Prof. Klaus-Dieter Meyer, Hannover, an-
lässlich seines 65. Geburtstags gewidmet.
Wenig bekannte Eigenschaften von Blauquarz
The less known properties of blue quartz
Werner A. Bartholomäus & Jutta Solcher
Werner A. Bartholomäus, Institut für Geologie und Paläontologie der Universität Hannover, Callinstr. 30, D-30167 Hannover, Germany; e-mail: wernerbart@web.de
Jutta Solcher, Schulweg 3, D-21272 Egestorf, Germany; e-mail: j.w.solcher@t-online.de
Abstract: Blue quartz is one of the most common varieties of quartz. A survey is given of the properties of this rock-forming mineral, and its distribution and conditions of formation reviewed.
Zusammenfassung: Als gesteinsbildende Komponente gehört Blauquarz zu den häufigsten Sonderformen von Quarz. Im Überblick werden seine Eigenschaften umrissen sowie auf Verbreitung und Bildungsbedingungen eingegangen.
Schlüsselworte: Blauquarz, blue quartz, Eigenschaften, Fennoskandia.
Einleitung
Zugegebenermaßen kann Quarz auf verschiedene Weise von blauer Farbe sein. In gesteinsbildendem Umfang kommt jedoch allein sog. Blauquarz [engl.: blue (opalescent) quartz] vor. Hierunter werden überwiegend Quarzkörner (Einkristalle) bezeichnet, die makroskopisch im Auflicht hellbläulich wirken.
Zu unterscheiden sind aber andere Formen, zum Beispiel Quarz mit mikroskopisch anomal blauen Interferenzfarben. Darüberhinaus werden weitere Ausbildungen der Kieselsäure gelegentlich so bezeichnet (Bruder 1998). So erscheint bläulicher Chalzedon in Achatdrusen sehr ähnlich. Eine Gleichsetzung mit Blauquarz ist aber schon deswegen nicht gerechtfertigt, weil es sich um ein Aggregat feinster Fasern aus Quarz und nicht um Einkristalle handelt.
Weiter ist die Bezeichnung für blauen Quarz mit Mineraleinschlüssen entsprechender Farbe in Gebrauch. Dies kann idiomorpher, also unmetamorpher Kluftquarz sein (Stalder 1966, Weise 1993). Romero Silva, der 1996 von blue quartz spricht, nennt ein Zeolith-Mineral als Farbträger von tiefblauem Kluftquarz in spanischem Diabas.
Mühlschlegel bezeichnet 1996 Kluftquarze von Graubünden als „Blauquarz" und führt die blaue Farbe auf feinste Turmalinfasern zurück. Bei dem „Blauquarz" von Golling, Salzburg, ist blauer Krokydolith farbverursachend, weswegen Rykart 1989 empfiehlt, zur Unterscheidung gegenüber eigentlichem Blauquarz von „Saphirquarz" zu sprechen. Angesichts deutlicher Unterschiede ist es fraglich, ob bei hydrothermalem Quarz in Klüften überhaupt Gemeinsamkeiten mit gesteinsbildendem Blauquarz bestehen. Unterschiede ergeben sich schon durch Kristallgrößen bis 15 cm in den Klüften.
Im gemmologischen Handel werden überwiegend derbe Quarzmassen von blaugrauer Farbe als Blauquarz bezeichnet. Im Gegensatz dazu sind große Quarzkristalle von blauer Farbe aus synthetischer Fertigung transparent. Unter gleichem Namen kommen auch diese als Schmuckstein zum Einsatz.
Blauquarz im Sinne dieser Arbeit ist wiederholt untersucht worden. Dennoch fehlt die letzte Klarheit über Ursache der Farbe und die Bedingungen seiner Entstehung. Vor diesem Hintergrund sind Mitteilungen über weitere Eigenschaften von Blauquarz gerechtfertigt. In zwei Beispielen werden quarzhaltige Gesteine des Fennoskandischen Schildes vorgestellt.
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Eigenschaften
Im Vergleich mit anderen Sonderformen von Quarz bleiben Körner von Blauquarz eher klein und erreichen kaum 10 mm Ø.
Die Farbe schwankt in gewisser Bandbreite. Die Umschreibungen "himmelblau", "lavendelblau" sind immerhin treffend (Abb. 1). Generell ist mit dem lebhaften Blaßblau eine leicht milchige (wachsartige, seidig schimmernde) Trübung verbunden, die Blauquarz von ähnlichen Quarzmodifikationen, z.B. Amethyst unterscheidet.
Blauquarz erscheint nur im Auflicht bläulich, nicht im Durchlicht. Die Farbe ist nur an Körnern von einer gewissen Mindestdicke wahrnehmbar. Detritische Körner sind meist nur naß, also benetzt, zur Beobachtung geeignet. Darüber hinaus müssen sie oberflächlich sauber sein und hinreichende Größe besitzen. Die relativ schwache Färbung ist immer mehr oder weniger gleichmäßig über das gesamte Korn ausgebildet. Zu den regelmäßig beobachtbaren Erscheinungen gehört aber ihre Lageabhängigkeit. Rotiert man ein isoliertes (detritisches) Korn von Blauquarz, erscheint dies wechselhaft intensiv blau. Schon allein aus diesem Grund kann nicht von einheitlicher Farbe gesprochen werden.
Die Farbe ist teilweise temperaturempfindlich (von Vultée 1955): Bei Erhitzen auf wenige 100 ºC kann sie verschwinden, seltener umschlagen. Andere Proben überstehen dagegen 1000 ºC unverändert. Möglicherweise ist Blauquarz vereinzelt auch lichtempfindlich. Verfasser liegt ein Geschiebe vor, dessen Blauquarz an der Oberfläche deutlich blasser ist.
Bei Festgestein kommen nur Handstücke, Anschliffe und Dickschliffe zur Beurteilung von Blauquarz in Frage. Unter dem Mikroskop zeigt das Blau des Blauquarzes manchmal Zonarbau. In diesem Fall ist immer der Kern blau, während ein scharf begrenzter, mit dem Kornrand korrespondierender Rand nicht oder weniger blau ist. Bei dem berühmten Vorkommen von Llano, Texas äußert sich der Zonarbau allerdings eher umgekehrt: Milchig-trüber Kern und tiefblauer Rand (Burmester & Barker 1970: 4; rob@alumni.utexas.net).
Ist die Vergrößerung zu stark, verliert sich der Blau-Effekt bereits unter dem Auflichtmikroskop. Darüber hinaus sind Mikrorisse für die Wahrnehmung ungünstig, ebenso tangential angeschnittene Körner wegen unzureichender Korndicke. Durch die trübende Wirkung von Gas-/Flüssigkeitseinschlüssen in großer Zahl wird auch Blauquarz weiß (Milchquarz), so daß das Blau verdeckt ist.
Die Dünnschliffmikroskopie, soweit sie mit Durchlicht arbeitet, ist gänzlich ungeeignet, da sich Blauquarz dann
nicht von gewöhnlichem Quarz unterscheidet.
Interessant ist, daß Blauquarze zugleich auch Rauchquarze sein können. Hierunter versteht man dunkle, "rauch"farbene Quarze. Größere Rauchquarze können so dunkel sein, daß sie schwarz erscheinen. Ihre Ausbildung ist nicht mit einer Trübung verbunden, Rauchquarz ist also im Gegensatz zu Blauquarz klar. Obwohl sich beide Erscheinungen nicht gegenseitig ausschließen, wird die Wahrnehmung der bläulichen Farbe durch die dunkle Färbung des Rauchquarzes erschwert oder verhindert. Bereits Postelmann beobachtete 1937a die zonare Anordnung von Blau- und Rauchquarz am selben Korn. Diese Koinzidenz tritt z.B. bei einigen Varietäten des südfinnischen Rapakiwi-Massivs (Rämö & Haapala 1995), speziell beim Kökar-Rapakiwi (zuletzt Zandstra 1995) von den Ålandinseln auf.
Blauquarz kann sich asterisch verhalten (Wise 1981). Der Asterismus (sternartige, nur virtuelle Strahlungsfiguren im Auflicht) wird durch orientierte Einlagerungen von sehr kleinen Fremdkristallen erzeugt (Wüthrich & Weibel 1981). Bei nordischen Gesteinen ist dieses Phänomen vom Blauquarz des finnischen Rapakiwis bekannt (Postelmann 1937a).
Unter dem Mikroskop zeigen Blauquarze fennoskandischer Gesteine außer mechanisch-bruchhafter Beanspruchung manchmal optische Anomalien wie BÖHMsche Streifung. In einigen Fällen ist der Blauschimmer an parallele kristallographische Unstetigkeitsflächen gebunden, die zusammen mit Brucherscheinungen auftreten.
Weiter lassen Dünnschliffe manchmal winzige nadelartige Mineraleinschlüsse im Blauquarz erkennen. Achtung: Wegen ihrer extrem geringen Dicke sind die Einschlüsse meist nur im Seitenlicht oder besser mittels Dunkelfeldeinrichtung (erläutert z.B. von Rinne-Berek 1973) sichtbar. Leider lassen sich nicht bei allen Blauquarzen diese Nadeln nachweisen, so daß ein Zusammenhang zwischen Farbe und den mikroskopierbaren Einschlüssen nicht eindeutig erkennbar ist. Umgekehrt kann auch gewöhnlicher Quarz feinste Nadeln im Dünnschliff zu erkennen geben, ohne Blauquarz zu sein.
Wie gewöhnlicher Quarz kann auch Blauquarz unter bestimmten Bedingungen der Diagenese im Muttergestein selektiv durch alkalische Lösungen zerstört werden (Burmester & Barker 1970: 6).
Fraglich ist, ob sich Blauquarz als Detritus beim Transport anders verhält. So glaubt Dietrich 1965, daß das Fehlen von Blauquarz in bestimmten Sedimenten von Nordamerika auf eine gegenüber gewöhnlichem Quarz besondere Transportanfälligkeit zurückgeht.
Farbursache
Die Ursache für die Färbung ist umstritten. Im moderneren Schrifttum werden überwiegend winzige Mineraleinschlüsse genannt. Eine grundlegende Arbeit hierzu stellte Postelmann 1937b vor, er erklärte das Phänomen als Rückstreuung bevorzugt des Blauanteils von Auflicht durch ein kolloides Medium (hier: Quarzmasse mit winzigen Einschlüssen). In der anglo-amerikanischen Literatur wird diese Art von Rückstreuung als Rayleigh scattering bezeichnet. Dagegen wird im deutschen Sprachraum mehr vom sog. Tyndall-Effekt gesprochen. Als ursächliche Einschlüsse glaubte Postelmann 1937b das Titaniummineral Rutil identifiziert zu haben, das in allerkleinsten Nadeln orientiert eingelagert sei. Diese Auffassung ist bis heute verbreitet (Frazier & Gobel 1982, Lehmann 1978: 234). Je nach Autor (Burmester & Barker 1970, Coblieg 1986, Hasenberger et al. 1998, Parker 1962, Zolensky et al. 1988) sollen auch die Minerale Ilmenit, Mg-Riebekit (Mg = Magnesium), Zirkon oder Turmalin ursächlich sein. Wieder andere Erklärungen sehen die Ursache allein in der kristallographisch orientierten Einlagerung (Epitaxie) obengenannter Minerale oder der optischen Wirkung von Rissen im Korn. Von anderer Seite wird der kristallographische Einbau von Elementen wie Ti (Titanium) als Ursache diskutiert (von Vultée & Lietz 1956).
Bedacht werden muß auch die Möglichkeit, ob die Farbe durch verschiedene Ursachen unabhängig von einander oder in Kombination verursacht werden kann.
Einen Zusammenhang der Blaufärbung mit Metamorphose darf vermutet werden, da viele - nicht alle - Metamorphite des Schildes zwischen Norwegen und Finnland Blauquarz aufweisen. Allerdings zeigen auch nicht alle Gesteine, die Blauquarz aufweisen, Anzeichen von Metamorphose.
Quarz von "blauer Farbe" läßt sich auf verschiedene Weise synthetisieren. Insbesondere Zugabe von Fe (Eisen) oder Co (Kobalt) ist farbwirksam (Wood & Ballman 1966). Allerdings ist es noch nicht gelungen, Blauquarz mit den oben genannten Eigenschaften nachzubilden.
Blauquarz ist durch verschiedene hochauflösende Verfahren untersucht worden, ohne daß bisher klare und eindeutige Zusammenhänge zwischen der Farbe und ihrer(n) Ursache(n) herausgearbeitet werden konnten.
Zu den wenig angewandten Untersuchungsverfahren gehört die Erregung von Blauquarz durch den Kathodenstrahl (Kathodolumineszens). Hier könnte der untersuchende Vergleich mit gewöhnlichem Quarz (zuletzt Walterhaug & Rykkje 2000) vielleicht Neues ergeben. Auch die gezielte Überprüfung auf Asterismus könnte aufhellen, welche fennoskandischen Vorkommen von Blauquarz sich so verhalten und ob orientierte Mineraleinlagerungen vorliegen.
Vorkommen
Blauquarz kommt in den alten Schilden vieler Gebiete der Erde gesteinsbildend vor. Weniger verbreitet ist Blauquarz dagegen in metamorphen Gesteinen aus erdgeschichtlich jüngerer Zeit, insbesondere des Phanerozoikums.
Welt ohne Europa
Das relativ bescheidene Schrifttum zum Thema "Blauquarz" nennt kristalline Gesteine folgender außereuropäischer Regionen als Blauquarz-führend: Afrika (Algerisch-Sahara, Belgisch-Kongo, Botswana, Namibia, Südafrika), Australien (New South Wales), Antarktis (Queen-Maud-Land sowie Dronning Maud Land), Indien, USA (Appalachen, nördliche Rocky Mountains, Kalifornien, Philadelphia, Texas, Vermont, Virginia, Wyoming).
Weiter kommt Blauquarz in Sedimenten als Detritus vor. Zu nennen sind das goldführende Witwatersrand-Konglomerat / Südafrika (Präkambrium) sowie phanerozoische Sedimente von Kalifornien, Ägypten und der Ukraine. Einige Schichten der Witwatersrand-Formation führen Blauquarz in ähnlicher Häufigkeit wie Ablagerungen fennoskandischer Herkunft (Oberthür 1983: 50).
Europa ohne Fennoskandischer Schild
Außerhalb Fennoskandias sind Gesteine folgender Regionen Blauquarz-führend: Europäische Alpen (Aiguilles Rouges-Massiv, Calanda/Aar-Massiv, Dent Blanche-Decke, Err Bernina-Decke, Gotthard-Massiv, Ivrea-Zone, Margna-Decke, "Seconda-Zone Dioritico Kinzigitica", Sesia Lanzo-Zone, Val Punteglias/graubündener Vorderrheintal), Deutschland (Erzgebirge), Frankreich (Amorikanisches Gebirge / Bretagne), Westeuropa (Spanien, Portugal), Osteuropa (Patom Upland / Russ. Föderation, Ukraine).
Als Detritus kommt Blauquarz in einheimischen Grauwacken (Harz, Oberdevon-Unterkarbon-zeitliche Geosynklinalablagerungen) sowie in Sandsteinen des Oberkarbons und Rotliegend (Molassesedimente) vor. Der Blauquarz ist von zentraleuropäischen Quellen („Mitteldeutsche Kristallin-Zone") abzuleiten. Von Graniten am Rande des sächsischen Erzgebirges stammt solcher in tertiärzeitlichen Sedimenten seines nördlichen Vorlandes (Cottbusser Schichten /Oligozän im Raume Torgau/Elbe). Weiter enthalten mesozoische Sedimente Schottlands Blauquarz.
Fennoskandischer Schild
Fennoskandia besteht teilweise aus Gesteinen mit tiefem Krustenanschnitt (vgl. Lindh 2002). Auch der kaledonisch gefaltete und in tektonischen Decken gestapelte Teil an seinem Westrand ist überwiegend metamorph, enthält aber darüber hinaus Gesteine der extremen Hochdruckmetamorphose (z. B. Eklogit), die im Kerngebiet des Schildes fehlen beziehungsweise dort retrograd umgewandelt sein können.
Blauquarz ist im gesamten Schild (von den norwegischen Kaledoniden bis nach Finnland) ausgebildet und gehört hier zu den häufigen Erscheinungen. Am verbreitetsten ist er in Graniten, weniger in Gneisen und magmatischen Ganggesteinen. Hälleflinta enthält nur selten Blauquarz. Regional gesehen sind die Granite einiger Regionen (z. B. Småland/Schweden), Ganggesteine (z. B. Påskallavik-Quarzporphyr) oder Gneise (z. B. Åmål-Gneisgranit) dafür bekannt, vorherrschend blaue Quarze aufzuweisen.
Darüber hinaus kommt Blauquarz bei (stark verschweißten, hochmetamorphen) Quarziten vor, wobei entweder alle rekristallisierten Quarze oder seltener einzelne davon als Blauquarz auftreten. Leider sind diese stark verschweißten, hochmetamorphen Quarzite besser als Klasten denn in Form ihrer Muttergesteine bekannt.
Sedimentologisch ist Fennoskandia für das nördliche Zentraleuropa von zentraler Bedeutung. Entsprechend leicht findet sich Blauquarz in Abtragprodukten des Schildes wieder. Beachtenswert ist, daß die ältesten Sedimente mit detritischem Blauquarz als hochmetamorphe Quarzite präkambrisches Alter haben. Zu den nicht-metamorphen Sedimenten präkambrischen Alters gehören die Sandsteine und Konglomerate des Jotniums. Auch dem Almesåkra-Konglomerat von Småland wird dieses Alter zugerechnet. Quarz- und Quarzitgerölle, die im sog. Gerölldiabas von Brevik (Hesemann 1975) eingeschlossen sind, sollen dem post-orogenen Almesåkra-Konglomerat entstammen. Der von dem Diabasgang aufgenommene Detritus besteht zum Teil aus Blauquarz (der also die Temperaturbelastung durch die Schmelze unverändert überstanden hat).
Die jüngsten Quarzsedimente, reich an Blauquarz, sind tertiärzeitlich gebildet worden. Weiter ist Blauquarz durch quartärzeitliche Kristallingeschiebe (Postelmann 1937a) wohlbekannt. Bei einigen Gesteinstypen spielt Blauquarz sogar als Bestimmungsmerkmal von kristallinen Leitgeschieben eine Rolle. Hierzu liegen entsprechende Farbabbildungen durch Hesemann 1975; Huisman 2000; Smed 1994, 2002 und Zandstra 1988, 1999 vor.
Reichtum an Blauquarz ist spezifisch für sandige Abtragprodukte des Fennoskandischen Schildes. Sie eignen sich also hervorragend für dessen Indikation. Während des ganzen Phanerozoikums (speziell U-M-Kambrium, basales Ordoviz, O-Silur und Devon, teilweise Trias, Jura, Kreide und Känozoikum) war der Schild immer wieder Hochgebiet mit entsprechendem Abtrag. Besonders weit reichte die Schüttung in Richtung Zentraleuropa während des Devons (Ostbaltikum), in der späten Trias- /frühen Jura-Zeit (Norddeutsch-Polnisches Becken) sowie zur Tertiärzeit (Alttertiär: Ostpreußen, das gesamte Pommern; Miozän: von Jütland über Kiel, Hamburg, Mecklenburg bis in die Niederlausitz; Pliozän: Nordsee und angrenzende Gebiete). Während des Quartärs erfolgte der Transport durch Inlandeis, Blauquarz-haltige Klasten wurden dabei ähnlich weit nach Süden verfrachtet wie zuvor während des Neogens.