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Minerale und Kristalle: Industrie, Technik und Umwelt

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Schatzschmiede Erde: Aus dem Ursprung im heißen Inneren unserer Erde – naturwissenschaftlich und analytische Methoden befähigt Mineralogen für Forschung und Prüfanstalten – im Gespräch mit Dr. Thomas Schröck, Gemmologe und Gründer der The Natural Gem GmbH aus Wien / Österreich.

Mineralien sind Alltagsbegleiter und finden sich sowohl in Kosmetikartikel, Haushalt, Baumaterialien, in der Medizin, in Luxusartikeln und vielem mehr. Für die Entstehungsgeschichte war Druck ausschlaggebend sowie Hitze, das Gestein verflüssigt und verformt und über Jahrmillionen Kristalle, Edelsteine und Metalle wie Gold, Silber und Kupfer entstehen lässt. Mineralien sind feste, anorganische und homogene Bausteine der Gesteine und finden sich überall. Ohne Mineralien wäre das Leben nicht möglich, da wichtige Grundbausteine und Spurenelemente den Mineralien entstammen. Für den Stoffwechsel von Pflanzen, Tieren und Menschen braucht es Minerale, sie sind für das Leben auf der Erde verantwortlich.

Kristalle – aus dem Griechischen “crystallos” – Interessantes aus dieser Wissenschaft

Das Ebenmaß ihrer Formen und die Schönheit ihrer Farben machen Mineralien und Kristalle seit Menschengedenken zu Objekten der Naturbeobachtung. Schon der Urmensch fing an zu sammeln und zu bewundern. “Der unterschiedliche Aufbau der Kristalle, ihre stoffliche Feinstruktur bedingen unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften der Kristalle, damit ihr äußeres Erscheinungsbild und ihre Schönheit”, erklärt Dr. Thomas Schröck und weiter, “Mineralien sind stofflich einheitliche natürliche Bestandteile der starren Erdkruste. Sie sind gekennzeichnet durch eine einheitliche chemische Zusammensetzung und ein typisches Kristallgitter. Das Kristallgitter verleiht den Mineralien bestimmte physikalische und chemische Eigenschaften.”

Das Wort “Mineral” leitet sich vom Lateinischen “minerare” (Bergbau) ab. Mineralien entstehen regelmäßig durch drei Vorgänge, die kurz beschrieben werden können:

Magmatische Mineralbildung: im sonst festen Erdinneren entstehen durch Gesteinsschmelze je nach Zusammensetzung und Hitze Mineralien.

Sedimentäre Mineralbildung: die Mineralien entstehen an Erdoberflächenzonen, z. B. durch Verwitterung.

Metamorphe Mineralbildung: entsteht wo erhöhter Drucke oder Temperaturen auf das Material einwirken.

“Mineralien wie Roselith, Mansfieldit oder Fingerit sind dagegen so selten, dass sie weltweit oft nur an einem einzigen Ort gefunden wurden. Begehrt sind diese extrem seltenen Mineralien dagegen oft ausschließlich bei Mineraliensammlern oder Wissenschaftlern. Ob ein Edelstein oder ein seltenes Mineral wirklich etwas “wert” ist, hängt daher nicht nur von der Seltenheit ab, sondern auch von der Nachfrage und den Möglichkeiten der Verwendung, vor allem in der Form von Schmucksteinen ab”, erklärt der Edelsteinexperte.

Kristall kommt vom Griechischen “crystallos”, also vom Bergkristall einer glasklaren, farblosen Variante des Quarzes. Die Kristallkunde untersucht den kristallinen Zustand der Materie. Alle Kristalle, die ohne das Einwirken des Menschen in der Natur an der äußersten Erdkruste entstanden sind, bezeichnet man als Mineralien. Sie sind Werkzeuge oder Schmuck schon für vorgeschichtliche Menschen. Sie bilden als Mineralien die Grundlage der technisierten Welt als Rohstoffe für Erze und Baumaterialien, für Glas, Keramik, ja für die gesamte anorganische Chemie überhaupt. da wichtige Grundbausteine und Spurenelemente den Mineralien entstammen.

Das Ebenmaß der Kristalle hat die Menschen immer schon in ihren Bann gezogen. Bereits im alten Griechenland beschäftigten sich Aristoteles und Theophrastos mit der Materie. Sie kannten schon 60 verschiedene Arten, die sie nach ihren Eigenschaften wie der Bearbeitbarkeit, Brennbarkeit oder dem metallartigen Charakter unterschieden. Die Kenntnisse wurden von arabischen Ärzten angewandt und vermehrt. Schon bereits vor 1000 Jahren war Biruni in der Lage, die Dichte der Materialien physikalisch exakt zu bestimmen. Dr. Thomas Schröck hierzu: “Einige Jahrhunderte war es wissenschaftlich recht still um die Mineralogie, bis 1556 das Buch des deutschen Arztes und des Naturwissenschaftlers Georg Agricola erschien, das hieß “De Re Metallica”. Weitere Fortschritte war die Erkenntnis über den inneren Aufbau der Kristalle im Jahre 1669 durch Nicolaus Steno. Steno maß mithilfe von Winkelmessern die Winkel zwischen einzelnen Flächen und fand, dass bei derselben Kristallart die Winkel immer gleich waren. Steno nannte seine Entdeckung das Gesetz von der Konstanz des Flächenwinkels. Er erkannte schon damals, dass dieser äußeren Regelmäßigkeit eine tiefe innere Ordnung zugrunde liegen muss.”

Die folgenden Jahrzehnte und Jahrhunderte waren von einer wahren Flut an Untersuchungen und wissenschaftlichen Entdeckungen geprägt. Festgestellt wurde, dass schließlich nur alle vorkommenden Kristalle einem Schema von nur sieben verschiedenen Gruppen zuzuordnen sind. “Diese werden Kristallsysteme genannt. In diesen Kristallsystemen gibt es unterschiedliche Symmetrien. Mithilfe dieser sieben Kristallsysteme ist es möglich geworden, alle Mineralien bezüglich ihrer Symmetrie zu klassifizieren”, erklärt Dr. Thomas Schröck.

Der Zufall kam der Erkenntnis zur Hilfe. Der französische Mineraloge Haüy besichtigte einmal die Mineraliensammlung eines Freundes. Dort fiel ihm ein Kalzitkristall aus der Hand und zerbrach. Der Franzose entdeckte dann, dass die unzähligen Bruchstücke des Kristalls untereinander alle ähnlich waren, fast gleichartig. Die Spaltung durch mechanische Beanspruchung führt also immer wieder zu Gleichartigkeiten.

Auffälligstes Merkmal von Kristallen ist ihre Kristallform, die führen, dass die Kristallsysteme in nur sieben verschiedene Kristallsysteme unterschieden werden können. Hinzu kommt der Glanz des Materials und dessen Härte. Die Farbe gehört zu den augenfälligsten Eigenschaften von Mineralien. Auch die Eigenschaften des Stoffes unter Licht – als Lumineszenz bezeichnet -, ist ein wichtiger Baustein zur Erkennung eines Kristalls. “Damit aus einem Mineral ein Kristall wird sind optimale Bedingungen beim Wachstum optimale erforderlich. Aus Quarz entsteht Bergkristall durch die entsprechende Temperatur und ausreichend Platz, damit der Kristallisationskeim die langsam typischen, bleistiftförmigen Spitzen der Bergkristalle entfaltet. Aber chemisch bleibt es Quarz, ein Mineral”, erklärt Dr. Thomas Schröck.

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Dr. Thomas Schröck ist seit über 30 Jahren Edelsteinexperte und geschäftsführender Gesellschafter des Unternehmens The Natural Gem GmbH mit Sitz in Wien, Österreich. Er verfasste das Werk “Edelsteine als Investment: Der GEWINN-Ratgeber”, Dr. Georg Wailand (Herausgeber), Autor: Dr. Thomas Schröck.