Forschen auf der "Insel der Edelsteine"

Sri Lanka ist als "Insel der Edelsteine" bekannt. Die meisten Lagerstätten befinden sich in der im südwestlichen Hochland gelegenen Provinz Sabaragamuwa, deren Hauptstadt Ratnapura "Stadt der Juwelen" auf Singhalesisch bedeutet. Die meisten Edelsteine werden allerdings nicht direkt aus ihrem primären Muttergestein, sondern aus sekundären sedimentären Anreicherungen gewonnen. In dieser kleinen Mine inmitten von Reisfeldern wird ein 17 Meter unter der Oberfläche befindlicher Schotterhorizont abgebaut.

Andernorts werden Sedimente vom Flussbett gewonnen. Mit einfachen Holzkonstruktionen wird im Flachwasser die Strömungsgeschwindigkeit reduziert, so setzen sich die schweren Edelsteinminerale am Flussgrund ab. Hier im Bild ist das Tal des Kalu Ganga westlich von Ratnapura zu sehen. An anderen Stellen tauchen die EdelsteinsucherInnen mit Steinen beschwert bis zum 15 Meter tiefen Flussgrund, um das edelsteinhaltige Sedimentmaterial händisch in Bastkörbe zu füllen.

Förderung und Handel von Edelsteinen in Sri Lanka drehen sich primär um den Saphir. Für Lutz Nasdala (rechts im Bild) ist aber der Zirkon (ZrSiO₄) von Interesse. Dieses Mineral wird für die Altersbestimmung von Gesteinen verwendet, hierfür braucht es qualitativ höchstwertige natürliche Referenzmaterialien. Das Bild zeigt Nasdala beim Ankauf geeigneter Steine in einem gemieteten Büroraum in Ratnapura, lokale Händler bieten ihre Ware an.

Dieser knapp 50-karätige Stein war nicht von Interesse für Lutz Nasdala. Der Zirkon würde zwar die Forderung nach perfekter Homogenität erfüllen, er enthält jedoch wegen seines geringen Urangehalts nur wenig radiogenes Blei, was wiederum bei der Isotopen-Analytik geringe Zählraten und damit eine schlechte Zählstatistik ergeben würde. Die Steine werden noch vor dem Kauf ersten Analysen unterzogen und auf ihre Eignung überprüft; unter anderem stehen Nasdala in Colombo ein gemmologisches Labor und einfaches Raman-Spektrometer zur Verfügung.

Hintergrund von Nasdalas Tätigkeit ist die Charakterisierung von SIMS-Referenzen (SIMS = Secondary Ion Mass Spectrometer). Es handelt sich hierbei um große Analysesysteme, welche u.a. die U-Pb-Datierung von Zirkonen im Mikrobereich ermöglichen. Die Proben werden mit Sauerstoffionen bestrahlt, die dabei freigesetzten Ionen des Probenmaterials werden in einem Magnetfeld-Massenanalysator getrennt und analysiert. Aus den Verhältnissen der gemessenen Pb- und U-Isotope kann das Alter der Probe errechnet werden. Hier im Bild zu sehen ist die CAMECA IMS-1280 im WiscSIMS Laboratory, Department of Geoscience, University of Wisconsin – Madison. (Foto: Patrick Kuhl)

Dieses Bild zeigt die Oberfläche eines Mikrosondenpräparats nach der SIMS-Analyse. Insgesamt 15 Analysenpunkte im Referenz-Zirkon sind als kleine tellerartige Vertiefungen erkennbar. Die U-Pb-Altersdatierung setzt voraus, dass jede Analyse an unbekannten Zirkonen mittels analog durchgeführten Messungen der Referenz kalibriert wird. Da in jeder einzelnen Messung nur etwa 15 Mikrometer analysiert werden, muss ein Referenzmaterial extrem homogen sein – daher auch der Bedarf an Referenzen mit bester Edelsteinqualität. (Text: W. Zirbs/Fotos: L. Nasdala, P. Kuhl)