INSIDE GeoLaB - Unter die Lupe genommen!

Dr. Fiorenza Deon vom GFZ ist Doktorin der Natuwissenschaften und hat im Bereich Mineralogie und experimentelle Petrologie promoviert. Das bedeutet: Sie analysiert Mineralien und Steine auf wissenschaftlicher Ebene. Mit ihrer Expertise war Fiorenza weltweit für Geothermie-Projekte unterwegs. Für GeoLaB untersucht sie Teile der Bohrkerne aus der Erkundungsphase der Tromm - mit Pulver und Dünnschliffen. 

Fiorenza, hast Du auf Granit gebissen?

So ähnlich: In unserer GFZ-Werkstatt werden Stücke des 500 Meter langen Bohrkerns der Tromm abgesägt. Diese zerkleinere ich mit dem Hammer, mahle sie und anschließend bereite ich sie mit dem Mörser zu einem feinen Pulver auf. Das untersuche ich im Labor mit einem Röntgendiffraktometer. Mit diesem Gerät kann man die mineralogische Zusammensetzung von Gesteinen bestimmen, also zum Beispiel, wie viel Quarz, Feldspat oder Glimmer im Bohrkern enthalten ist. Ich habe bisher mit insgesamt 36 Proben gearbeitet, in denen vor allem Granit enthalten ist. In den tieferen Schichten ab 410 Metern kommt auch metamorphes Gestein wie Gneis vor. 

Dann muss aber auch noch die Chemie stimmen?

Die chemische Zusammensetzung des Granits möchte ich ebenfalls genau bestimmen. Dafür präpariere ich einen Dünnschliff aus einem Stück des Bohrkerns. Der ist hauchdünn, 20 bis 30 Mikrometer - etwa so wie ein menschliches Haar. Diese Probe untersuche ich mit einer Elektronenstrahl-Mikrosonde. Sie misst die Elementgehalte punktgenau und erlaubt so die Bestimmung der Mineralchemie. Dadurch können wir die Zusammensetzung der Mineralien bestimmten, chemische Veränderungen und beispielsweise auch Verwitterungsprozesse verstehen. 

Warum sind diese Untersuchungen so wichtig für GeoLaB?

Nehmen wir mal den Quarz-Gehalt im Tromm – Granit. Der Anteil von Quarz liegt ganz generell bei durchschnittlich 25 bis 35 Prozent – das macht den Granit besonders hart und widerstandsfähig. Im Tromm-Granit und in den Bohrkernen habe ich, je nach Tiefe, bisher ca. 20 bis 30 Prozent Quarzgehalt gefunden. Das sind entscheidende Informationen für den geplanten Bau des Untertagelabors. Denn die Bohringenieure brauchen vorab genaueste Informationen, um beispielsweise beantworten zu können, welcher Bohrmeißel zum Einsatz kommt - oder wie oft er gewechselt werden muss. Dafür ist die genaue Zusammensetzung des Gesteins ausschlaggebend. Denn die Geräte müssen so effizient wie möglich eingesetzt werden, um Zeit und Geld zu sparen.

Was nimmst Du noch unter die Lupe?

Speziell für GeoLaB ist auch der Glimmer-Gehalt wichtig. Glimmer besteht aus dünnen, blattartigen Plättchen und das ist hinsichtlich unserer geplanten geomechanischen Untersuchungen relevant. Der Glimmer-Gehalt beeinflusst die Scherfestigkeit und Kohäsion des Gesteins. Scherfestigkeit bedeutet die Widerstandsfähigkeit gegen Verschiebungen oder Abbrüche. Die Kohäsion ist eine Art innerer Klebstoff – dadurch wird das Gestein auch ohne äußeren Druck zusammengehalten. Wir haben auf der Tromm ja noch metamorphes Gestein, wie etwa Gneis gefunden – der beginnt bei 410 Meter Tiefe. Genau zu bestimmen, ab welcher Tiefe es vorliegt, ist wichtig. Granit ist, vereinfacht ausgedrückt, stabiler als Gneis - und diese Information ist für den Bau eines Untertagelabors entscheidend

Was hat es mit Verwitterungen auf sich?

In den Klüften des Tromm-Granits sind weiße Aderungen zu erkennen. Dabei handelt es sich um Kalzit, also Calciumcarbonat. Im täglichen Leben kennen wir es als Kalk oder Kreide. Das Kalzit ist vermutlich durch Wasser entstanden. Wasser spielt eine wichtige Rolle bei der chemischen Verwitterung von Gesteinen. Es transportiert gelöste Ionen wie Calcium, Natrium oder Kalium, die aus den Mineralen herausgelöst wurden. An anderer Stelle werden diese als neue Minerale eingelagert. Wann die Kalzit-Vorkommen im Tromm-Granit entstanden sind, lässt sich ohne weitere Untersuchungen allerdings nicht bestimmen – wir können lediglich feststellen, dass es solche Prozesse gegeben hat. Auch andere Mineralien wie Feldspäte haben Verwitterungen gezeigt: Diese untersuchen wir gerade – sie liefern spannende Informationen über die Entstehungsgeschichte des Gesteins. 

Und zum Schluss wurde es auch noch ganz schön edel? 

In den Bohrkernen haben wir in einer dunklen dünnen Schicht etwas besonders Interessantes entdeckt: Turmalin. Dieser wird weltweit als Schmuckstein verwendet. Je nach chemischer Zusammensetzung zeigt er eine große Farbenvielfalt von schwarz über rot bis hin zu gelb oder grün. Wunderschön! Wissenschaftlich betrachtet handelt es sich jedoch nicht um ein einzelnes Mineral, sondern um eine Mineralgruppe aus der Klasse der Silikate.  Sie kommt häufig in Graniten vor –in solchen, die heißem Wasser ausgesetzt waren. 

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