalb nur auszumachen, wenn die Monazite älter als 100 Millionen Jahre sind – genügend Zeit, um vergleichsweise hohe Mengen aus dem radioaktiven Zerfall entstehen zu lassen.
Optimale technische Ausstattung
Mit einem sehr starken Elektronenstrahl kann man jedoch auch Monazit aus jüngerer Zeit so weit zur Emission von Röntgenstrahlen anregen, dass die sehr geringen Bleianteile zu entdecken sind. Die Elektronenstrahl-Mikrosonde am Lehrstuhl für Mineralogie der Universität Erlangen-Nürnberg bietet dafür eine optimale technische Ausstattung. In den Jahren 2006 und 2007 förderte die Deutsche Forschungsgemeinschaft ein Vorhaben zur Monazit-Altersdatierung an Granat-Glimmerschiefern aus dem französischen Massif Central. Dabei war es möglich, eine Messroutine aufzustellen, die nun für weitere Analysen an monazithaltigen Gesteinen zur Verfügung steht.
Viele Dutzend Gesteins-Dünnschliffe aus anderen Kristallingesteins-Gebieten – den Alpen, der Antarktis, dem Armorikanischen Massiv in Frankreich, dem Granitgürtel in Kamerun und aus Nordwestindien – wurden inzwischen von den Mineralogen um Professor Matthias Göbbels von der Universität Erlangen-Nürnberg und Professor Bernhard Schulz von der TU Bergakademie Freiberg/Sachsen nach Monazit abgesucht und viele Tausend Datierungsanalysen vorgenommen.
Eine Methode mit vielen Vorteilen
Dabei zeigten sich die Vorteile dieser Methode deutlich. Die Altersbestimmung des Monazits mit der Elektronenstrahl-Mikrosonde ist zwar auf granitartige Gesteine und Glimmerschiefer beschränkt. Der Zeit- und Kostenaufwand für diese Methode beträgt jedoch im Vergleich zur Massenspektrometrie nur etwa ein Fünftel.
Die mitgemessenen weiteren Elemente im Monazit-Kristall ergeben zudem wichtige zusätzliche Information über die chemisch-physikalischen Bildungsbedingungen des Monazits bei der Gesteinsumwandlung. Außerdem lassen sich in einem Kristallin-Areal, ja manchmal sogar in einzelnen Proben oder Körnern auch mehrere thermische und tektonische Ereignisse mit Monazit-Bildung erkennen.
Andere Alters-Datierungsverfahren zeigen dagegen immer nur das jüngste thermische Ereignis an. Wegen der mehrfachen Metamorphose in vielen Gebieten – zum Beispiel in den Alpen – ist das ein großer Vorteil der Monazit-Datierung.
(idw – Universität Erlangen-Nürnberg, 24.06.2008 – DLO)
