Bernstein

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Hintergrund

Obwohl Bernstein als Edelstein gilt, ist er ein vollständig organisches Material, das aus dem Harz ausgestorbener Baumarten gewonnen wird. In den dichten Wäldern der mittleren Kreide und des Tertiärs fielen diese harzhaltigen Bäume vor 10 bis 100 Millionen Jahren und wurden von Flüssen in die Küstenregionen getragen. Dort wurden die Bäume und ihre Harze mit Sediment bedeckt und über Jahrmillionen erstarrte das Harz zu Bernstein. Obwohl viele Bernsteinvorkommen in Meeresrückständen verbleiben, haben geologische Ereignisse den Bernstein oft anderswo neu positioniert.

Seit Tausenden von Jahren wird Bernstein geschnitzt und zu Perlen, Schmuck und anderen Arten von Ornamenten verarbeitet. Heute wird Bernstein jedoch in erster Linie wegen der erstaunlichen Vielfalt an Fossilien geschätzt, die darin aufbewahrt werden. Als klebriges Harz von den Bäumen ausgestoßen wurde, wurden Tiere, Mineralien und Pflanzenmaterialien darin eingeschlossen. Als das Harz aushärtete, blieben diese Fossilien – Einschlüsse genannt – perfekt erhalten und lieferten modernen Wissenschaftlern unschätzbare Informationen über ausgestorbene Arten.

Im Gegensatz zu anderen Arten von Fossilien sind Bernsteinfossilien dreidimensional, mit lebensechten Farben und Mustern. Sogar die inneren Strukturen von Zellen können intakt sein. Häufig wurden Insekten in aktiven Posen vom Harz gefangen, zusammen mit ihren Räubern, Beutetieren und inneren und äußeren Parasiten. Bisher unbekannte Gattungen versteinerter Insekten wurden in Bernstein entdeckt. In Bernstein sind intakte Frösche und Eidechsen, Schlangenhäute, Vogelfedern, Haare und Knochen von Säugetieren und verschiedene Pflanzenmaterialien erhalten geblieben. In einigen Fällen kann Desoxyribonukleinsäure (DNA) aus den versteinerten Organismen extrahiert und mit denen ihrer heutigen Gegenstücke verglichen werden.

Verlauf

Bernstein ist seit frühester Zeit ein wertvolles Material. Bearbeiteter Bernstein aus der Zeit um 11.000 v. Chr. wurde an archäologischen Stätten in England gefunden. Bernstein galt weithin als magische Heilkraft. Schon 250 v. Chr. wurde daraus Firnis hergestellt. , und Bernsteinpulver wurde als Weihrauch geschätzt. Bernstein wurde auch weltweit gehandelt. Durch die Identifizierung der Bernsteinart, die in antiken Artefakten verwendet wurde, können Gelehrte die geografische Herkunft des Bernsteins bestimmen und Rückschlüsse auf frühe Handelsrouten ziehen.

Um 600 v.Chr. rieb der griechische Philosoph Thales Bernstein mit Seide, wodurch er Staub und Federn anzog. Diese statische Elektrizität galt bis zum 16. Jahrhundert als einzigartige Eigenschaft von Bernstein, als der englische Wissenschaftler William Gilbert zeigte, dass sie für zahlreiche Materialien charakteristisch ist. Er nannte es Elektrifizierung, nach Elektron, das griechische Wort für Bernstein.

In der westlichen Hemisphäre schnitzten die Azteken und Mayas Bernstein und verbrannten ihn als Weihrauch. Die Taino-Indianer der Insel Hispaniola schenkten Christoph Kolumbus Bernstein.

Die dekorative Verwendung von Bernstein gipfelte 1712 in der Fertigstellung eines ganzen Bankettsaals aus Bernsteinplatten, der für König Friedrich I. von Preußen gebaut wurde. Im 19. Jahrhundert erlangte Bernstein eine neue Bedeutung, als deutsche Wissenschaftler begannen, die darin eingebetteten Fossilien zu untersuchen.

Rohstoffe

Harze sind komplexe Substanzen, die ölige Verbindungen, sogenannte Terpene, enthalten. Im Laufe der Zeit verdampfen einige Terpene, während andere kondensieren und miteinander vernetzt werden, wodurch harte Polymere entstehen. Allerdings produzieren verschiedene Baumarten unterschiedliche Arten und Mengen an Harzen. Die genaue Struktur und Zusammensetzung des Bernsteins hängt von der Zusammensetzung des ursprünglichen Baumharzes, dem Alter des Bernsteins, der Umgebung, in der er abgelagert wurde, sowie den thermischen Bedingungen und geologischen Kräften ab, denen er ausgesetzt war. Daher kann sogar Bernstein, der an ähnlichen Stellen gewonnen wird, in seiner chemischen Struktur und seinen physikalischen Eigenschaften variieren.

Bernsteinarten

Obwohl Bernsteinvorkommen auf der ganzen Welt vorkommen, ist Bernstein von der Ostseeküste der bekannteste. Es wird Succinit-Bernstein genannt, weil es eine beträchtliche Menge an Bernsteinsäure enthält. Der meiste baltische Bernstein stammt aus Kiefernharz. Bernsteinsäurearmer Bernstein wird als Retinit-Bernstein klassifiziert.

Bernstein aus Mexiko und der Dominikanischen Republik begann sich vor 20-30 Millionen Jahren aus den Harzen ausgestorbener Arten von Hymenaea zu bilden oder Algarrobo-Bäume. Diese blühenden Bäume gediehen im Blätterdach ausgedehnter tropischer Regenwälder. Sie produzierten große Mengen Harz, das schließlich zu Bernstein aushärtete. Sintflutartige Regenfälle spülten den Bernstein in die Deltas, wo er mit Schlick bedeckt war. Als sich der Meeresspiegel änderte, setzte sich der Bernstein auf dem Meeresboden ab und die Sedimente darüber erstarrten zu Gestein. Später drückte die Bergformation die Felsen hoch.

Design

Körperliche Eigenschaften

Viele Bestandteile von Bernstein ähneln denen moderner Harze. Die Vernetzung dieser Verbindungen macht den Bernstein jedoch hart, mit einem hohen Schmelzpunkt und einer geringen Löslichkeit. Bernstein hat eine Härte von 2-3 auf der Mohs-Skala, dem Standard für Mineralien und Edelsteine. Auf dieser Skala ist Talk I und Diamant 10. Bernstein erweicht bei 302 °F (150 °C) und schmilzt bei 482-662 °F (250-350 °C). Mit einem spezifischen Gewicht von 1,05-1,12 ist Bernstein nur geringfügig dichter als Wasser. Es löst sich in organischen Lösungsmitteln nicht vollständig auf.

Bernstein tritt normalerweise als kleine unregelmäßige Massen, Knötchen oder Tröpfchen auf. Obwohl es viele verschiedene Farben haben kann, ist es meistens blass bis goldgelb oder orange und kann fluoreszierend sein. Bernstein verfärbt sich nach einigen Jahren Licht- und Lufteinwirkung oft dunkelrot und bildet zahlreiche Risse an der Oberfläche. Einige Bernsteine ​​sind durchscheinend oder sogar transparent. Eingeschlossene Luftblasen können jedoch dazu führen, dass Bernstein trüb oder undurchsichtig wird. Bernstein ist ein schlechter Wärmeleiter und kann bei großen Temperaturschwankungen brechen.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Bernstein wird je nach Standort auf unterschiedliche Weise gewonnen. Baltischer Bernstein wird an den Ufern der Ostsee bis nach Dänemark, Norwegen und England angeschwemmt. Die größten Vorkommen nordamerikanischen Bernsteins finden sich an der Oberfläche von Tagebau-Tonminen in Arkansas. In New Jersey wird kreidezeitlicher Bernstein aus dem Sand und Ton verlassener Minen gegraben. Es wird gesiebt, gewaschen und auf Einschlüsse untersucht. In Asien wird Bernstein in Kohlebergwerken gefunden. Bis Mitte des 20. Jahrhunderts wurde im Norden Burmas (heute Myanmar) in tiefen Gruben wertvoller Bernstein abgebaut.

Bergbau und Waschen

• 1 Tropfen oder Blöcke von baltischem Bernstein werden aus Tagebauen von 40-60 Millionen Jahre altem Glaukonitsand abgebaut. Glaukonit ist ein hydratisiertes Kalium-Eisen-Silikat-Mineral und diese Ablagerungen werden wegen ihrer blaugrünen Farbe als "Blaue Erde" bezeichnet. Nachdem die Oberfläche gerodet wurde, wird die blaue Erde mit Dampfschaufeln und Baggern ausgehoben. Es wird durch Roste in einer Waschanlage gegossen, wo Wasserströme verwendet werden, um den Bernstein vom Sand zu trennen. Im frühen 20. Jahrhundert wurden bis zu 450.000 kg Bernstein pro Jahr aus der blauen Erdschicht der Halbinsel Samland in der östlichen Ostsee gewonnen.

  Mexikanische und dominikanische Bernsteine ​​können durch Erdrutsche an steilen Berghängen freigelegt und mit Spitzhacken und Schaufeln gewonnen werden. Es wird auch aus tief in den Boden gegrabenen Gruben abgebaut. Viel dominikanischer Bernstein wird aus engen Tunneln abgebaut, die bis zu 600 Fuß (183 m) in die Flanken der Berge gegraben wurden. Wasser wird aus den Stollen gepresst oder gepumpt und die Bergleute kriechen hindurch, meißeln den Felsen und suchen den freigelegten Bernstein aus. dominikanisch Baltischer Bernstein wird abgebaut und geklärt, um eine klare Sicht auf die Einschlüsse zu erhalten. Bernstein wird vom Bergmann gewaschen, nach Größe sortiert und auf Einschlüsse untersucht.

Klären und Färben

• 2 Große eingeschlossene Luftblasen führen zu einem schaumigen oder schaumigen Bernstein. Mikroskopische Bläschen führen zu knöchernem oder knöchernem Bernstein, der wie getrockneter Knochen aussieht. Sehr trüber Bernstein wird Bastard genannt. Bernstein wird durch Erhitzen in Rapsöl geklärt. Das Öl dringt oberflächennah in Blasen ein und reduziert die Trübung, wodurch selbst knöcherner oder bastardiger Bernstein transparenter wird. Bernstein kann auch durch Erhitzen unter Druck mit Stickstoff und anschließendes Brennen in einem Ofen geklärt werden. Durch die Klärung wird der Bernstein dunkler und es entstehen scheibenförmige Spannungsflecken, die als „Sonnenflitter“ bezeichnet werden. Bernstein kann grün oder rötlich gefärbt sein. Mexikanische und dominikanische Bernsteine ​​sind normalerweise klar und transparent und müssen nicht geklärt werden.

Schneiden und Umformen

• 3 Für Schmuck oder Schnitzereien wird Bernstein normalerweise von Hand bearbeitet, mit einer Juweliersäge und feinzahnigen Feilen. Es wird mit einem 320er-Schleiftuch nass geschliffen und mit einem 400er oder 600er-Nassschleiftuch bearbeitet. Es kann mit trockenen Stahlbohrern mit niedriger Drehzahl und leichtem Druck gebohrt werden, um Erwärmung und Rissbildung zu vermeiden.
• 4 Um eine klare Sicht auf Einschlüsse zu erhalten, kann ein Ende eines Bernsteinstücks abgesplittert werden. Bernstein mit Einschlüssen kann zur Untersuchung der biologischen Probe oder zum Trennen zweier Proben geschnitten oder umgeformt werden. Der Zuschnitt erfolgt mit einer Juwelier-Handsäge oder bei größeren Teilen mit einer schnelllaufenden Besäumsäge mit Diamanttrennscheibe bei Drehzahlen bis 4.200 U/min.
• 5 Die Umformung erfolgt mit verschiedenen Schleifpapiersorten. Raue Kanten des Sägeblattes können mit 200er- und 400er-Papier, von Hand oder mit einem Bandschleifer mit Wasserkühlung geglättet werden, um Staub zu entfernen und Überhitzung und Brechen oder Glasieren zu vermeiden.

Polieren

• 6 Bernstein für Schmuck wird mit Zinnoxid oder Ceroxid poliert, wobei ein Lederschwabbel, ein Jelt-Rad oder -Pad oder ein Fensterleder verwendet wird. Regelmäßiges Polieren mit einem Wachs auf Silikonbasis stellt den Glanz wieder her und verringert die Verdunstung und Oberflächenoxidation.

  Der dominikanische Bernstein wird mit einem Schleifer poliert und folgt den natürlichen Konturen. Die Oberflächenoxidation von Dominikanischem Bernstein verringert die Fluoreszenz und die blaue, grüne oder violette Farbe. Das Entfernen der äußeren Schicht und das erneute Polieren stellt die Fluoreszenz wieder her. Das Nachpolieren kann von Hand oder mit einem Baumwollschwabbel, mit Zahnpolierpaste, einem Kunststoffschleifmittel oder anderen feinen neutralen Polierpasten erfolgen. Ein abschließendes Handpolieren entfernt die Polierpaste.

  Der über 65 Millionen Jahre alte Kreidebernstein ist sehr spröde und brüchig. Nach mehreren Jahren der Exposition neigt es zum Zerfall. Das Einhüllen von Kreidebernstein in ein Kunstharz hilft, ihn zu erhalten.

Drücken von

• 7 Zur Herstellung von Edelsteinen werden kleine klare Bernsteinstücke erweicht und im Vakuum mit Dampf bei 400 °F (204 °C) oder höher verschmolzen.
• 8 Die Stücke werden durch ein feines Stahlsieb oder -netz gepresst, gemischt und zu Blöcken gehärtet. Dieser gepresste Bernstein wird Ambroid oder Amberoid genannt und kann Blasen enthalten, die sich unter der Hitze und dem Druck verlängert haben. Manchmal werden moderne Insekteneinschlüsse in gepressten Bernstein eingefügt und der Ambroide kann gefärbt werden, normalerweise dunkelrot.

Sonstige Verarbeitung

• 9 Kleine Stücke von minderwertigem Bernstein, darunter etwa 90% des baltischen Bernsteins, werden in riesigen, trockenen Eisen-Retorten destilliert. Etwa 60 % werden als bernsteinfarbenes Kolophonium zurückgewonnen, ein hochwertiger Lack. Weitere 15-20% werden zu Bernsteinöl, das in Medikamenten, Gießereien und Lacken der höchsten Qualität verwendet wird. Etwa 2 % der Produkte sind destillierte Säuren wie Bernsteinsäure, die für Medikamente und Lacke verwendet werden.

Qualitätskontrolle

Härterer und vermutlich älterer Bernstein gilt in der Regel als hochwertiger. Da die Abbaukosten 28% höher sind als der Wert von Rohbernstein, basiert sein Wert hauptsächlich auf seinen Einschlüssen oder auf seiner späteren Verarbeitung zu Schmuck und Kunstgegenständen. Daher wird Bernstein nach seiner Größe und Schönheit sowie nach dem Vorhandensein und der Art der Einschlüsse eingestuft.

Nachahmung von Bernstein mit falschen Einschlüssen wird seit mindestens 600 Jahren hergestellt. Für die Bernsteinimitation wurden Frischharze, synthetische Polystyrole, Bakelit, Epoxidharze, Zelluloid, Farbglas, Kunststoffe und Polyester verwendet. Echter Bernstein kann jedoch durch seine Härte, Schmelztemperatur, Unlöslichkeit, Fluoreszenz, spezifisches Gewicht, Brechungsindex (Maß für den Grad der Lichtbiegung) und Geruch beim Verbrennen unterschieden werden. Manchmal wird echter Bernstein gebrochen, ein Hohlraum für einen in frisches Harz eingebetteten Einschluss geschnitzt und das Stück wieder versiegelt.

Nebenprodukte/Abfälle

Etwa 90 % des weltweit gewinnbaren Bernsteins befindet sich in der Region Kaliningrad in Russland an der Ostsee. Dort hat der Bernsteinabbau und die Bernsteinverarbeitung eine weit verbreitete Umweltzerstörung verursacht. Im letzten Jahrhundert wurden mehr als 100 Millionen Tonnen Abfall aus der Mine Palmnicken (Yantarny) in die Ostsee eingeleitet. Dieser unlösliche Abfall verursacht eine hohe Trübung in der Ostsee. Die Gewässer der schadstoffempfindlichen Ostsee brauchen 25-30 Jahre, um sich zu erneuern.

Die Zukunft

Die leicht zu extrahierenden obersten Schichten des baltischen Bernsteins waren Mitte des 19. Jahrhunderts erschöpft. Schätzungen zufolge befinden sich jedoch noch über 180.000 Tonnen Bernstein in der Yantarny-Mine in Kaliningrad. Bei der derzeitigen Fördergeschwindigkeit könnte dort noch 300 Jahre Bernstein abgebaut werden. Zudem wurde in Myanmar der Bergbau wieder aufgenommen und der hochwertige burmesische Bernstein wird an Museen verkauft.

Obwohl der Prozess der Bernsteinbildung aus Baumharz weitergeht, dauert es Millionen von Jahren, bis das Harz zu Bernstein aushärtet. Da die Bernsteinvorkommen durch den Bergbau erschöpft werden und harzhaltige Bäume gefällt oder verbrannt werden, anstatt sie zu versteinern, wird das Angebot an Rohbernstein weiter schwinden.

Weitere Informationen

Bücher

Anderson, K.B. und J.C. Crelling, Hrsg. Bernstein, Resinit und fossile Harze. Washington, DC:American Chemical Society, 1995.

Grimaldi, David A. Amber:Fenster zur Vergangenheit. New York:Harry N. Abrams, Inc. und das American Museum of Natural History, 1996.

Poinar Jr., George und Roberta Poinar. Der Bernsteinwald:Eine Rekonstruktion einer verschwundenen Welt. Princeton:Princeton University Press, 1999.

Andere

"Bernsteinhandel und Umwelt in der Oblast Kaliningrad." TED-Fallstudien. 27. Juli 2001. .

Brost, Leif. "Amber:Ein versteinertes Baumharz." Die Homepage des Schwedischen Bernsteinmuseums. 27. Juli 2001. .

Margaret Alic