Die Kristallographie, als Wissenschaft betrachtet

„Die Kristallographie, als Wissenschaft
betrachtet ...“ J.W.v. Goethe
Maximen und Reflexionen 721
Kristallographie an der Alma Mater Jenensis
Vortrag zur
Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Kristallographie
Und der Gesellschaft für Kristallzüchtung und Kristallwachstum
Jena, 15. – 19. März 2004
von
Klaus Heide, Institut für Geowissenschaften,
Friedrich-Schiller-Universität Jena
07749 Jena, Burgweg 11
Die gemeinsame Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Kristallographie und der Gesellschaft
für Kristallzüchtung und Kristallwachstum in Jena ist für die Öffentlichkeit ein offenkundiger Beleg
dafür, dass auch in Jena die Kristallographie einen festen und geachteten Platz an der Hochschule
und in der Industrie im Spektrum der Forschung und der industriellen Produktion besitzt.
Das Programm der Jahrestagung macht der Öffentlichkeit in Jena darüber hinaus deutlich, dass die
Kristallographie aus unserer modernen Gesellschaft nicht weg zu denken ist und dass unabhängig
von der Entwicklung in Deutschland weltweit große Anstrengungen in der Forschung unternommen
werden, diese Fachdisziplin für den technischen und wissenschaftlichen Fortschritt zu nutzen.
Vorbemerkung:
Die Entwicklung der Kristallographie zu einer eigenen Wissenschaftsrichtung wird mit den Arbeiten
von René Just Hauy (1743 –1822) zu Ende des 18. Jahrhundertst in Frankreich in Verbindung
gebracht. Die hier entwickelte Kristallstrukturlehre fand international, so auch in Deutschland, schnell
eine weite Verbreitung. Diese strukturelle Denkweise stand in deutlichem Gegensatz zu der durch
Gottlob Abraham Werner (1749 – 1817) aus Freiberg begründeten, in Europa weit verbreiteten,
morphologischen Betrachtungsweise.
Letztere war in ihrer praktischen Anwendung für die Kristallbeschreibung in der Natur z.B. in den
Montanwissenschaften besonders erfolgreich, demgegenüber dienten Hauy die natürlichen Kristalle in
erster Linie als Belege für seiner Theorie und seine Theorie verstand er nicht als ein Mittel zur
Beschreibung natürlich vorkommender Kristalle.
Über die Stellung der Kristallographie in den naturwissenschaftlichen Fachdisziplinen wird bis zum
heutigen Tag immer wieder diskutiert.
So verschärft sich in der Entwicklung der modernen Kristallographie, d.h. der „Kristallkunde“ (nach
Will Kleber ), bis heute eine Situation, die schon zwischen Hauy und Weiss zu einem „eigenartigen
Dilemma“ (Kleber 1956) führte. Kleber bringt dieses „Dilemma“ mit der „intensiven und lebendigen
Ausstrahlung“ der Kristallographie auf die „verschiedenen Nachbardisziplinen (Mathematik, Physik,
Chemie, Mineralogie, Petrographie, Geologie, Metallkunde) in Zusammenhang.
Zur „Lösung des Problems ist wohl vorgeschlagen worden, die Kristallkunde in Physik, Chemie usw.
aufzuspalten“. Zu solchen Vorschlägen bemerkt Kleber:
„Ich glaube nicht , dass eine derartige Entwicklung sinnvoll wäre. Die Kristallographie ist in ihrem
historischen Werdegang ein Kind der Mineralogie, von ihr hat die Kristallographie stets ihre stärksten
Impulse erhalten ...“
Welche Bedeutung haben solche historischen Rückblicke für die gegenwärtige und künftige
Entwicklung?
Aus den aktuellen interdisziplinären Forschungsfeldern ist hierzu kaum eine positive Antwort
abzuleiten, vielmehr scheint für viele heute aktive Forscher eine solche Diskussion über die
Zuordnung der Kristallographie zu einer Fachdisziplin überflüssig, ja sogar schädlich.
Man lese hierzu die Darstellung der Deutschen Gesellschaft für Kristallographie in ihrer
Selbstdarstellung „Kristallographie in Deutschland“ (http://opal.kristall.uni-frankfurt.de/DGK/).
Wenn heute das Forschungsprofil der Kristallographie im Konsens definiert werden kann, bestehen
im Hinblick auf die Ausbildung jedoch weitgehende Differenzen.
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Bei der Zuordnung der Kristallographie zu einem der naturwissenschaftlichen Hauptfächer ist
festzustellen, dass die Kristallographie in den großen Fächern wie Physik und Chemie oder Biologie
nur ein Randgebiet unter vielen gleichrangig eingeordneten Spezialisierungen ist.
Demgegenüber ist sie in der Mineralogie ein bis heute unverzichtbarer Hauptzweig.
Die Kristallographie und ihre Anwendung in der Analyse von natürlichen und technischen Feststoffen
ist eines der wesentlichen „Alleinstellungsmerkmale“ der Mineralogie gegenüber den anderen
geowissenschaftlichen, physikalischen und chemischen Fachrichtungen.
In Beziehung zu den geowissenschaftlichen Fachdisziplinen (Geologie, Geographie) besteht also der
Anspruch der Mineralogie und Kristallographie darin, bestimmte Erscheinungen in der Natur „messend
zu verfolgen“
Für die mineralogische Ausbildung ist entscheidend, dass die erfolgreiche Entwicklung der
Kristallographie nach Theodor Liebisch (1896) dadurch charakterisiert wird,
„dass der Entdeckung neuer Erscheinungen unmittelbar theoretische Überlegungen folgen, die sofort
wieder befruchtend auf die experimentelle Forschung zurückwirken. Denn sie zeigen, wie die
Erscheinungen messend verfolgt werden müssen, um die Tragfähigkeit der zu Grunde gelegten
Vorstellungen für den weiteren Ausbau der Wissenschaft zu prüfen“
Dieser Anspruch führt in der Lehre zu einem weiteren „Dilemma“.
Die spezifischen physikalischen, chemischen und mathematischen Anforderungen der Mineralogie
sind für geowissenschaftlich interessierte Schüler und Studenten häufig eine Barriere bei der Wahl
des Mineralogie-Studiums.
Noch heute sind die Kenntnisse über eine mineralogische d.h. geowissenschaftlich orientierte
Materialforschung nicht nur unter Schülern und Studenten sehr fragmentarisch und wenn vorhanden,
dominiert der Eindruck von der Kristallographie in der Mineralogie als einer abstrakten, in
geometrischen Diskussionen erstarrten, sterilen Wissenschaft.
Dies scheint dem Verständnis des vor 200 Jahren für die Jenaer Univerisät verantwortlichen Ministers
Johann Wolfgang v. Goethe zu entsprechen, wenn er in seinen Maximen und Reflexionen vermerkt:
„Die Kristallographie, als Wissenschaft betrachtet, gibt zu ganz eigenen Ansichten Anlaß. Sie ist
nicht produktiv, sie ist nur sie selbst und hat keine Folgen,..Da sie eigentlich nirgends anwendbar
ist, so hat sie sich in dem hohen Grade in sich selbst ausgebildet. Sie gibt dem Geist eine gewisse
beschränkte Befriedigung und ist in ihren Einzelheiten so manigfaltig, dass man sie unerschöpflich
nennen kann.“
Was veranlasste Goethe zu einer solch kritischen Äußerung über die Kristallographie?
Welche Konsequenzen könnte man für die Universität hieraus ableiten, besonders wenn man
bedenkt, dass Goethe bei strukturellen Entscheidungen der für die Jenaer Universität verantwortliche
Minister war?
An dieser offensichtlich bis heute noch verbreiteten Sicht über die Kristallographie in der Öffentlichkeit
sind ganz offensichtlich aber auch die Kristallographen selber mit Schuld. Schon 1854 schreibt Carl
Friedrich Naumann (1797 –1873) in seinem Lehrbuch „Anfangsgründe der Kristallographie“:
„Desungeachtet sind in der neuesten Ausgabe der Mineralogie von Phillips viele dergleichen
abstracte Projectionen statt portraitmässigen Krystallbilder eingeführt worden. Wir möchten wissen,
wie viele Schüler der Mineralogie durch solche Projectionen zu einer anschaulichen Vorstellung der
wirklichen Erscheinungsweise der Krystallformen gelangt sein dürften. Das noch so vielfach
herrschende Vorurtheil, als ob die Krystallographie keinen besonderen Nutzen für die Physiographie
und Characteristic der anorganischen Körper gewähre, und dass sie sich in abstrusen Formeln und
Darstellungen gefalle; ein Vorurtheil, welches den großen Göthe, bei seiner wie es scheint gänzlichen
Unkenntnis der Krystallographie, zu der Erklärung veranlasste, dass „sie eigentlich nirgends
anwendbar“ sei; dieses Vorurtheil kann allerdings durch solche Darstellungen derselben in
Elementarbüchern nur genährt werden“.
Das Ziel meines Beitrags ist angesichts der heutigen Entwicklung in Deutschland weniger die
Darstellung naturwissenschaftlicher oder wissenschaftshistorischer kristallographischer Fakten,
sondern vielmehr ein Appell an alle in der Lehre Tätigen, die Kristallographie als eine wesentliche
Säule der geo- und materialwissenschaftlich bezogenen Forschung für die Lösung von aktuellen
Problemen der Feststoff-Forschung weiter zu pflegen und zu vermitteln.
Dieser Appell richtet sich nicht nur an die Universitäten, sondern in gleicher Weise an die
Forschungseinrichtungen unseres Landes, in denen junge Naturwissenschaftler ihre weitere
kristallographische Ausbildung und Qualifikation erhalten.
Es wird versucht, an Hand der Geschichte der Kristallographie an der Jenaer Universität einige
historische Fakten zu vermitteln, die vielleicht für die Bewertung der gegenwärtigen Situation an den
deutschen Hochschulen hilfreich sind.
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Die Darstellung ist als Anregung für die öffentliche Diskussion über die Notwendigkeit des Erhaltes
eines Fachgebiets gedacht, das keine Studentenmassen anzieht und trotzdem im Hinblick auf die
Zukunft auch an den deutschen Hochschulen weiter entwickelt werden müßte.
Kristallographie in Jena
Das Interesse am Studium von Mineralien und Kristallen an der Universität in Jena lässt sich bis in die
Anfänge der Universität belegen.
So findet sich in der Jenaer Bibliothek eine intensiv genutzte Handschrift zu „Kollegs über die
Gesteine und Metalle“ des Franziskaners Bartholomäus Anglicus in
„De proprietatibus rerum“
(Über die Eigenschaften der Dinge), einem Handbuch des
naturwissenschaftlichen Wissens um 1228.
Abb.1: Bartholomäus Anglicus 1228
Nachweislich wird die Mineralogie im Lehrprogramm der Universität ab 1793 durch August Johann
Georg Carl Batsch (1761 – 1802) angeboten.
Abb.2
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Übersicht über die Kristallformen aus A.J.G.C. Batsch (1761 – 1802)„Grundzüge der
Naturgeschichte des Mineralreiches“ 1801Ab 1793 wurde von ihm in den Lehrveranstaltungen die
Mineralogiean der Universität Jena angeboten
In der Geschichte der Mineralogie aus dem Jahre 1864 von Franz von Kobell (1803 – 1882) findet
man Jena mit einer konkreten originellen Forschungsleistung erwähnt und zwar mit den 1802 in Jena
durchgeführten Untersuchungen von Johann Willhelm Ritter (1776 – 1810) über die elektrische
Leitungsfähigkeit am Turmalin und die Krystallelectricität.
Dieser Effekt der Pyroelektrizität lässt sich, wie später der Jenaer Mineraloge Gottlob Linck (1858 –
1947) anschaulich in seinem Lehrbuch zeigte, eindrucksvoll durch Bestreuen der Kristalle mit
Schwefel und Mennige Puder nachweisen.
Konkrete Hinweise auf mineralogische Aktivitäten Ende des 18. und im 19. Jahrhunderts findet man
noch heute in den schriftlichen Unterlagen der Mineralogischen Sammlung des Instituts für
Geowissenschaften. Eine Sammlung die heute auf eine mehr als 200-jährige Geschichte
zurückblicken kann.
Dadurch, dass der Anfang der Sammlung sehr eng mit dem Wirken J. W. v. Goethes als für die
Universität verantwortlichen Minister des Herzogs Carl August von Sachsen-Weimar verbunden ist,
fand die Geschichte der Mineralogie in Jena ein besonders kulturhistorisches Interesse, das in sehr
unterschiedlicher Weise auf die fachspezifischen Zusammenhänge eingeht.
Abb. 3
1a) Ein Würfel von Cordierit, parallel zu den drei Absorptionsachsen (1 b) geschliffen, mit
Pleochroismus
2a & b) Cordieritgeschiebe in verschiedener Stellung3a)Turmalinkristall mit Pleochroismus
4) Dünnes Plättchen eines Plagioklas mit Zwillingsstreifung. Polarisations- farben zwischen
gekreuzten Nicols.
5) Rechtsquarz
6) Linksquarz
7) Quarzzwilling, Schweizer Gesetz
8) Boracit
9) Struvit (Ammonium-Magnesium-Phosphat)
( 5 - 9 Pyroelektrische Kristalle. Erwärmt und während der Abkühlung mit Schwefelund
Mennige bestäubt. Analoger Pol rot, Antiloger gelb)
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Abb.4: Goethe als Minister (1749 – 1832)
Portrait gemalt 1819 von D. Daweam Ende seiner amtlichen Tätigkeit für die
Universität:„Oberaufsicht über die unmittelbaren Anstalten für Wissenschaft und Kunst in
Weimar und Jena“
Betrachtet man die Rolle der Kristallographie im Lebenswerk Goethes genauer, dann wird sichtbar,
dass seine oben zitierte Meinung nicht aus einer generellen Abwertung oder Ignoranz einer neuen
Wissenschaft entsprang. Es zeigt sich vielmehr, dass ihm die Behandlung der Kristalle durch die
Kristallographen „in abstrusen Formeln und Darstellungen“ (Naumann 1859) angesichts der
Faszination, die Kristalle für den Menschen haben, Schwierigkeiten bereiteten. Dieses Problem hat bis
heute nicht an Aktualität verloren.
Aus der Sicht Goethes ist der Kristall immer mehr als seine atomare Struktur und seine
makroskopisch sichtbaren Flächen. In dieser ganzheitlichen Sicht findet er zur Kristallbeschreibung
einen leichteren Zugang mit dem durch Christian Samuel Weiss in Berlin vertretenen
Prozeßverständnis der Kristallbildung.
Trotz der sehr distanzierten Haltung Goethes zu dem Handwerkszeug der Kristallographie (z.B. der
Flächenbeschreibung mit Indizes auf der Grundlage von Winkelmessungen) beschäftigte ihn die
Ausbildung der Kristallform sehr intensiv.
„Diese unschätzbaren Kristalle nötigen sodann zu der Lehre hin, die wir Haüy verdanken; da mir denn
ein Schüler von ihm und Biot, Herr Hofrat Soret von Genf, der treueste Führer bleibt, indem diese
neue Sprache, mit ihren wundersamen Worten, Ausdrücken, Terminologien, Ausmessungen und
Bezeichnungen mich in meinen späteren Jahren traf, wo man weder solchen Eindrücken mehr offen,
noch auch sie festzuhalten imstande ist“
an Karl Cäsar Ritter von Leonhard am 6. Januar 1823
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Abb.5 Penetrations (Durchdringungs)-Zwillinge von Orthoklas Fig. 262 „rechts“ und „links“
verwachsene Individuen nach C.F.Naumann 1850
Die Zeichnungen, die Goethe am 20.07.1807 von einem Zwillingskristall von Feldspat anfertigte,
belegen beispielhaft seine auch von Weiss hervorgehobene Beobachtungsgabe.
Abb.6: Goethe Zeichnung: Zwilling
Unabhängig von seiner sehr individuellen Sicht, insbesondere auf die Prozesse der Kristallisation und
der dabei gebildeten Kristalle, ist erkennbar, dass sich Goethe durchaus um einen Zugang zu den
kristallographischen Erkenntnissen seiner Zeit bemühte.
Ein wesentliches Argument Goethes in seinem Diskurs mit den „Kristallographen“ ist seine
Befürchtung, dass durch die Formalisierung der Kristallbeschreibung nur mit den Elementen der
Struktur und der Form das Wesen des Kristalls, das „wirklich Herrlichste“, verloren geht.
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Es ist besonders in der Lehre bis heute lohnend, sich diesem Aspekt der Kristallographie zu
zuwenden, nicht zuletzt um junge Menschen für diese „Herrlichkeiten“ zu begeistern, die Goethe u.a.
poetisch mit einem Gedicht zur Kristalloptik beschreibt.
Entoptische Farben
Laß Dir von den Spiegeleien unserer Physiker erzählen,
die am Phänomen sich freuen, Spiegel hüben, Spiegel drüben,
Doppelstellung, auserlesen;
Und dazwischen ruht im Trüben als Kristall das Erdenwesen.
Dieses zeigt, wenn jene blicken, allerschönste Farbenspiel,
Dämmerlicht, das beide schicken, offenbart sich dem Gefühle.
Schwarz wie Kreuze wirst Du sehen,
Pfauenaugen kann man finden;
Tag und Abendlicht vergehen;
Bis zusammen beide schwinden.
Und der Name wird ein Zeichen,
Tief ist der Kristall durchdrungen;
Aug in Aug sieht dergleichen wundersame Spiegelungen.
Laß den Makrokosmus gelten, seine spenstischen Gestalten!
Da die lieben kleinen Welten wirklich Herrlichstes enthalten.
Einige Beispiele aus dem Jenaer mineralogischem Praktikum und dem Lehrbuch von Linck sollen die
beschriebenen Effekte ohne nähere Erklärung illustrieren. Die gezeigten Präparate wurden aus
unterschiedlich dicken Spaltblättchen von Gips (CaSO 4x 2H2O) hergestellt und mit linearpolarisiertem
Licht betrachtet. Durch Verwendung von zwei Polarisatoren können je nach dem Winkel zwischen den
Schwingungsrichtungen der Polarisatoren die Farberscheinungen erzeugt werden.
Abb. 7 Gips in unterschiedlicher Dicke zwischen gekreuzten Polarisatoren
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Abb.8: Achsenbilder optisch einachsiger und zweiachsiger Kristalle
(aus Linck, Grundriß der Kristallographie 5. AuflageVerlag v. Gustav-Fischer, Jena
1919 )
Die sog. Achsenbilder entstehen in bestimmten Schnittlagen nicht kubischer Kristalle bei der
sogenannten „konoskopischen“ Betrachtung.
Die Aufgeschlossenheit Goethes für die moderne Entwicklung in der Mineralogie und Kristallographie
wurde offensichtlichem nicht von dem an der Universität für die Mineralogie in Jena verantwortlichen
Professor Johann Georg Lenz (1745 – 1832) geteilt.
Lenz verfügte über die von ihm 1797 gegründete „Societät für die gesammte Mineralogie zu Jena“
über einen für die damalige Zeit ungewöhnlich breiten Zugang zur modernen Literatur.
In der Blütezeit waren in der Gesellschaft über 2000 Mitglieder aus allen namhaften nationalen und
internationalen Instituten vertreten. Zu diesen Mitgliedern zählten auch die meisten Kristallographen
dieser Zeit, wie Hauy, Weiß, Naumann u.a..
Lenz interessierte sich ganz offensichtlich nicht für die modernen Entwicklungen in der
Kristallographie. Es finden sich keine Hinweise auf irgendeine Reaktion zur Entwicklung seiner Zeit
auf diesem Gebiet, weder in der Lehre noch in der Forschung.
Vorlesungen zur Kristallographie werden erstmals an der Universität von Lorenz Oken (1779 – 1851)
unter dem Titel: Crystallographiam una cum principis ordinatibus mineralia in classes, ordines, tribus
et familias naturales“ angeboten. Aus seiner stark naturphilosophisch geprägten Betrachtungsweise
entwickelte er eine eigene Nomenklatur zur mineralogischen Systematik. Die oft recht eigenwilligen
„Okenschen Termini“ wie die „mathematische Irdenlehre“ für die kristallographie konnten sich nicht
durchsetzen und sind heute ebenso wie die von ihm 1813 veröffentlichte Härteskala weitgehend
vergessen.
Völlig anders ist demgegenüber die Bedeutung von Carl Friedrich Naumann für die Entwicklung der
Kristallographie in Jena. Naumann, einer der kompetentesten Vertreter der modernen Kristallographie
in Deutschland begann seine wissenschaftliche Laufbahn von 1823 – 1824 als Privatdozent der
Mineralogie in Jena.
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Abb. 9 C.F.Naumann (1797 – 1873), 1823 – 1824 Privatdozent in der Mineralogie an der
Universität Jena
Einzelheiten über die Gründe, worum er Jena nach kurzer Zeit verließ, kennen wir nicht. Auf
Differenzen mit Goethe kann dieser Wechsel nicht zurückgeführt werden. In zahlreichen Briefen
informierte er Goethe bis zu dessen Tod in freundschaftlicher Weise über seine kristallographischen
Arbeiten und nahm zu Goethes Kommentaren sehr gründlich Stellung.
Er wurde als Professor an der Universität Leipzig zu einem der führenden Vertreter ner
Kristallographie in Deutschland. Besonders verdienstvoll waren seine Bemühungen um die Einführung
der Weisschen Kristallsystematik in die deutschen Lehrbücher. Später wurde sein Lehrbuch prägend
für die Ausbildung vieler Generationen von Mineralogen und Kristallographen in Deutschland.
1829 habilitierte sich Gustav Sukow (1803 – 1867) an der Jenaer Universität zum Privatdozenten für
Mineralogie und Geologie. Ein Schwerpunkt seines Wirkens waren chemisch-technische und
analytische Arbeiten. In seinen Vorlesungen vertrat er ab 1829 die Kristallographie und chemische
Mineralogie.
Nach dem Tod von Lenz 1832, bemühte sich Goethe noch im hohen Alter um die Übergabe des
Direktorates der Societät an Carl Friedrich Bachmann (1784 – 1855). Unter ihm verlor jedoch die
Mineralogie und Kristallographie an der Jenaer Universität in der Forschung und Lehre sehr schnell an
Bedeutung.
Auch die Weimarer Regierung zeigte nach dem Tod Goethes wenig Interesse an der Mineralogischen
Societät, was auch zu einem spürbaren Rückgang der materiellen und moralischen Unterstützung für
die Mineralogie an der Universität führte.
Die Jahre von 1832 – 1851 an der Universität in Jena sind gekennzeichnet durch politische Unruhen
und einen chronischen Mangel an finanziellen Mitteln, durch die die Thüringer Universität „mehr und
mehr gegenüber den wesentlich besser dotierten Universitäten in den übrigen deutschen
Bundesländern“ zurück blieb.
In Folge der Karlsbader Beschlüsse wurden bereits ab 1819 zur Kontrolle und Zensur der
Universitäten ein landesherrlicher Bevollmächtigter (Kurator) eingesetzt, der der Universität eine
„heilsame, auf die künftige Bestimmung der Jugend berechnete Richtung geben sollte“.
Es war ein Glück für Jena, dass Carl August für dieses Amt Männer gewinnen wollte, die die
Sicherheit boten, dass die „staatlichen Aufsichtsbefugnisse ohne Schädigung der Universität“
wahrgenommen würden.
Goethe, dem dieser Posten als erstem angeboten wurde, lehnte jedoch aus Altersgründen ab.
Trotz der wachsenden Finanznot, sahen die Kuratoren in der Folgezeit ihre Aufgabe darin, durch eine
weitsichtige Berufungspolitik den weiteren Niedergang der Jenaer Universität zu verhindern.
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So sah der am 1. April 1851 eingesetzte Kurator Moritz Seebeck es als seine erste Pflicht an, die
Universität gegenüber den Erhalterstaaten im Sinne einer Fürsorge zu vertreten. Als er sein Amt
antrat, waren nicht einmal alle im Universitätsstatut von 1829 vorgesehenen Ordinariate besetzt.
Während seiner Amtszeit wurden auch die Lehrstühle für die mathematisch-naturwissenschaftlichen
Abteilungen, so auch die Mineralogie, neu besetzt.
Das Wirken des ersten ordentlichen Professors für „Naturgeschichte ... unter spezieller Hinweisung
auf Mineralogie und Geognosie“ (ab 1865 als Professur für Mineralogie und Geologie bezeichnet)
Ernst Erhard Schmid (1815 – 1885) konzentrierte sich auf die „Wiederbelebung“ der
Geowissenschaften an der Jenaer Universität. Für die Kristallographie lassen sich aus seinem Wirken
keine Impulse nachweisen.
Dies verhält sich völlig anders mit dem Wirken von Ernst Haeckel (1834 – 1919), der ab 1865 als
ersten Professor für Zoologie an der Jenaer Universität tätig war.
Ernst Haeckel erkannte die Bedeutung der Kristallographie besonders unter dem Aspekt der
„Gestaltenlehre in der Natur“. Nach seinenVorstellungen galten am Anfang des 20. Jahrhunderts die
Kristalle „fast allgemein als leblose starre Naturkörper“
Abb. 10 Moritz Seebeck (1805 -1884) Kurator der Universität Jenavon 1851 - 1877
„Die Wissenschaft, die sich mit der Erforschung der „toten“ Kristalle beschäftigt, die Krystallographie,
ist daher eine „exakte“ anorganische Naturwissenschaft,
die sich in den sicheren Bahnen der Mathematik bewegt und weder mit dem „Leben“, noch mit der
„Seele“, als vollkommenste Erscheinung des Lebens, irgend etwas zu tun hat.“
(E. Haeckel, Kristallseelen; Studien über das anorganische Leben
Leipzig 1917)
Sein Anliegen war eine Sicht der Lebensformen als ein Element der Kristallographie. Haeckel
verfolgte dabei „die Idee eines kristall-analogen Aufbaus organischer Formen...Er entwarf eine Art
organische Kristallographie, eine – wie er selbst formulierte – organische Stereometrie (Breidbach
1998).
Für ihn war die Entdeckung der „flüssigen, scheinbar lebenden Kristalle“ von Otto Lehmann 1904 eine
„höchst bedeutende Arbeit“. Nach Haeckel (1917) „wurde das Jahr 1904 zu einem hervorragenden
Markstein in der Naturphilosopie“.
Seine Schlussfolgerungen, dass alle Substanzen Leben besitzen und alle Dinge beseelt sind, sind
nicht zu unrecht heute weitgehend vergessen oder werden als ein Irrweg belächelt.
Nach dem Tod von Ernst Erhard Schmid 1894, versuchte Haeckel die Professur für Mineralogie und
Geologie in ein Ordinariat für Geologie und Paläontologie umzuwandeln. Haeckel tat dies nicht zuletzt
unter Berufung auf Goethe, der wie er die Gestalt in das Zentrum seiner Betrachtung stellte.
Die Forderung Haeckels nach Umwidmung der Professur für Mineralogie und Geologie scheiterte
jedoch an dem massiven Widerstand besonders der Professoren
der physikalischen und chemischen Lehrstühle.
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Abb.11: Portrait Haeckel 1834 – 1919; 1899
Kristallseelen“
„Die Welträtsel“ „Kunstformen der Natur“, 1917
Abb.12: Kristalloide Kieselkörper aus Kristallseelen; Studien über das anorganische Leben
Leipzig 1917
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Abb. 13 Der „Referierabend“ Jenaer Naturforscher 1898
mit Adolf Winkelmann (2.v.l.) und Ernst Abbe (3.v.l.), (Physik), Ludwig Knorr (4.v.l.) (Chemie),
Ernst Haeckel (5.v.l.) (Zoologie) in der ersten Reihe
Diese Entscheidung trug auch der Entwicklung der Zeiss-Werke Rechnung.
Der zunehmende Bedarf an mineralogischer und kristallographischer Grundlagenforschung
veranlasste Ernst Abbe (1840 –1905) die Mineralogie und Geologie an der Universität zu stärken.
Abb. 14: Portrait E.Abbe (Ernst Carl Abbe 1840 – 1905, seit 1864 Mitglied der Mineralogischen
Societät zu Jena, 1889 Errichtung der Carl-Zeiss-Stiftung
1902 Antragstellung im Vorstand der Carl-Zeiss Stiftung auf Neubau der mineralogischen
Anstalt ,1903 Baubeginn,1904 24. Oktober Eröffnung
Mit der Berufung von Gottlob Eduard Linck (1858 – 1947) auf den Lehrstuhl für Mineralogie und
Geologie im Jahre 1894 erhielt die Kristallographie in der Lehre und Forschung ein charakteristisches
Profil.
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Abb. 15: Gottlob Eduard Linck (1858 – 1947); 1896 Grundriß der Kristallographie für
Studierende und zum Selbstunterricht, 1908 2 Auflage, 1913 3. Auflage, 1919 4. Auflage, 1923 5.
Auflage
1914 „Chemie der Erde“ Zeitschrift für chemische Mineralogie,Petrographie, Bodenkunde
und Geochemie
Einerseits entstand eine für die damalige Zeit ungewöhnlich enge Verbindung eines Hochschulinstituts
mit der örtlichen Industrie. Aus dem freundschaftlichen Verhältnis zu Ernst Abbe entwickelte sich die
Zusammenarbeit mit dem Zeiß-Werk. 1903 konnte mit maßgeblicher Unterstützung der Carl-ZeißStiftung mit dem Neubau des Instituts für Mineralogie und Geologie in der Schillerstraße begonnen
werden. Mit der Übergabe an die Universität stand ab 1904 ein modernes Forschungsinstitut zur
Verfügung, dass alle Voraussetzungen für eine moderne Lehre mit Hörsälen, Übungsräumen und
Sammlungssälen erfüllte. Mit der Einrichtung von Laboratorien zur Kristallzüchtung wurde auf aktuelle
Forderung des optischen Gerätebaus reagiert.
Abb. 16 Institut für Mineralogie und Geologie, Schillerstraß 1904
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Abb. 17 Foyer des Mineralogisch-Geologischen Instituts
Abb. 18 Kristallkeller im Institut
Andererseits schaffte das von Linck in zahlreichen Auflagen beim Gustav Fischer Verlag in Jena
herausgebrachte Lehrbuch „Grundriß der Kristallographie. Für Studierende und zum Selbstunterricht
1. Auflage 1896“ einen Leitfaden für die kristallographische Ausbildung von Mineralogen in Jena.
Besonders bemerkenswert für dieses Lehrbuch ist das Bemühen, neben der Vermittlung von
kristallographischen Grundlagen deutlich zu machen, dass die Kristallographie ein unverzichtbarer
Bestandteil einer geowissenschaftlichen aber auch chemischen Ausbildung ist.
Bestimmend bei allen Auflagen ist die Erkenntnis, dass die Kristallographie als „ausgesprochen exaktexperimentelle Wissenschaft.... ohne Objekte und Experimente weder“ gelehrt noch betrieben werden
kann.
Ebenso wichtig ist es für Linck, die Kristallographie aus einer „mönchischen Abgeschiedenheit“ zum
„Allgemeingut der mit mineralogischen, geologischen, physikalischen und chemi schen Problemen
beschäftigten Theoretiker und Praktiker“ zu machen.
15
Abb.19 Alaunkristall (Chromalaun, Kristallzüchtung am Mineralogischen Institut um 1920)
Die Verbindung kristallographichen Denkens auf einer mineralogischen Grundlage mit Fragen der
kristallchemischen Grundlagenforschung und angewandten Forschung in den Grenzbereichen zur
Geologie, Geophysik, Chemie, Physik, Materialwissenschaft und in neurer Zeit auch zur Biologie und
Medizin ist für die Mineralogie in Jena bis in die heutigen Tage charakteristisch.
Es ist bemerkenswert, dass das zwischen 1896 und 1923 von Linck in 5 Auflagen herausgebrachte
Lehrbuch völlig aus dem Gedächtnis der heutigen kristallographischen Lehrbuchliteratur
verschwunden ist. Dessen ungeachtet wurde das didaktische Konzept zum Leitfaden für viele
Generationen von Mineralogen, die in Jena bis zur Schließung des Instituts für Mineralogie,
Kristallographie und Petrographie bis 1968 ihre Ausbildung erhielten. In diesem Sinne entspricht die
Ausbildung in Jena bis heute nicht dem Profil „reiner kristallographischer“ Institute. Die aus der Natur,
der industriellen Praxis oder der anthropogen veränderten Umwelt bearbeiteten Probleme sind aber
ohne die kompetente Mitarbeit professionell ausgebildeter Kristallographen nicht lösbar.
Abb. 20:Lehrbuch Grundriß der Kristallographie. Für Studierende und zum Selbstunterricht 1.
Auflage 1896“
16
Abb. 21:
In den dreißiger Jahren wurde das Mineralogische Institut (ab 1932 erfolgte die Trennung in das
Geologische Institut und das Institut für Mineralogie, Kristallographie und Petrographie) unter Fritz
Heide (1891 – 1973) darüber hinaus zu einem wichtigen Partner des Zeiß-Werkes bei der Entwicklung
und Erprobung neuer Geräte für die instrumentelle Analytik. So führte die Entwicklung der
Quarzspektrographen durch das Carl Zeiss Werk zu den ersten Spurenelementanalysen von
Tektitgläsern und damit zu einer Blüte der im Sinne von V.M. Goldschmidt notwendigen
geochemischen emissionsspektrographischen Analytik.
Abb.22 Hermann Wilhelm Friedrich Heide (1891 – 1973) F. Heide und V.M. Goldschmidt,
Exkursion Norwegen 1928
17
Kristallstrukturelle Fragen ergaben sich am Mineralogischen Institut aus der Fortsetzung der
Meteoritenforschung und dem neuen Forschungsprogramm zur Genese der Salzlagerstätten des
Zechsteins.
Am Beispiel der Forschungen zur Struktur und Genese von Boracit, kann die für Jena spezifische
mineralogische Kristallographie belegt werden.
Folie 23: Boracit (Boracit Mg3[Cl/B7O13] aus kieseritsch-sylvinitischem Halit Schachtanlage
Bernburg-Gröna,Sachsen-Anhalt
Wesentlich für das Verständnis der Genese dieser zum Teil modellartig ausgebildeten Kristalle ist
zwar die Kenntnis der atomaren Struktur und des äußeren Habitus, die Fragen der Bildungsprozesse
in einer Salzlagerstätte sind dadurch jedoch nicht zu beantworten. Zum damaligen Zeitpunkt war nicht
absehbar, dass die Beantwortung dieser Frage bei der geplanten Nutzung von Salzlagerstätten für die
Endlagerung von Sonderabfällen heute eine Schlüsselstellung besitzt.
Neue Anforderungen an die Kristallographie ergaben sich aus der Glasforschung so z.B. für Fragen
der Haltbarkeit von Glas in der Geosphere und den damit verbundenen Fragen der Endlagerung von
verglasten Sonderabfällen. Durch die Existenz von natürlich gebildeten Gläsern kann die Haltbarkeit
von Glas in geologischen Zeiträumen (d.h. Zeiten > 10.000 Jahre) studiert werden.
18
Abb. 24 Obsidian Ikizdere Türkei (Obsidian Blockfeld
Kara Tepe, Ostpontiden,Türkei)
Kristalle im Glas in ihrer unterschiedlichen Tracht und ihrem teilweise ungewöhnlichen Habitus sind
Schlüssel zum Verständnis der Bildungsbedingungen und der Alteration, d.h. Veränderung in
geologischen Prozessen. Auf die zahlreichen heute noch völlig offenen Fragen kann in diesem
Rahmen nicht weiter eingegangen werden. Die folgenden Bilder zeigen hierfür nur ein Beispiel einer
bemerkenswerten Ausbildung von Magnetitkristallen in einem natürlichen Glas aus Armenien
19
Abb. 25 Magnetit und Pyroxenkristalle im Obsidian, Armenien
Abb.26 vergößerter Ausschnitt von 25
5
Wie wichtig das Verständnis und die Beherrschung der Kristallisationsprozesse im Glas sind wird
eindrucksvoll durch die Entwicklung von neuen Materialien durch eine gesteuerte Kristallisation
belegt. Mit solchen Studien verbunden ist die Entwicklung von Glaskeramiken mit spezifischen, durch
die Kristalle bestimmten physikalischen Eigenschaften. So bewirkt der in Folie 37 gezeigte
kohlkopfartig ausgebildete Glimmer, dass die entsprechende Glaskeramik wie ein Metall maschinell
bearbeitbar ist.
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Abb. 27 Glimmerkristalle in einer bearbeitbaren Glaskeramik (Otto-Schott-Institut, Jena)
Neuere Entwicklungen am Otto-Schott-Institut zeigen die Möglichkeit kristallographischer
Untersuchungen bei der strukturellen Aufklärung der Mineralphasenbildung für eine gerichtete und
gesteuerte Kristallisation,
Abb. 28 Orientierte Kristallisation von Fresnoit Ba2Ti[O/Si2O7]
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Abb.29: Oberflächenkristallisation auf Cordieritglas
Abb.30 Oberflächenkristallisation auf einem getemperten Cordieritglas (Otto-Schott-Institut,
Jena)
Neben diesen geowissenschaftlichen und materialwissenschaftlichen Arbeitsrichtungen entwickelten
sich an der Universität Laboratorien zur Strukturanalyse so am Institut für Physikalische Chemie und
am Physikalischen Institut. Die Technik der Röntgenbeugung gewann hierbei zusammen mit
spektroskopischen Verfahren, einschließlich der Festkörper NMR, eine zentrale Bedeutung.
Erinnert sei in diesem Zusammenhang auch an das Bemühen in den naturwissenschaftlichen Fächern
zu einem allgemeineren Verständnis der Kristallographie nicht nur bei den Mineralogen, sondern z. B.
auch bei den Physikern beizutragen. Mit seiner „Einführung in die Kristalloptik“ (1963) schaffte
Eberhard Buchwald, (1886 – 1975) (von 1945 – 1954 Professor für Theoretische Physik an der
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Jenaer Universität) einen originellen Zugang zu den optischen Phänomen in der Kristallwelt, die in
ihrer Dynamik in der folgenden Präsentation unmittelbar erlebbar werden.
Abb. 21: Eberhard Buchwald (1886 – 1975) (Professor für Theoretische PhysikFriedrichSchiller-Universität Jena 1958)
Abb. 21: Eberhard Buchwald (1886 – 1975) (Professor für Theoretische PhysikFriedrichSchiller-Universität Jena 1958)
Abb. 21: Eberhard Buchwald
(Professor für Theoretische PhysikFriedrich-Schiller-Universität Jena 1958)
(1886
–
1975)
Abb.22 :
Zusammenfassend können wir mit diesem Rückblick in die Geschichte feststellen, dass die
Kristallographie an der Jenaer Universität seit ihrer Etablierung als Wissensgebiet wie fast überall in
Deutschland eine sehr bewegte Stellung eingenommen hat. Bemerkenswert und typisch für Jena ist
hierbei die Tatsache, dass das Interesse der örtlichen Industrie an diesem Fachgebiet für die positive
Entwicklung häufig entscheidend war. Einzelnen Persönlichkeiten gelang es verschiedentlich gegen
allgemeine Haltungen im Land, an der Universität und den verantwortlichen Ministerien modernen
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Ansprüchen gerechtwerdende Lösungen im wirtschaftlichen und wissenschaftlichen Interesse
Thüringens durchzusetzen. In gleicher Weise fehlte bei Desinteresse, Mangelsituationen und übereilte
Profilierungen der Hochschule und der Industrie ein spezifischer Diskussionspartner, der durch die
Entwicklung anderer Fächer nicht ersetzt wurde. Die verschiedenen Neuanfänge in der mehr als 200
jährigen Geschichte der Mineralogie und Kristallographie in Jena zeigen, dass 10 bis 20 Jahre bei
großzügiger Förderung erforderlich waren, um den Rückstand zur internationalen Spitzenforschung
wieder aufzuholen und einen für die örtlichen Industrie attraktiven und produktiver Leistungsträger zu
schaffen.
Eine moderne Gesellschaft kann, wie durch die Tagung sehr eindrucksvoll gezeigt wird, auf die
Leistungen der „Kristallkunde“ nicht verzichten. Ob auf dem Gebiet der Kristallographie künftig der
Standort Jena eine Rolle spielt, sollte gemeinsames Anliegen des Landes, der Hochschule und der
örtlichen Industrie sein.
Jena, 15.03.04
Literatur:
Breidbach O.: Kurze Anleitung zum Bildgebrauch; in Ernst Haeckel: Kunstformen der Natur,
Prestel Verlag München New York (1998)
Franke H.: Die Entwicklung der Mineralogie an der Universität Jena im Zeitraum von 1782 bis 1832;
WZ FSU Jena, Math.-Nat. Reihe 25. 2 (1976) 159 - 179
Haeckel E.: Kristallseelen, Studien über das anorganische Leben; A.Kröner Verlag Leipzig 1917
Heide, K., Franke, H., Brückner, H.P.: Vorkommen und Eigenschaften von Boracit in den
Zechsteinlagerstätten der DDR Chem. Erde 39 (1980) 201 – 232
Kobell v.F.: Geschichte der Mineralogie; Cottasche Buchhandlung München 1864
Krätz O.: Goethe und die Naturwissenschaften ; G.D.W. Callwey Verlag München 1992
Linck G.: Grundriß der Kristallographie; Gustav Fischer Verlag Jena (1923)
Naumann C.F. Anfangsgründe der Kristallographie , Arnoldsche Buchhandlung Leipzig 1850
Naumann C.F. Elemente der Mineralogie Engelmann Verlag Leipzig (1874)
Steiger G.: Die Universität Jena im Zeitalter der Befreiungskriege, der Restauration und des Kampfes
um die deutsche Einheit (1806 – 1871), Kap. 6 in Geschichte der Universität Jena
Bd. I (1958) VEB Gustav Fischer Verlag Jena
Stolz R.: Chymia Jenensis; Alma Mater Jenensis H6 (1988) FSU-Jena Verlagsabteilung