Mineralien

Fluoreszierende Mineralien



Erfahren Sie mehr über die Mineralien und Gesteine, die unter ultraviolettem Licht "leuchten"


Fluoreszierende Mineralien: Eines der spektakulärsten Exponate des Museums ist ein dunkler Raum mit fluoreszierenden Steinen und Mineralien, die mit ultraviolettem Licht beleuchtet werden. Sie leuchten mit einer erstaunlichen Anzahl lebendiger Farben - in scharfem Kontrast zur Farbe der Steine ​​bei normaler Beleuchtung. Das ultraviolette Licht aktiviert diese Mineralien und lässt sie vorübergehend sichtbares Licht verschiedener Farben emittieren. Diese Lichtemission ist als "Fluoreszenz" bekannt. Das wundervolle Foto oben zeigt eine Sammlung fluoreszierender Mineralien. Es wurde von Dr. Hannes Grobe erstellt und ist Teil der Wikimedia Commons-Sammlung. Das Foto wird hier unter einer Creative Commons Lizenz verwendet.

Fluoreszierender Mineralschlüssel: Diese Skizze ist ein Schlüssel zu den fluoreszierenden Gesteinen und Mineralien im großen Farbbild oben auf dieser Seite. Die fluoreszierenden Mineralien in jeder Probe sind: 1. Cerussit, Barit - Marokko; 2. Scapolite - Kanada; 3. Hardystonit (blau), Calcit (rot), Willemit (grün) - New Jersey; 4. Dolomit - Schweden; 5. Adamit - Mexiko; 6. Scheelit - unbekannter Ort; 7. Achat - Utah; 8. Tremolite - New York; 9. Willemite - New Jersey; 10. Dolomit - Schweden; 11. Fluorit, Calcit - Schweiz; 12. Calcit - Rumänien; 13. Rhyolith - unbekannter Ort; 14. Dolomit - Schweden; 15. Willemit (grün), Calcit (rot), Franklinit, Rhodonit - New Jersey; 16. Eucryptite - Simbabwe; 17. Calcit - Deutschland; 18. Calcit in einem Septarienknoten - Utah; 19. Fluorit - England; 20. Calcit - Schweden; 21. Calcit, Dolomit - Sardinien; 22. Tropfsteine ​​- Türkei; 23. Scheelit - unbekannter Ort; 24. Aragonit - Sizilien; 25. Benitoit - Kalifornien; 26. Quartz Geode - Deutschland; 27. Dolomit, Eisenerz - Schweden; 28. unbekannt; 29. Synthetischer Korund; 30. Powellite - Indien; 31. Hyalit (Opal) - Ungarn; 32. Vlasovite in Eudyalite - Kanada; 33. Spar Calcite - Mexiko; 34. Manganocalcit? - Schweden; 35. Clinohydrit, Hardystonit, Willemit, Calcit - New Jersey; 36. Calcit - Schweiz; 37. Apatite, Diopside - Vereinigte Staaten; 38. Dolostone - Schweden; 39. Fluorit - England; 40. Manganocalcit - Peru; 41. Hemimorphit mit Sphalerit in Gangart - Deutschland; 42. Unbekannt; 43. Unbekannt; 44. Unbekannt; 45. Dolomit - Schweden; 46. ​​Chalcedon - unbekannter Ort; 47 Willemite, Calcite - New Jersey. Dieses Bild wurde von Dr. Hannes Grobe produziert und ist Teil der Wikimedia Commons-Sammlung. Es wird hier unter einer Creative Commons-Lizenz verwendet.

Was ist ein fluoreszierendes Mineral?

Alle Mineralien haben die Fähigkeit, Licht zu reflektieren. Das macht sie für das menschliche Auge sichtbar. Einige Mineralien haben eine interessante physikalische Eigenschaft, die als "Fluoreszenz" bekannt ist. Diese Mineralien haben die Fähigkeit, vorübergehend eine kleine Lichtmenge zu absorbieren und unmittelbar danach eine kleine Lichtmenge mit einer anderen Wellenlänge freizusetzen. Diese Änderung der Wellenlänge bewirkt eine vorübergehende Farbänderung des Minerals im Auge eines menschlichen Beobachters.

Die Farbänderung fluoreszierender Mineralien ist am spektakulärsten, wenn sie im Dunkeln von ultraviolettem Licht (das für den Menschen nicht sichtbar ist) beleuchtet werden und sichtbares Licht abgeben. Das Foto oben ist ein Beispiel für dieses Phänomen.

So funktioniert die Fluoreszenz: Diagramm, das zeigt, wie Photonen und Elektronen interagieren, um das Fluoreszenzphänomen zu erzeugen.

Fluoreszenz im Detail

Die Fluoreszenz in Mineralien tritt auf, wenn eine Probe mit bestimmten Lichtwellenlängen beleuchtet wird. Ultraviolettes (UV) Licht, Röntgenstrahlen und Kathodenstrahlen sind die typischen Lichtarten, die Fluoreszenz auslösen. Diese Arten von Licht haben die Fähigkeit, empfindliche Elektronen innerhalb der Atomstruktur des Minerals anzuregen. Diese angeregten Elektronen springen vorübergehend auf ein höheres Orbital innerhalb der Atomstruktur des Minerals. Wenn diese Elektronen in ihre ursprüngliche Umlaufbahn zurückfallen, wird eine kleine Menge Energie in Form von Licht freigesetzt. Diese Freisetzung von Licht wird als Fluoreszenz bezeichnet. 1

Die Wellenlänge des von einem fluoreszierenden Mineral abgegebenen Lichts unterscheidet sich häufig deutlich von der Wellenlänge des einfallenden Lichts. Dies führt zu einer sichtbaren Veränderung der Farbe des Minerals. Dieses "Leuchten" setzt sich fort, solange das Mineral mit Licht der richtigen Wellenlänge beleuchtet wird.

Wie viele Mineralien fluoreszieren im UV-Licht?

Die meisten Mineralien haben keine merkliche Fluoreszenz. Nur etwa 15% der Mineralien weisen eine für Menschen sichtbare Fluoreszenz auf, und einige Exemplare dieser Mineralien fluoreszieren nicht. 2 Fluoreszenz tritt normalerweise auf, wenn bestimmte Verunreinigungen, die als "Aktivatoren" bekannt sind, im Mineral vorhanden sind. Diese Aktivatoren sind typischerweise Kationen von Metallen wie Wolfram, Molybdän, Blei, Bor, Titan, Mangan, Uran und Chrom. Es ist auch bekannt, dass Seltenerdelemente wie Europium, Terbium, Dysprosium und Yttrium zum Fluoreszenzphänomen beitragen. Die Fluoreszenz kann auch durch Kristallstrukturfehler oder organische Verunreinigungen verursacht werden.

Zusätzlich zu "Aktivator" -Verunreinigungen haben einige Verunreinigungen eine dämpfende Wirkung auf die Fluoreszenz. Wenn Eisen oder Kupfer als Verunreinigungen vorhanden sind, können sie die Fluoreszenz verringern oder beseitigen. Wenn das Aktivatormineral in großen Mengen vorhanden ist, kann dies den Fluoreszenzeffekt verringern.

Die meisten Mineralien fluoreszieren einfarbig. Andere Mineralien haben mehrere Fluoreszenzfarben. Es ist bekannt, dass Calcit rot, blau, weiß, pink, grün und orange fluoresziert. Es ist bekannt, dass einige Mineralien in einer einzelnen Probe mehrere Fluoreszenzfarben aufweisen. Dies können Mineralien mit Banden sein, die aus Stammlösungen mit wechselnden Zusammensetzungen mehrere Wachstumsstadien aufweisen. Viele Mineralien fluoreszieren unter kurzwelligem UV-Licht in einer Farbe und unter langwelligem UV-Licht in einer anderen Farbe.

Fluorit: Trommelpolierte Fluoritproben bei normalem Licht (oben) und bei kurzwelligem ultraviolettem Licht (unten). Die Fluoreszenz scheint mit der Farbe und der Bandenstruktur der Mineralien in normalem Licht in Beziehung zu stehen, was mit ihrer chemischen Zusammensetzung zusammenhängen könnte.

Fluorit: Das ursprüngliche "fluoreszierende Mineral"

Eine der ersten Personen, die Fluoreszenz in Mineralien beobachteten, war George Gabriel Stokes im Jahr 1852. Er bemerkte die Fähigkeit von Fluorit, ein blaues Leuchten zu erzeugen, wenn es mit unsichtbarem Licht "über das violette Ende des Spektrums hinaus" beleuchtet wird. Er nannte dieses Phänomen "Fluoreszenz" nach dem Mineral Fluorit. Der Name hat breite Akzeptanz in der Mineralogie, der Gemmologie, der Biologie, der Optik, der kommerziellen Beleuchtung und vielen anderen Bereichen gefunden.

Viele Fluoritproben haben eine ausreichend starke Fluoreszenz, so dass der Betrachter sie nach draußen bringen, sie im Sonnenlicht halten, sie dann in den Schatten stellen und eine Farbänderung feststellen kann. Nur wenige Mineralien weisen diese Fluoreszenz auf. Fluorit leuchtet bei kurz- und langwelligem Licht typischerweise blau-violett. Einige Exemplare haben bekanntermaßen eine cremefarbene oder weiße Farbe. Viele Proben fluoreszieren nicht. Es wird angenommen, dass die Fluoreszenz in Fluorit durch die Anwesenheit von Yttrium, Europium, Samarium 3 oder organischem Material als Aktivatoren verursacht wird.

Fluoreszierende Dugway-Geode: Viele Dugway-Geoden enthalten fluoreszierende Mineralien und liefern unter UV-Licht eine spektakuläre Darstellung! Probe und Fotos von SpiritRock Shop.

Fluoreszierende Geoden?

Es könnte Sie überraschen, zu erfahren, dass einige Menschen Geoden mit fluoreszierenden Mineralien gefunden haben. Einige der Dugway-Geoden, die in der Nähe der Gemeinde Dugway in Utah gefunden wurden, sind mit Chalzedon ausgekleidet, das eine limonengrüne Fluoreszenz erzeugt, die durch Spuren von Uran verursacht wird.

Dugway-Geoden sind aus einem anderen Grund erstaunlich. Sie bildeten sich vor mehreren Millionen Jahren in den Gastaschen eines Rhyolithbettes. Dann, vor ungefähr 20.000 Jahren, wurden sie durch Welleneinwirkung entlang der Küste eines Gletschersees erodiert und mehrere Meilen weit transportiert, bis sie schließlich in Seesedimenten zur Ruhe kamen. 4 Heute werden sie ausgegraben und zu Geoden- und fluoreszierenden Mineraliensammlungen hinzugefügt.

UV-Lampen: Drei Ultraviolettlampen für Hobbykünstler, die zum Betrachten von fluoreszierenden Mineralien verwendet werden. Oben links befindet sich eine kleine Lampe im "Taschenlampen" -Stil, die langwelliges UV-Licht erzeugt und klein genug ist, um problemlos in eine Tasche zu passen. Oben rechts befindet sich eine kleine tragbare Kurzwellenlampe. Die Lampe unten erzeugt sowohl langwelliges als auch kurzwelliges Licht. Die beiden Fenster sind dicke Glasfilter, die sichtbares Licht ausschließen. Die größere Lampe ist stark genug, um Fotos zu machen. Beim Arbeiten mit einer UV-Lampe sollte immer eine UV-blockierende Brille oder Schutzbrille getragen werden.

Lampen zur Beobachtung fluoreszierender Mineralien

Die Lampen, mit denen fluoreszierende Mineralien lokalisiert und untersucht werden, unterscheiden sich stark von den Ultraviolettlampen (sogenannte "Schwarzlichtlampen"), die in Neuheitengeschäften verkauft werden. Die Lampen für den Neuheitenladen sind aus zwei Gründen nicht für Mineralstudien geeignet: 1) Sie senden langwelliges ultraviolettes Licht aus (die meisten fluoreszierenden Mineralien reagieren auf kurzwelliges ultraviolettes Licht). und 2) sie emittieren eine signifikante Menge an sichtbarem Licht, was die genaue Beobachtung stört, jedoch kein Problem für die Verwendung als Neuheit darstellt. 5

UV-Wellenlängenbereich

WellenlängeAbkürzungen
Kurzwelle100-280 nmSWUVC
Midwave280-315nmMWUVB
Lange Welle315-400nmLWUVA

Wissenschaftliche Lampen werden in einer Vielzahl unterschiedlicher Wellenlängen hergestellt. In der obigen Tabelle sind die Wellenlängenbereiche aufgeführt, die am häufigsten für fluoreszierende Mineralstudien verwendet werden, sowie deren gebräuchliche Abkürzungen.

UV-Lampen 44,99 $
Fluoreszierende Mineralien $ 19.99

Die für Mineraluntersuchungen verwendeten Lampen in wissenschaftlicher Qualität verfügen über einen Filter, der UV-Wellenlängen durchlässt, jedoch das sichtbarste Licht blockiert, das die Beobachtung stört. Diese Filter sind teuer und teilweise für die hohen Kosten wissenschaftlicher Lampen verantwortlich.

Wir bieten eine 4-Watt-UV-Lampe mit kleinem Filterfenster an, mit der fluoreszierende Mineralien genau untersucht werden können. Wir bieten auch eine kleine Sammlung von kurz- und langwelligen fluoreszierenden Mineralproben an.

Fluoreszierendes Spodumen: Dieses Spodumen (Edelsteinsorte Kunzit) liefert mindestens drei wichtige Lektionen für die Mineralfluoreszenz. Alle drei Fotos zeigen die gleiche Streuung von Exemplaren. Die Oberseite ist bei normalem Licht, die Mitte ist bei kurzwelligem Ultraviolett und die Unterseite ist bei langwelligem Ultraviolett. Lektionen: 1) ein einzelnes Mineral kann mit verschiedenen Farben fluoreszieren; 2) die Fluoreszenz kann unter kurz- und langwelligem Licht verschiedene Farben haben; und 3) einige Proben eines Minerals fluoreszieren nicht.

UV-Lampensicherheit

Ultraviolette Lichtwellenlängen sind im Sonnenlicht vorhanden. Sie sind die Wellenlängen, die Sonnenbrand verursachen können. UV-Lampen erzeugen die gleichen Lichtwellenlängen wie kurzwellige UV-Wellenlängen, die von der Ozonschicht der Erdatmosphäre blockiert werden.

Kleine UV-Lampen mit nur wenigen Watt Leistung sind für kurze Einsatzzeiten unbedenklich. Der Benutzer sollte nicht in die Lampe schauen, die Lampe direkt auf die Haut richten oder die Lampe auf das Gesicht einer Person oder eines Haustieres richten. Ein Blick in die Lampe kann zu schweren Augenverletzungen führen. Wenn Sie eine UV-Lampe auf Ihre Haut richten, kann dies zu "Sonnenbrand" führen.

Bei Verwendung von UV-Lampen sollte Augenschutz getragen werden. Preiswerte UV-Schutzbrillen, UV-Schutzbrillen oder UV-Schutzbrillen bieten ausreichenden Schutz, wenn eine Niedervolt-UV-Lampe für kurze Zeiträume zur Probenuntersuchung verwendet wird.

Die Sicherheitsvorkehrungen für UV-Lampen, die für fluoreszierende Mineralstudien verwendet werden, dürfen nicht mit denen verwechselt werden, die mit den bei Partys und Neuheitengeschäften verkauften "Schwarzlichtern" geliefert werden. "Blacklights" senden langwellige UV-Strahlung mit geringer Intensität aus. Die kurzwellige UV-Strahlung einer Mineralstudienlampe enthält die mit Sonnenbrand und Augenverletzung verbundenen Wellenlängen. Aus diesem Grund sollten Mineralien-Untersuchungslampen mit Augenschutz verwendet und vorsichtiger behandelt werden als "Schwarzlichtlampen".

UV-Lampen, die zum Beleuchten großer Mineraldisplays oder für Feldarbeiten im Freien verwendet werden, weisen viel höhere Spannungen auf als die kleinen UV-Lampen, die für die Probenuntersuchung durch Studenten verwendet werden. Bei Verwendung einer Hochvoltlampe sollten Augenschutz und Kleidung getragen werden, die Arme, Beine, Füße und Hände bedeckt. 6

UV-Lampe und Mineralien: Der Geology.com Store bietet eine preiswerte UV-Lampe und eine kleine Sammlung fluoreszierender Mineralien. Diese sind für Studenten geeignet und die Lampe wird von einer UV-Schutzbrille begleitet.

Praktische Anwendungen der Mineral- und Gesteinsfluoreszenz

Fluoreszenz hat praktische Anwendungen im Bergbau, in der Gemmologie, in der Petrologie und in der Mineralogie. Das Mineral Scheelit, ein Wolframerz, hat typischerweise eine hellblaue Fluoreszenz. Geologen, die nach Scheelit und anderen fluoreszierenden Mineralien suchen, suchen sie manchmal nachts mit UV-Lampen.

Geologen in der Öl- und Gasindustrie untersuchen Bohrspäne und Bohrkerne manchmal mit UV-Lampen. Kleine Ölmengen in den Porenräumen des Gesteins und mit Öl gefärbte Mineralkörner fluoreszieren unter UV-Bestrahlung. Die Farbe der Fluoreszenz kann die thermische Reife des Öls anzeigen, wobei dunklere Farben schwerere Öle und hellere Farben hellere Öle anzeigen.

Leuchtstofflampen können in unterirdischen Minen zur Identifizierung und Verfolgung von erzhaltigen Gesteinen eingesetzt werden. Sie wurden auch bei der Kommissionierung von Linien eingesetzt, um wertvolle Erzstücke schnell zu erkennen und von Abfällen zu trennen.

Viele Edelsteine ​​sind manchmal fluoreszierend, einschließlich Rubin, Kunzit, Diamant und Opal. Diese Eigenschaft kann manchmal verwendet werden, um kleine Steine ​​in Sedimenten oder zerkleinertem Erz zu finden. Es kann auch eine Möglichkeit sein, Steine ​​mit einem Bergbauort in Verbindung zu bringen. Zum Beispiel: Hellgelbe Diamanten mit starker blauer Fluoreszenz werden von der südafrikanischen Premier Mine hergestellt, und farblose Steine ​​mit starker blauer Fluoreszenz werden von der südafrikanischen Jagersfontein Mine hergestellt. Die Steine ​​aus diesen Minen heißen "Premiers" und "Jagers".

In den frühen 1900er Jahren suchten viele Diamanthändler nach Steinen mit einer starken blauen Fluoreszenz. Sie glaubten, dass diese Steine ​​farbloser (weniger gelb) aussehen würden, wenn sie bei Licht mit einem hohen UV-Gehalt betrachtet würden. Dies führte schließlich zu kontrollierten Lichtbedingungen für Diamanten mit Farbkorrektur. 7

Bei der Identifizierung von Mineralien wird die Fluoreszenz nicht routinemäßig verwendet. Die meisten Mineralien sind nicht fluoreszierend und die Eigenschaft ist nicht vorhersehbar. Calcit ist ein gutes Beispiel. Ein Teil des Calcits fluoresziert nicht. Calcitproben, die fluoreszieren, leuchten in einer Vielzahl von Farben, einschließlich Rot, Blau, Weiß, Rosa, Grün und Orange. Fluoreszenz ist selten eine diagnostische Eigenschaft.

Fluoreszierender Ozeanjaspis: Dieses Bild zeigt einige Stücke getrommelten Ozeanjaspisses unter normalem Licht (oben), langwelligem Ultraviolett (Mitte) und kurzwelligem Ultraviolett (unten). Es zeigt, wie Materialien auf verschiedene Arten von Licht reagieren. Proben und Fotos von RockTumbler.com, einer Partnerseite von Geology.com.

Fluoreszierende Mineralienbücher

Zwei exzellente Einführungsbücher über fluoreszierende Mineralien sind: Collecting Fluorescent Minerals und The World of Fluorescent Minerals, beide von Stuart Schneider. Diese Bücher sind in leicht verständlicher Sprache verfasst und verfügen jeweils über eine fantastische Sammlung von Farbfotos, die fluoreszierende Mineralien bei normalem Licht und verschiedenen Wellenlängen von ultraviolettem Licht zeigen. Sie eignen sich hervorragend zum Erlernen fluoreszierender Mineralien und dienen als wertvolle Nachschlagewerke.

Referenzen zu fluoreszierenden Mineralien
1 Grundlegende Konzepte in der Fluoreszenz: Michael W. Davidson und andere, Primer für optische Mikroskopie, Florida State University, zuletzt abgerufen im Oktober 2016.
2 Fluorescent Minerals: James O. Hamblen, eine Website über fluoreszierende Mineralien, Georgia Tech, 2003.
3 Die Welt der fluoreszierenden Mineralien, Stuart Schneider, Schiffer Publishing Ltd., 2006.
4 Dugway Geodes-Seite auf der SpiritRock Shop-Website, zuletzt aufgerufen im Mai 2017.
5 Sammeln fluoreszierender Mineralien, Stuart Schneider, Schiffer Publishing Ltd., 2004.
6 Sicherheit von UV-Licht: Sicherheit von Naturwissenschaften an der Connecticut High School, Connecticut State Department of Education, zuletzt abgerufen im Oktober 2016.
7 Ein Beitrag zum Verständnis der Wirkung der blauen Fluoreszenz auf das Erscheinungsbild von Diamanten: Thomas M. Moses und andere, Gems and Gemology, Gemological Institute of America, Winter 1997.

Andere Lumineszenzeigenschaften

Die Fluoreszenz ist eine von mehreren Lumineszenzeigenschaften, die ein Mineral aufweisen könnte. Andere Lumineszenzeigenschaften umfassen:

PHOSPHORESZENZ

Bei der Fluoreszenz springen Elektronen, die von einfallenden Photonen angeregt werden, auf ein höheres Energieniveau und bleiben dort für einen winzigen Bruchteil einer Sekunde, bevor sie in den Grundzustand zurückfallen und fluoreszierendes Licht aussenden. Bei der Phosphoreszenz bleiben die Elektronen für eine größere Zeitspanne im angeregten Orbital, bevor sie abfallen. Mineralien mit Fluoreszenz hören auf zu leuchten, wenn die Lichtquelle ausgeschaltet ist. Mineralien mit Phosphoreszenz können nach dem Ausschalten der Lichtquelle für kurze Zeit leuchten. Mineralien, die manchmal phosphoreszierend sind, umfassen Calcit, Celestit, Colemanit, Fluorit, Sphalerit und Willemit.

THERMOLUMINESZENZ

Thermolumineszenz ist die Fähigkeit eines Minerals, beim Erhitzen eine geringe Lichtmenge abzugeben. Diese Erwärmung kann bis zu Temperaturen von 50 bis 200 Grad Celsius reichen - viel niedriger als die Glühbirntemperatur. Apatit, Calcit, Chlorophan, Fluorit, Lepidolith, Skapolith und einige Feldspat sind gelegentlich thermolumineszent.

TRIBOLUMINESZENZ

Einige Mineralien emittieren Licht, wenn sie mit mechanischer Energie beaufschlagt werden. Diese Mineralien leuchten, wenn sie getroffen, zerkleinert, zerkratzt oder zerbrochen werden. Dieses Licht ist das Ergebnis von Bindungen, die innerhalb der Mineralstruktur aufgebrochen werden. Die emittierte Lichtmenge ist sehr gering, und eine sorgfältige Beobachtung im Dunkeln ist häufig erforderlich. Mineralien, die manchmal Tribolumineszenz zeigen, umfassen Amblygonit, Calcit, Fluorit, Lepidolith, Pektolith, Quarz, Sphalerit und einige Feldspat.


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