Edle Steine Schmuckstücke aus der Edelstein
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Edle Steine Schmuckstücke aus der EdelsteinSammlung von Dr. Bertold Suhner 9. November 2013 bis 4. Mai 2014 Liebe Lehrerinnen und Lehrer Ende 2011 wurde dem Naturmuseum St. Gallen von der Dr. Bertold SuhnerStiftung eine Sammlung von rund 600 geschliffenen Edelsteinen geschenkt. In unserer neuen Sonderausstellung zeigen wir einen repräsentativen Querschnitt durch diese Sammlung und gewähren einen kleinen Einblick in die MineralienSammlung des Naturmuseums St. Gallen. Zudem stellen wir die interessante Biographie Bertold Suhners vor, der – unter anderem - als Forscher, Unternehmer und Naturforscher gewirkt hatte. Ein Besuch der Sonderausstellung ist vor allem für Klassen der Mittel- und Oberstufe spannend. Idealerweise planen Sie genügend Zeit ein und gehen noch in die Geologische Abteilung unserer Dauerausstellung. Hier finden Sie grosse und „fassbare“ Mineralien und Kristalle. Auf unserer Website www.naturmuseumsg.ch gibt es einen grossen Geologieparcours, den Sie für Ihre Klasse adaptieren können. Diese Wegleitung wurde von der Museumspädagogik des Naturmuseums St. Gallen erstellt und darf ausschliesslich für schulische Zwecke verwendet werden. Für Führungen und weitere Informationen sind wir unter: [email protected] erreichbar. Einen spannenden Ausstellungsbesuch wünscht Seite 1 Inhaltsverzeichnis Rahmenprogramm ..........................................................................................................................2 Inhalt der Ausstellung und Biographie B. Suhners .........................................................................3 Geologische Grundlagen der Ausstellung ......................................................................................4 Eine kleine Edelsteinkunde ............................................................................................................5 Edelsteinportraits ............................................................................................................................8 Einblicke in ausgewählte Sammlungen ..........................................................................................12 Literaturtipps und Ideen rund um den Ausstellungsbesuch ............................................................13 Arbeitsblätter und Lösungen .......................................................................................................... 14 Rahmenprogramm Vorträge Di 3. Dezember 2013, 19.30 Uhr: Indien – Faszination der Edelsteine Vortrag von Berthold Ottens, Walsdorf bei Bamberg / D Mi 19. März 2014, 19 Uhr: Edelsteine im Lichte von Naturwissenschaft und Technik Vortrag von Florian Neukirchen, Diplom-Mineraloge und Sachbuchautor, Berlin / D Di 8. April 2014, 19.30 Uhr; Fälschungen bei Edelsteinen, Mineralien und Fossilien Vortrag von Charles Handschin, Zentralpräsident der Schweizerischen Vereinigung der Strahler, Mineralien und Fossiliensammler, Biberist Sonntagsführungen jeweils 10.15 – 11 Uhr So 5. Januar 2014: Edelsteine und funkelnde Kristalle Führung durch die Ausstellung mit Dr. Peter Kürsteiner So 16. März 2014: Edelsteine in Naturwissenschaft und Technik Führung durch die Ausstellung mit Dr. Toni Bürgin, Direktor Naturmuseum So 13. April 2014: Edle Steine für die Wissenschaft Führung durch die Ausstellung mit Dr. Toni Bürgin, Direktor Naturmuseum Kindernachmittag Mi 4. Dezember 2013, 14 – 16 Uhr Glitzernde Weihnachtsgeschenke Ein Museumsabenteuer mit spielerischer Führung durch die Ausstellung und Basteln, mit unseren Museumspädagoginnen. Für Kinder ab 6 Jahren, CHF 8.– Anmeldung: T 071 242 06 70 17. Herbsttagung: Sa 16. November 2013, 14 – 17.30 Uhr Edle Steine und funkelnde Kristalle Tagung mit vier allgemeinverständlichen Referaten zum Thema ‹Edelsteine› Schule im Museum Mi 13. November 2013, 16.30 – 17.30 Uhr Einführung für Lehrpersonen, Vorstellung der Sonderausstellung mit Regula Frei und Petra Wiesenhütter, Anmeldung: T 071 242 06 70 Seite 2 Inhalt Die Sonderausstellung im Ostraum des Museums informiert in 16 Wandvitrinen über die Person von Dr. Bertold Suhner, seine Forschungsarbeit, über verschiedene Edelsteine aus seiner Sammlung, sowie über die Mineraliensammlungen der Bertold SuhnerStiftung und des Naturmuseums St. Gallen. Abgerundet wird die Ausstellung durch die Präsentation des 1960 entstandenen Films „Kleine Tiere – gross gesehen“. Bertold Suhner: Ein Leben für Technik und Wissenschaft Bertold Suhner war eine schillernde Persönlichkeit, genialer Tüftler, erfolgreicher Unternehmer und ein grossherziger Naturfreund. Geboren am 5. August 1910, verbrachte er seine Jugendzeit in Herisau. Nach dem Maschinenbaustudium an der ETH Zürich stieg er 1938 in den väterlichen Betrieb, die Suhner & Co in Herisau, ein. Am 1. April 1943, mitten im Zweiten Weltkrieg, gründete er zusammen mit dem befreundeten Elektrotechniker Willi Studer die Metrohm AG. Die Firma war ursprünglich auf Messgeräte im Radio- und Fernmeldebereich spezialisiert. Den Durchbruch schaffte sie 1947 mit der Entwicklung eines elektronischen pH-Messgerätes. Nach seinem Rückzug aus der operativen Geschäftsleitung brachte er das gesamte Aktienkapital in eine eigene Stiftung ein. Heute beschäftigt die Metrohm AG am Standort Herisau rund 400 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und gehört damit zu einem der wichtigsten Unternehmen im Kanton Appenzell Ausserrhoden. Weltweit sind gegenwärtig 1850 Personen in 42 Tochterunternehmen tätig. Bertold Suhner pflegte neben seiner Arbeit eine Vielzahl von Steckenpferden: Sportliche, wie Fliegen oder Bergsteigen und künstlerische wie Malerei und das Orgelspiel. Bereits früh begann sich Bertold Suhner dem Filmen zuzuwenden. Sein Dokumentarfilm „Kleine Tiere – gross gesehen“ wurde Ende der 1960er Jahre sogar an den Solothurner Filmtagen prämiert und wird in der aktuellen Sonderausstellung gezeigt. 1968 gründete er die Bertold-Suhner-Stiftung. Diese widmet sich in erster Linie sozialen und kulturellen Belangen im Kanton Appenzell A.Rh. 1980 wurde seine zweite Stiftung, die Dr. Bertold Suhner-Stiftung für Natur-, Tier- und Landschaftsschutz, ins Leben gerufen. Bertold Suhner verstarb am 26. April 1988. Seine umfangreiche Mineraliensammlung wird heute durch die Bertold-Suhner-Stiftung betreut. Seine Edelstein-Sammlung gelangte im Dezember 2011 als Schenkung ans Naturmuseum St.Gallen. In der aktuellen Sonderausstellung wird nun erstmals ein repräsentativer Teil dieser wertvollen Sammlung gezeigt. Nach Jahren intensiver Beschäftigung mit Kunst begann sich Bertold Suhner der Wissenschaft zuzuwenden. Ihn interessierten dabei vor allem die Mineralien. 1983 erwarb er die umfangreiche Mineraliensammlung des St. Galler Kaufmanns Edmund Alther (1927 – 1998). Diese war zugleich auch die Basis für seine spätere Doktorarbeit: An der Universität Basel begann er, die Infrarot-Spektren verschiedenster Mineralien zu untersuchen. 1984 schloss Bertold Suhner im Alter von 74 Jahren seine Dissertation mit dem Titel „Zur Anwendung der Infrarot-Spektroskopie in der Mineralogie“ erfolgreich ab. Seite 3 Geologische Grundlagen der Ausstellung Was ist ein Gestein? Gesteine kommen überall in der Natur vor. Alle grossen Gebirge, Vulkane, Sandstrände, aber auch jeder Kieselstein bestehen aus Gesteinen. Sie sind auf natürliche Weise gebildete Gemenge, die entweder aus vielen Kristallen eines einzigen Minerals oder aus vielen Kristallen unterschiedlicher Mineralien bestehen können. Gesteine unterscheiden sich voneinander, da sie auf unterschiedliche Weise entstanden sind. Die meisten Gesteine haben sich während Prozessen, welche Tausende oder gar Millionen von Jahren dauerten, gebildet. Diese Prozesse gehen in vielen Fällen ineinander über oder folgen aufeinander. Grob gesagt, können Gesteine aus magmatischen, sedimentären und metamorphen Prozessen entstehen. Auch heute noch bilden sich Gesteine. Relativ kurz geht das zum Beispiel bei einem Vulkanausbruch, wenn durch das Abkühlen der heissen Lavamassen Gesteine entstehen. Wir unterscheiden dementsprechend drei grosse Gruppen von Gesteinen: Erstarrungsgesteine entstehen im Erdinneren und bei Vulkanausbrüchen. Die flüssige Gesteinsmasse aus dem Erdinnern kühlt sich ab und wird kalt und hart. Ablagerungsgesteine entstehen meist im Wasser. Muschel- und Schneckengehäuse lagern sich ab, werden über Jahrmillionen zusammengepresst und werden zu Kalkstein. Pflanzentreste lagern sich ab und werden zu Tonstein. Sandkörner verdichten sich zu Sandstein. Umwandlungsgesteine haben ihre Form und Zusammensetzung verändert. Sie haben sich unter Hitze und enormem Druck, wie zum Beispiel bei einem Erdbeben oder bei Gebirgsbildungen, umgewandelt. Kalkstein wird zum Besipiel zu Marmor, Granit wird zu Gneis. Was ist ein Mineral? Bausteine der Gesteine sind die Mineralien. Mineralien sind meist feste Stoffe. Sie sind auf natürliche Weise ohne menschliche Einwirkung entstanden. Sie bilden eine einheitlliche Substanz: Zerschlägt man ein Stück Mineral in kleine Teile, besteht jedes Bruchstück aus demselben Material. Was ist ein Kristall? Kristalle sind eine spezielle Art von Gesteinen. So wie Pflanzen und Tiere unterschiedliche Formen haben, können auch Mineralien zu Körpern mit einer bestimmten Gestalt wachsen. Hierbei lagern sich die Stoffe in so regelmässiger Weise aneinander, dass dadurch bestimmte Körper entstehen, die man Kristalle nennt. Die meisten Mineralien können Kristalle bilden. Das Bauprinzip der jeweiligen Kristalle bleibt sich immer gleich – aber es werden nicht immer alle Flächen vollständig ausgebildet. So können aus dem gleichen Mineral Kristalle entstehen, die sich von der Gestalt her unterscheiden. Auch Schneeflocken bestehen aus winzigen Kristallen unterschiedlicher Formen. Seite 4 Eine kleine Edelsteinkunde Was sind Edelsteine? Sie gelten als Symbole von Macht und Reichtum, von Wertschätzung und Schönheit, und begleiten uns Menschen schon seit Jahrtausenden. Edelsteine sind Mineralien mit einer ganz bestimmten chemischen Zusammensetzung und einer typischen Kristallform. Ein paar wenige Edelsteine zählen zu den Gesteinen wie etwa Obsidian oder Moldavit oder zu organischen Bildungen wie z.B. Perlen und Bernstein. Von den über 4'600 bekannten Mineralien können aber nur rund 40 als richtige Edelsteine bezeichnet werden. Es existiert grundsätzlich keine allgemeingültige Definition des Begriffs Edelstein. Um als Edelstein gelten zu dürfen, müssen aber bestimmte Eigenschaften vorliegen. Dazu gehören Schönheit, Dauerhaftigkeit und Seltenheit. Bei der Beurteilung der Schönheit spielen Form, Farbe, Transparenz und Glanz (oft beschrieben durch die „four cs“: color, clarity, cut, carat) eine zentrale Rolle. Diese können aber erst nach der Bearbeitung der Rohsteine beurteilt werden. Bei der Dauerhaftigkeit steht die Härte an erster Stelle. In einer Skala von 1 bis 10 ist Diamant die härteste Substanz auf unserem Planeten. Edelsteine müssen mindestens die Härte von Quarz (7) aufweisen. Die Seltenheit eines Edelsteins richtet sich nach Angebot und Nachfrage. Neben den echten Edelsteinen, welche alle oben genannten Eigenschaften aufweisen, werden die weniger dauerhaften oder undurchsichtigen Steine zuweilen auch einfach als Schmucksteine bezeichnet. Der Begriff Halbedelstein wird wegen seiner abwertenden Bedeutung nicht mehr verwendet. Die meisten Edelsteine besitzen einen kristallinen Aufbau. Das bedeutet, dass ihre kleinsten Bestandteile, die verschiedenen Atome, gleichmässig in einem Gitter angeordnet sind. Diese Anordnung ist verantwortlich für die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der Kristalle. Die Kristallografie, die Wissenschaft von den Kristallen, unterscheidet aufgrund der unterschiedlichen Achsen und Winkel sieben verschiedene Kristallsysteme. Die Würfelform (kubisch) weist dabei die höchste Symmetrie auf. Beispiele für kubische Kristalle sind: Diamant, Fluorit, Pyrit und Granat. Die geringste Symmetrie findet sich im triklinen System. Hier treten keine rechten Winkel mehr auf. Trikline Kristalle sind zum Beispiel der Türkis oder der Amazonit. Genau wie sich Pflanzen- und Tiere in Bezug auf ihre Verwandtschaft in grössere, systematische Einheiten gruppieren lassen, werden auch Edelsteine nach ihrer jeweiligen chemischen Zusammensetzung zu Gruppen und Klassen zusammengefasst. Am gebräuchlichsten ist dabei die Einteilung des deutschen Mineralogen Hugo Strunz, der die Mineralien nach ihrer Kristallstruktur und ihrer chemischen Zusammensetzung in 10 Klassen eingeteilt hat. Grundlage der Einteilung ist die Tatsache, dass, wenn sich ein Element mit einem Nichtmetall verbindet, eine bestimmte Reaktion erfolgt: Bei den Oxiden reagiert zum Beispiel das Element Eisen mit Sauerstoff und Wasser, es kommt zur Oxidation und aus Eisen wird Rost. Seite 5 Einteilung der Mineralien nach ihrer Kristallstruktur Mineralklasse Verbindung aus Beispiel in der Ausstellung (weitere Beispiele) I. natürl. Elemente Element steht für sich allein z. B. Kohlenstoff Diamant (Gold) II. Sulfide Element + Schwefel z. B. Eisen + Schwefel Sphalerit (Pyrit) III. Halogenide Element + Fluor, Chlor z. B. Kalzium + Fluor Fluorit (Halit) IV. Oxide V. Carbonate / Nitrate Element + Sauerstoff z. B. Silizium, Eisen + Sauerstoff Element + Kohlensäure VI. Borate VII. Sulfate / Chromate / Molybdate / Wolframate VIII. Phosphate / Arsenate / Vanadate IX. Silikate Quarz (Korund) Calcit Sinhalit (Hambergit) Element + Schwefelsäure Coelestin (Scheelit, Gips) Element + Phosphorsäure Phosphophyllit (Türkis) Element + Kieselsäure X. Organische Substanzen Zirkon (Granat,s Epidot, Turmalin, Jade, Chaorit, Lapislazuli u.v. Bernstein Woher stammen Edelsteine? Damit Edelsteine entstehen können, braucht es ganz besondere Bedingungen: Temperatur, Druck und Zeit spielen eine zentrale Rolle. Mit jedem Meter, welchen wir in die Tiefe steigen, steigen die Temperaturen in der Erde. An der Grenze zwischen Erdmantel und äusserem Kern, in rund 3'000 Kilometern Tiefe, liegen diese bei über 7'000° C. Bei diesen hohen Temperaturen und dem hier herrschenden Druck liegen alle chemischen Verbindungen in flüssiger Form vor. Steigt nun die Magma, die heisse Gesteinsschmelze, an die Oberfläche auf, so kühlt sie sich zunehmend ab und in ihr können Edelstein-Kristalle zu wachsen beginnen. So entstanden vor vielen Millionen Jahren die Diamanten. Ein weiterer Entstehungsort von Edelsteinen sind Gesteinshohlräume, welche mit sehr heissem, mineralreichem Wasser gefüllt sind. Kühlen sich diese ab, so entstehen Kristalle durch Ausfällung. Dabei können sich über Jahrmillionen verschiedene Mineralien mischen. Es entstehen dann sogenannte Aggregate oder Mineralgemische. Diese Art der Mineralbildung wird in den Alpen häufig angetroffen. Aber auch in Ablagerungsgesteinen können sich mithilfe von Mikroorganismen Edelsteine bilden. So entstand beispielsweise Opal. Die Umkristallisation unter hohem Druck und Temperatur ist ein weiterer Weg wie Mineralien und Edelsteine entstehen können. Edelsteine kommen weltweit vor. Aber nicht überall liegen abbauwürdige Vorkommen, sogenannte Lagerstätten, vor. Nicht besonders dicht, dafür in einer guten Qualität finden sich Edelsteine in sogenannten Primärlagerstätten. Hier handelt es sich um den ursprünglichen Ort, wo Edelsteine gebildet wurden, zum Beispiel in einem Vulkanschlot. In sekundären Lagerstätten, sogenannten Seifen, können Edelsteine durch das Zusammenschwemmen von Wasser in grösseren Mengen vorliegen. Die Gewinnung von Edelsteinen ist in jedem Fall ein aufwändiger Prozess. Seite 6 Heute können Edelsteine mit technischen Methoden auch künstlich hergestellt werden. Diese synthetischen Edelsteine werden vor allem als billige Industrieprodukte in der Technik verwendet. Aufgrund ihrer speziellen Eigenschaften sind Edelsteine gesuchte und geschätzte Handelsgüter. Der weltweite Umsatz mit Edelsteinen beträgt jährlich mehrere Milliarden Dollar, wovon rund 80% aus dem Handel mit Diamanten stammt. Weitere wirtschaftlich wichtige Edelsteine sind Rubin, Saphir, Smaragd, Turmalin, Aquamarin und Spinell. Das Handelsmass für Edelsteine ist das Karat, das einem Gewicht von 0,2 Gramm entspricht. Woher haben Edelsteine ihre Farben? Einen Teil ihrer Faszination verdanken Edelsteine ihrer funkelnden Brillianz, ihrem Feuer und ihrer vielfarbigen Pracht. Rubinrot oder Smaragdgrün sind Farbbezeichnungen, welche wir den Eigenschaften bestimmter Edelsteine entnommen haben. Farben machen den auch die Besonderheit vieler Edelsteine aus. Dabei wird von einer Fachperson gezielt auf die Sättigung, die Schattierung und die Tönung dieser Farben geschaut. Das unsere Welt farbig erscheint, hängt mit den physikalischen Eigenschaften der uns umgebenden Dinge ab. Fällt weisses Tageslicht durch die Tropfen eines Regenschauers wird es in seine einzelnen Farben aufgefächert und am Himmel erscheint ein vielfarbiger Regenbogen mit einer Abfolge von Rot über Orange, Gelb, Grün, bis hin zu Blau und Violett. Lässt ein Edelstein das Tageslicht komplett durch, so erscheint er uns glasklar und transparent. Werden hingegen einzelne Teiles des Tageslichtes im Stein absorbiert, so kommt die Mischung der übrig gebliebenen Farben zum Tragen und wir sehen einen farbigen Stein. Farbige Edelsteine entstehen durch die besondere chemische Zusammensetzung ihrer Kristalle. Einen weiteren Einfluss auf die Farbigkeit können zudem winzige Mengen an eingelagerten Spurenelementen, in erster Linie Metalle, ausüben. So wird der an sich farblose Korund durch Einlagerung von Chrom zum Rubin. Auch Unregelmässigkeiten im Kristallgitter können wie etwa beim Rauchquarz Farbeffekte bewirken. Zudem kann eine nachträgliche Hitzebehandlung die Farbe bei verschiedenen Edelsteinen verändern. Wie werden Edelsteine in Form gebracht? Rohe Edelsteine, wie sie die Natur hervorgebracht hat, lassen sich in den wenigsten Fällen direkt als Schmucksteine verwenden. Erst durch die mechanische Bearbeitung erhalten sie ihre endgültige Form. Kann ein Kristall ungestört und in Ruhe heranwachsen, so ist sein Äusseres ein Abbild seines inneren Baus. Es entstehen dabei je nach Mineral und chemischer Zusammensetzung unterschiedliche Kristallformen. Ein Beispiel dafür ist etwa der Bergkristall, der in typischer Ausbildung sechs glatte Aussenflächen aufweist. Durch eine geschickte Bearbeitung kann die Brillianz eines Edelsteins massiv gesteigert werden. Dazu werden die rohen Steine durch Spalten, Schneiden und Schleifen in eine spezielle Form gebracht. Mit einer geschickten Anordnung der Schliffflächen wird dabei der Glanz und das Feuer eines Edelstein richtiggehend entfacht. Zu den bekanntesten Schliffformen gehört der Brillant, der in erster Linie bei Diamanten angewendet wird. Hier sind 58 einzelne Facetten so angeordnet, dass sie das Maximum des von oben eingestrahlten Lichts wieder reflektieren und zusätzlich durch die Lichtstreuung das Farbenspiel erhöhen. Nicht transparente Steine werden häufig zu sogenannten kuppelförmigen Cabochons geschliffen. Seite 7 Edelsteinportraits Diamanten – „a girls best friend“ Der Diamant gilt heute als bekanntester und wirtschaftlich wichtigster Edelstein. Diamanten entstanden vor Jahrmillionen in der äusseren Erdrinde. In einer Tiefe zwischen 150 bis 300 Kilometern herrschten die entsprechenden Temperaturen und Drücke, welche den reinen Kohlenstoff zum Diamant werden liessen. In der glutflüssigen Magma gelangten diese dann in Richtung Erdoberfläche. Hier werden sie entweder direkt aus dem erstarrten Gestein oder aus durch Verwitterung entstandenen Flussablagerungen gewonnen. Abgebaut werden dabei Lagerstätten, wenn sie mindestens 0,1 Gramm Diamant pro Tonne Gestein enthalten. Seine Beständigkeit haben den Diamanten schon seit mehr als 2'500 Jahren zu einem wichtigen Edelstein gemacht. Dabei haben vor allem die grossen und farbigen Diamanten eine zum Teil recht abenteuerliche Geschichte hinter sich. So zum Beispiel der grüne Dresden, der riesige Cullinan (Stern von Afrika“) oder der blaue Hope. Sie galten und gelten seit jeher als Insignien von Macht und Herrschaft. Aufgrund seiner grossen Härte konnte der Diamant erst ab dem 13. Jahrhundert bearbeitet werden. Die ersten Schlifftechniken waren dabei noch relativ einfach. Der bekannte Brillantschliff entstand erst 1910. Die Qualität von Diamanten wird heute streng überwacht. Ein Raster von rund 16'000 Güteklassen gibt jedem Stein seinen individuellen Charakter. Dabei stehen Farbe, Transparenz, Schliff und natürlich die Grösse an erster Stelle. Heute gilt der Diamant als der König der Edelsteine. Er macht 90% des Edelsteinhandels aus. Zu den wichtigsten Ursprungsländern gehören Zentral- und Südafrika, Russland, Kanada und Australien. Immer wieder in die Schlagzeilen geraten sogenannte „Blutdiamanten“, welche aus Kriegs- oder Krisenregionen stammen und zur Finanzierung von Konflikten verwendet werden. Dem kann durch den Erwerb von nach der Herkunft zertifizierten Steinen entgegen getreten werden. Diamant – der härteste Stoff der Welt Obwohl er, wie der extrem weiche Graphit, lediglich aus elementarem Kohlenstoff besteht, verblüfft der Diamant durch seine beeindruckenden physikalischen Eigenschaften. Seinen Namen hat er aufgrund seiner Härte und Dauerhaftigkeit erhalten. Das griechische Wort „adamas“ bedeutet „der Unbezwingbare“. Kein Stoff auf unserer Erde ist härter als Diamant. Dennoch lässt sich jeder Diamant, wenn man weiss wie, relativ gut spalten. Im Gegensatz zum Graphit, wo die Kohlenstoff-Atome in einzelnen Schichten vorliegen, die nur durch schwache Kräfte miteinander verbunden sind, besitzt der Diamant eine starke Verbindung zwischen allen seinen Kohlenstoff-Atomen. Während sich mit dem Graphit im Bleistift schreiben lässt, ist dies mit dem Diamanten nicht möglich. Hingegen ritzt der Diamant alle weicheren Stoffe. Seine ausserordentliche Härte machen den Diamanten nicht nur als Edelstein interessant: Der grösste Teil der jährlich gefundenen und praktisch alle künstlich hergestellten Diamanten werden in der Industrie gebraucht, sei dies in Form von Schleif- und Poliermittel oder als Beschichtung von Bohr-, Schneidund Schleifwerkzeugen. Hier kommt in erster Linie polykristalliner Diamant, sogenannter Boart, zum Einsatz. Seite 8 Seine besonderen Eigenschaften haben dazu geführt, dass Diamanten als Tonabnehmer für hochwertige Plattenspieler verwendet wurden. Er wandelt dazu die auf der Plattenoberfläche eingeprägten Rillen durch eine mechanische Verformung in elektrische Signale um, welche wiederum verstärkt werden können. Die hohe Wärmeleitfähigkeit und die gute elektrische Isolation sind weitere wichtige Eigenschaften des Diamanten, welche von der Industrie genutzt werden. Rubin und Saphir Rubin und Saphir sind zwei Varietäten des Minerals Korund und werden aufgrund ihrer Farbenpracht als Edelsteine hoch geschätzt. Die grosse Härte von Korund ist zudem für die Industrie von Interesse. Korund ist in reiner Form farblos und recht selten. Er entsteht sowohl in magmatischen wie auch im metamorphen Gestein, welches reich an Aluminium ist. Gefunden wird Korund weltweit vor allem in Seifen-Lagerstätten. Ab und zu kommt es im Korund zu sogenannten Sterneffekten (Asterismus), welcher auf den Einschluss von anderen Mineralien wie etwa Rutil zurückzuführen ist. Enthält ein Korund Spuren von Chrom, so wird er zum roten Rubin und damit zu einem der wertvollsten Edelsteine überhaupt. Grosse Rubine können in bester Qualität sogar teurer sein als gleich grosse Diamanten. Die unterschiedlichen Einschlüsse können einen Hinweis auf das Herkunftsgebiet liefern. So sind vor allem die Rubine aus Myanmar, dem früheren Burma, intensiv rot gefärbt. Heute kann aber auch mit einer vorsichten Hitzebehandlung die Tiefe des Rottones künstlich intensiviert werden. Und nicht jeder rote Edelstein ist ein Rubin. Denn es gibt viele sehr ähnliche Edelsteine, welche in der Vergangenheit häufig als Rubin bezeichnet wurden, in Tat und Wahrheit aber etwas ganz anderes sind. Wenn Eisen und Titan als Spurenelemente auftreten, wird der Korund blau und als Saphir bezeichnet. Neben dem blauen Saphir gibt es zudem eine grosse Fülle von gelblichen bis grünen Saphiren. Einer davon ist der rosa oder lachsfarbene Padparadscha. Haarartige Rutileinschlüsse verleihen gewissen Saphiren einen speziellen Seidenglanz. Seit 1887 kann Korund künstlich hergestellt werden. Seine Härte ist nur wesentlich geringer als diejenige von Diamant weshalb er in der Industrie als wichtiges Schleif- und Poliermittel zum Einsatz kommt. So finden sich auf Sandpapier und auf Nagelfeilen synthetische Korund-Kristalle. Auch kratzfeste Uhrengläser werden aus synthetischem Korund gefertigt. Amethyst und Co. Quarz ist das häufigste Mineral in der Erdkruste. Dennoch sind einzelne seiner Varietäten wie etwa der Amethyst auch beliebte Schmucksteine. Der klare Quarz oder Bergkristall wurde in der Antike als von den Göttern geschaffenes ewiges Eis betrachtet. Heute hat Quarz vor allem in der Industrie eine wichtige Bedeutung. Er findet in optischen Geräten, in der Elektronik und in der Glasfasertechnik vielfältige Verwendung. Gefunden wird er zuweilen in grossen Stufen in den Alpen. Der durch Gammastrahlung dunkel gefärbte Rauchquarz wird als Morion bezeichnet. Der violette Amethyst ist der begehrteste Stein innerhalb der Gruppe der Quarze. Sein Name leitet sich vom griechischen „nicht betrunken“ ab. Die alten Griechen und Römer glaubten, dass sie durch die Verwendung von Weinbechern aus Amethyst weniger Seite 9 betrunken würden. Durch den Fund grosser Lagerstätten in Brasilien kam es zu einem massiven Preiszerfall und damit zu einer Entwertung des Amethysts als Edelstein. Der zitronengelbe Citrin und der grüne, aber sehr seltene Prasiolith, gehören ebenfalls zu den Quarzen. Das Farbenspiel des Opals, wie er in der Schmuckindustrie verwendet wird, vereinigt das ganze Spektrum. Auch heute noch ist sein genauer Bildungsprozess nicht ganz geklärt. Zuweilen können auch Versteinerungen opalisiert werden. Beispiele dafür sind Ammoniten und Baumstämme. Rund 95% aller Schmuckopale stammen aus Australien, wo der Opal den Status eines Nationalsteins inne hat. Nur wenige Edelsteine, wie etwa der Diamant oder der Korund, sind härter als der Chrysoberyll. Geschliffen weisst er eine grosse Brillanz auf, allerdings ohne das Feuer eines Diamanten zu zeigen. Eine seltene Variante des Chrysoberylls ist der Alexandrit, ein Edelstein, der bei unterschiedlichem Licht seine Farbe wechselt: Am Tag leuchtet er grün, in der Nacht wird er rot. Beryll, Topas, Turmalin und Spodumen Diese vier gehören zu den Silikatmineralien und zeichnen sich durch eine grosse farbliche Vielfalt aus. Unter ihnen finden sich viele wichtige und geschätzte Edelsteine. Gefärbt durch Spurenelemente entstehen aus ursprünglich farblosen Kristallen farbenfrohe Edelsteine: Aus Beryll entsteht durch Titan oder Eisenionen der durchsichtig blaue Aquamarin oder durch Chrom und Vanadium der grüne Smaragd. Wegen der häufigen Risse und Spalten werden diese Edelsteine vielfach mit Öl imprägniert. Die turmförmigen Kristalle von Topas können ebenfalls sehr gross werden. So sind ebenfalls aus Brasilien Kristalle von gegen 40 Kilogramm gefunden worden. Die häufigsten Farben beim Topas sind blau, pink und orange. Dank ergiebiger Lagerstätten wird Topas in grossen Mengen gewonnen und gilt daher als günstiger Edelstein. Seine grosse Härte ist ebenfalls günstig für die Verwendung als Schmuckstein. Turmaline, deren Namen vom singhalesischen Wort für „Stein mit gemischten Farben“ stammt, umfassen nach heutigem Wissen mehr als ein Dutzend unterschiedliche Mineralienarten. Fünf davon werden als Edelsteine verwendet. Sie wurden in der Vergangenheit häufig mit anderen Edelsteinen wir Smaragd, Saphir oder Rubin verwechselt. Die säulenförmigen Kristalle sind oft unterschiedlich gefärbt; einfarbige Steine sind recht selten. Spodumen wird erst seit gut hundert Jahren als Edelstein verwendet. Seine Name leitete sich von griechisch „zu Asche verbrannt“ ab. Dies bezeichnet die opaken Kristalle, welche eine Länge von bis zu 15 Metern und ein Gewicht von 90 Tonnen erreichen können. Spodumen in Edelsteinqualität sind eher kleine Kristalle, in blassvioletter Varietät als Kunzit und in grünlicher Varietät als Hiddenit bezeichnet als Schmucksteine Verwendung finden. Granate, Steine der Götter Granate wurden bereits vor mehr als 5'000 Jahren im Alten Ägypten als Schmuckstein verwendet. Ihren Namen erhielten sie vermutlich vom tiefroten, fleischigen Samen des Granatapfels. Der Granat ist ein komplexes Silikatmineral und kann in zwei Gruppen unterteilt werden: Einerseits in Granate mit Kalzium im Kristallgitter und Seite 10 andererseits in Granate ohne Kalzium dafür mit Spuren von Eisen, Magnesium oder Mangan. In der Spätantike und im Mittelalter waren insbesondere die roten Granate (Almandin und Pyrop) unter dem Begriff Karfunkelstein beliebte Schmucksteine bei weltlichen und religiösen Würdenträgern. Ihnen wurden vielfach Heil- und Abwehrkräfte zugeschrieben. Granate sind weit verbreitet. Gefunden werden sie in Sedimentgestein, aber auch in metamorphem und magmatischem Gestein. Sie können zum Teil eine beachtliche Grösse aufweisen. Zirkon, im Schatten des Diamanten Obwohl er in seinen optischen Eigenschaften dem Diamanten sehr nahe kommt, wird Zirkon selten als Edelstein verwendet. Wie viele andere Edelsteine auch, ist Zirkon schon seit der Antike bekannt. Sein Name leitet sich vom persischen Wort „zarqun“, für „goldfarben“ ab. Gefunden werden Zirkone weltweit. Grosse Vorkommen finden sich in Südostasien und Australien. Trotz seiner grossen Härte ist Zirkon spröde und daher empfindlich auf Beschädigungen. Zirkon kommt in vielen verschiedenen Varianten vor. Farblos wird er als Matara bezeichnet, blau als Starlit. Beide Farbvarianten können künstlich durch eine Erwärmung bräunlicher Steine auf rund 1’000° Celsius erreicht werden. Die gelben bis orangen Formen werden Hyacinth und die strohgelben Jargon genannt. Zirkon wurde in der Vergangenheit häufig als Diamant-Ersatz verwendet. Aufgrund seiner Härte wird er heute häufig als Schleifmittel eingesetzt. Zudem wird aus ihm das seltene Metall Zirkonium gewonnen, welches besonders widerstandsfähig gegen Korrosion ist. Zirkonoxid wird für die Herstellung besonders feuerfester Einrichtungen verwendet. Zirkone können ein sehr hohes Alter aufweisen. So sind die ältesten bekannten Zirkonkristalle aus Australien rund 4,4 Milliarden Jahre alt, beinahe so alt wie die Erde selber. Wie lässt sich dies feststellen? Häufig finden sich in Zirkonkristallen radioaktive Einschlüsse. Mit ihrer Hilfe und äusserst empfindlichen Messinstrumenten lässt sich das Alter des Kristalls ermitteln. Zirkonkristalle sind also Zeitkapseln aus der Frühzeit der Erde und spielen in der Geologie eine wichtige Rolle. Seite 11 Einblicke in ausgewählte Sammlungen Schmuckstücke aus der Mineraliensammlung der Bertold Suhner-Stiftung Bertold Suhner erwarb er 1983 die umfangreiche Mineraliensammlung des St.Galler Kaufmanns Edmund Alther. Später kam, ebenfalls aus den Beständen von Edmund Alther, eine schöne Kollektion von Achaten dazu. 1987 fügte er diesen noch eine Sammlung von Mineralien aus der weltbekannten Walliser Fundstelle Lengenbach im Binntal hinzu. Die Mineraliensammlung der Bertold-Suhner-Stiftung umfasst gegenwärtig rund 5'000 Mineralstufen aus aller Welt. Besonders gut vertreten sind dabei Mineralien aus den beiden griechischen Fundorten Kassandra und Laurion sowie aus dem kroatischen Trepca. Weiter sind hervorzuheben eine repräsentative Sammlung Schweizer Mineralien sowie eine hervorragende Quarz-Sammlung. Die Sammlung wird durch gezielte Ankäufe laufend ergänzt. Schmuckstücke aus der Mineraliensammlung des Naturmuseums St.Gallen Die Mineraliensammlung des Naturmuseums St.Gallen umfasst gegenwärtig rund 4'000 grössere und kleinere Objekte. Von den weltweit über 4'600 verschiedenen Arten von Mineralien, finden sich in rund 10% in der Mineraliensammlung des Naturmuseums St.Gallen. Im neuen Naturmuseum wird den Mineralien im Ausstellungsteil „Schätze aus dem Boden“ ein eigener Bereich gewidmet. Darin wird neben den regionalen Mineralien und denjenigen schweiz- und weltweiter Vorkommen auch die Edelstein-Sammlung von Dr. Bertold Suhner künftig ihren Platz finden. Rund die Hälfte der Mineralien in der Sammlung des Naturmuseums stammt aus den Kantonen St.Gallen und beider Appenzell. Hier kommen mehr als zwanzig verschiedene Mineralien vor. Besonders häufig ist dabei der Calcit. Er weist einen überaus grossen Formenreichtum auf und kommt beispielsweise in der Kristallhöhle Kobelwald und im Bergwerk Gonzen in rieisigen Lagern vor. Hervorgehoben werden können zudem aufgrund der Menge und Qualität der Fluorit sowie aufgrund der speziellen Ausbildung Quarz (Bergkristall). Besonders zu erwähnen sind die sogenannten „Öhrli-Diamanten“, kleine BergkristallDoppelender mit hervorragender Transparenz und starkem Glanz, welche meist aus der Region des Öhrli im Alpstein stammen. Auch Gold als elementares Mineral wird in der Ostschweiz an verschiedenen Stellen gefunden. Mehrere Flüsse führen es in Form kleiner Flitter. Diese können mittels spezieller Waschpfannen aus dem Kies gewonnen werden. Der Mineralogische Verein St.Gallen widmet sich seit über 40 Jahren der Faszination von Kristallen und Edelsteinen. Der dem Naturmuseum nahestehende Verein zählt gegenwärtig rund 230 Mitgliedern, welche sich regelmässig zu Vorträgen und Exkursionen treffen. Näheres zum Verein findet sich auf dessen Website www.mvsg.info Seite 12 Literaturtipps - Edelsteine & Kristalle - Schätze aus dem Inneren der Erde. R. Hochleitner, M. Kaliwoda. Reihe Lesen-Staunen-Wissen. 2011. Gerstenberg, Hildesheim. Ein tolles Sachbilderbuch aus der empfehlenswerten Reihe für kleine und grössere Wissenschafter. - Edelsteine & Kristalle. R.F. Symes, R. R. Harding. Reihe Memo Wissen entdecken. 2012. Dorling Kindersley, München. Eine gut bebilderte Übersicht über das Thema. Ideen und Anregungen rund um den Ausstellungsbesuch Edelsteinmemory mit laminierten Fotokarten oder Steinen, die unter identischen Kartonschachteln verborgen werden. Kristalle im Schulzimmer züchten Rezept zum Herstellen von Salzkristallen Material: 1 Trinkglas, ½ dl Wasser, Löffel, flacher Teller, Kochsalz Vorgehen: In einem Glas mit etwa ½ dl Wasser löst du soviel Salz wie möglich auf. Dieses Salzwasser giesst du in einen flachen Teller. Das Wasser lässt du an einem Ort, wo der Teller möglichst ruhig steht verdunsten. Alaunkristalle züchten Material : 50g Alaun aus der Drogerie, 2 Trinkgläser, 2dl heisses Wasser, 1TL, 1 Bleistift, 1 Faden Vorgehen: Fülle 2dl heisses Wasser ins Trinkglas Gib 50g Alaun hinein und rühre, bis sich fast alles Alaun aufgelöst hat. Fülle die Flüssigkeit in das zweite Glas um. Pass auf, dass wirklich nur Flüssigkeit im zweiten Glas ist (und kein Bodensatz!) Binde einen Faden um den Bleistift und lege ihn über das Glas. Der Faden soll in die Lösung hängen. Nach einer Stunde sind bereits kleine Nadeln am Faden erkennbar. Es werden immer mehr und sie werden grösser. Es bilden sich richtige Kristalle. Nach drei Tagen ist das Kristallwachstum abgeschlossen. Achtung: Wenn du nach kurzer Zeit alle Kristalle bis auf einen entfernst, wächst nur einer weiter und du erhälst einen grossen Kristall. Seite 13 Fragen in der Sonderausstellung (Beantworte Fragen 1-12 auf einem separatem Blatt) 1. Was sind Edelsteine? Schreibe eine kurze Definition. 2. Nenne 4 Kriterien die für die Beurteilung der Schönheit eines Edelsteines wichtig sind. 3. Welches ist die härteste Substanz der Erde? 4. Der weltweite Umsatz mit Edelsteinen beträgt jährlich mehrere Mrd. Dollar. Welche Edelsteine sind neben dem Diamanten geschätzte Handelsgüter? 5. Damit Edelsteine in der Natur entstehen können braucht es viel Zeit. Wo entstehen Edelsteine? Nenne zwei Entstehungsorte. 6. In welcher Tiefe herrscht die entsprechende Temperatur und Druck damit Diamanten entstehen konnten? 7. Graphit und auch Diamant bestehen beide aus reinem Kohlenstoff. Warum ist Graphit so weich und Diamant so hart? 8. Nenne vier Anwendungen von Diamanten in der Industrie. Diese Diamenten können aus der Natur stammen oder künstlich hergestellt worden sein. 9. Farbigkeit ist ein wichtiges Kriterium für den Wert eines Edelsteines. Warum ist der Regenbogen so farbig? 10. Es gibt farblose und ganz viele verschiedene farbige Edelsteine. Wie kommt es zu dieser Farbenvielfalt (physikalische Erklärung)? 11. Korund ist ein Edelstein. In reiner Form ist er farblos und recht selten. Nenne zwei Varietäten von Korund. Welche Farbe haben sie? 12. Farbige Edelsteine entstehen durch Einlagerung von Spurenelementen, z.B. Metalle. Welche Elemente befinden sich im Saphir? 13. Es gibt eine grosse Fülle an verschiedene Edelsteinen und Farben. Wähle einen Edelstein aus und informiere dich über die Farbe, die Verwendung und vielleicht gibt es ja noch eine Besonderheit zu deinem Edelstein. Name: Farbe: Verwendung: Besonderheit: Seite 14 Edle Steine in der Dauerausstellung des Naturmuseums St. Gallen 1. Wähle einen der vier grossen, frei liegenden Steine im hinteren Teil der Ausstellung. Mein Stein heisst: __________________________________________________________________ Betrachte den Stein mit der Lupe. Du siehst, dass dein Stein aus vielen kleinen Teilchen zusammengesetzt sind. Kreuze die Aussage an, die für deinen Stein zutrifft. __ Alle Teile sind regelmässig. Es sind alles Mineralien gleicher Art. __ Die Teilchen haben unterschiedliche Formen, Farben und Grössen. Es sind verschiedene Mineralien enthalten. Zeichne einen vergrösserten Ausschnitt deines Steines. 2. Mineralien können in Hohlräumen und Gesteinsblasen Kristalle bilden. Kristalle haben gleichmässige Formen mit glatten Flächen und regelmässigen Kanten. Auch der grosse Amethyst in der Ausstellung ist ein Quarzkristall. Lege deinen Finger auf eine Kristallspitze. Wie viele Flächen zählst du unter einem Finger? Mach den Versuch noch mit zwei anderen Spitzen. Ich finde ________/___________/_______ Flächen unter einer Spitze. Der Amethyst ist ein Quarzkristall, in welchem das Element Eisen eingeschlossen ist. Eisen sorgt für die schöne violette Farbe. Aber der Amethyst ist nicht nur violett. Welche anderen Farben findest du? ______________________________ Seite 15 Lösungen zu Fragen zur Sonderausstellung „Edle Steine“ 1. Was sind Edelsteine? Mineralien mit einer ganz bestimmten chemischen Zusammensetzung und einer typischen Kristallform Es gibt keine allgemeingültige Definition für Edelsteine. Wichtige Eigenschaften eines Edelsteines sind sicherlich Schönheit, Dauerhaftigkeit und Seltenheit. 2. Nenne 4 Kriterien die für die Beurteilung der Schönheit eines Edelsteines wichtig sind. Form, Farbe, Transparenz, Glanz 3. Welches ist die härteste Substanz der Erde? Diamant 4. Welche Edelsteine sind neben dem Diamanten geschätzte Handelsgüter? Rubin, Saphir, Smaragd, Turmalin, Aquamarin, Spinell 5. Wo entstehen Edelsteine? Nenne zwei Entstehungsorte. 1. In rund 3’000km Tiefe herrschen Temperaturen von 7'000 °C. Bei dieser Temperatur und dem vorherrschenden Druck ist alles flüssig. Steigt nun Magma (Gesteinsschmelze) an die Oberfläche, kühlt sie zunehmend ab und in ihr können Kristalle zu wachsen beginnen. 2. Gesteinshohlräume, welche mit mineralreichem, heissem Wasser gefüllt sind. Kühlt sich dieses Wasser ab, so entstehen Kristalle durch Ausfällung. 6. In welcher Tiefe herrscht die entsprechende Temperatur und Druck damit Diamanten entstehen konnten? 150 – 300 km Tiefe 7. Warum ist Graphit so weich und Diamant so hart? Graphit: Kohlenstoffatome sind in einzelnen Schichten gelagert und nur durch schwache Kräfte miteinander verbunden. Diamant: Starke Verbindung zwischen sämtlichen Kohlenstoffatomen (jedes Kohlenstoffatom geht mit vier weiteren Kohlenstoffatomen eine Verbindung ein). 8. Nenne vier Anwendungen von Diamanten in der Industrie? Schleif- und Poliermittel, Plattenspielernadeln, Beschichtung von Bohr-, Schneid- und Schleifwerkzeug, Medizin: Diamantskalpell für Augenoperationen, Diamantbohrer Zahnarzt. 9. Warum ist der Regenbogen so farbig? Fällt weisses Tageslicht durch die Tropfen eines Regenschauers, wird es in seine einzelnen Farben aufgefächert und am Himmel erscheint ein vielfarbiger Regenbogen. 10. Es gibt farblose und ganz viele verschiedene farbige Edelsteine. Wie kommt es zu dieser Farbenvielfalt (physikalische Erklärung)? Lässt ein Edelstein das Tageslicht komplett durch, erscheint er uns glasklar und transparent (durchsichtig). Werden hingegen einzelne Teile des Tageslichts im Stein absorbiert, so kommt die Mischung der übrig gebliebenen Farben zum Tragen und wir sehen einen farbigen Stein. 11. Nenne zwei Varietäten von Korund. Welche Farbe haben sie? Rubin: rot und Saphir: blau 12. Welche Elemente befinden sich im Saphir? Eisen und Titan. 13. Lösungen individuell Lösungen zu Edle Steine in der Dauerausstellung des Naturmuseums St. Gallen 1. Lösungen individuell 2. meist 6 Flächen unter der Spitze Seite 16
