Kathodolumineszenz (KL)

Abb. 1. Heißkathoden-Kathodolumineszenzapparatur Quelle: BGR

Die BGR verfügt seit 1997 über eine Heißkathoden-Kathodolumineszenzapparatur (Abb. 1) (HC2-LM), die in Verbindung mit einem Olympus BHMJ Mikroskop zu anwendungsorientierten Untersuchungen von Lumineszenzeigenschaften von Mineralen genutzt wird. Die Untersuchung lagerstättenbildender Prozesse und die Rekonstruktion von Prozessen der Mineralneubildung und Alteration stehen hierbei im Vordergrund. Hier stellt die Kathodolumineszenz eine wertvolle Ergänzung zu konventionellen analytischen Methoden wie Polarisationsmikroskopie, Röntgendiffraktometrie, Rasterelektronenmikroskopie oder Elektronenstrahlmikrosonde dar.

Die Lumineszenz von Mineralen beruht prinzipiell auf der Umwandlung verschiedener Energieformen in sichtbares Licht. Die Lumineszenzprozesse können schematisch durch das Vorhandensein verschiedener Energieniveaus in Kristallen beschrieben werden. Kathodolumineszenz tritt beim Beschuss einer Mineraloberfläche mit einem Elektronenstrahl auf, wobei die Aktivierung der Lumineszenz in Mineralen an substituierende Spurenelemente wie Mn²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Al³⁺, Eu²⁺, REE³⁺, Pb²⁺, Cu²⁺ oder Sn²⁺ und/oder an Elektronenzentren in Verbindung mit Gitterdefekten gebunden ist. Eine Vielzahl von Mineralen aus allen Mineralgruppen besitzt charakteristische Lumineszenzeigenschaften, die eine schnelle Identifizierung mittels KL-Mikroskopie ermöglichen. Die KL-Eigenschaften zahlreicher Minerale sind sehr stark von den spezifischen Bildungsbedingungen abhängig und ermöglichen Rückschlüsse auf mineralisierende Prozesse.

Aktuelle Anwendungsbeispiele aus den Aufgabenbereichen der BGR:

1. Identifikation von Mikrostrukturen und Alterationstexturen im Umfeld karbonat-gebundener Massivsulfid (Cu-Pb-Zn-Ge-) –Lagerstätten des Otavi Berglandes: Identifizierung von Proxis und Entwicklung von Explorationskriterien.
2. Fluorit-Lagerstätten Vergenoeg, S-Afrika und Okorusu, Namibia: Lagerstättengenese; Verteilung und mineralogische Bindung von Selten-Erd-Elementen in Fluoriten und Allaniten.
3. Charakterisierung hydrothermaler Alteration submariner Vulkanite des Tonga Inselbogens: Rekonstruktion hydrothermaler Prozesse und Fluid-Gesteins-Wechselwirkungen.
4. Stratigraphie von Karbonatzementen
5. Liefergebietscharakterisierung von Quarzen