Fluoreszenz ist ein faszinierendes Phänomen, bei dem bestimmte Mineralien Licht emittieren, wenn sie mit ultraviolettem (UV) Licht bestrahlt werden. Diese Eigenschaft resultiert aus der Fähigkeit von Atomen oder Ionen innerhalb der Mineralstruktur, Lichtenergie zu absorbieren und in Form von sichtbarem Licht wieder abzugeben. Fluoreszierende Mineralien bieten nicht nur spektakuläre visuelle Effekte, sondern auch wertvolle Informationen über die chemische Zusammensetzung und die geologischen Bedingungen, unter denen sie entstanden sind.

Die Fluoreszenz von Mineralien kann in einer Vielzahl von Farben auftreten, von tiefem Rot und Blau bis hin zu lebhaftem Gelb und Grün. Diese Farben sind oft das Ergebnis von Spurenelementen oder Defekten im Kristallgitter des Minerals, die als Aktivatoren der Fluoreszenz fungieren. Beispielsweise kann das Vorhandensein von Mangan, Uran, Blei oder anderen Metallionen in geringen Konzentrationen die Fluoreszenz in spezifischen Farben fördern.

Fluoreszierende Mineralien sind nicht nur von ästhetischem Interesse; sie haben auch praktische Anwendungen in der Geologie, Mineralogie und anderen Wissenschaften. Durch die Untersuchung der Fluoreszenzeigenschaften können Forscher wertvolle Informationen über die Entstehung und Zusammensetzung von Gesteinen und Lagerstätten gewinnen. Diese Analysen helfen auch, verschiedene Mineralien voneinander zu unterscheiden und ihre Herkunft zu bestimmen.

Im Folgenden stellen wir eine Reihe an Spektren verschiedener Mineralien vor, die unter UV-Licht fluoreszieren. Aufgenommen wurden die Spektren mit unserem DIY-Czerny-Turner-Spektrometer CTS-150-C.

Die Anregung der Fluoreszenz erfolgte hierbei mit UV-LEDs mit 275 nm Wellenlänge, da diese mittlerweile preiswert und leicht verfügbar sind. UV-LEDs haben zudem eine längere Lebensdauer und sind energieeffizienter als andere UV-Lichtquellen. Zusätzlich entwickeln diese weniger Wärme als z. B. Quecksilberdampflampen, was zu einer stabileren Betriebsumgebung führt und das Risiko einer Überhitzung reduziert. LEDs sind klein und leicht, wodurch die Integration in kompakte und portable Fluoreszenzgeräte leicht erfolgen kann. Dies ist besonders nützlich für Feldstudien oder den mobilen Einsatz.

In der Mineralogie wird die Fluoreszenzanregung traditionell durch die Verwendung von Quecksilberdampflampen mit einer Wellenlänge von 254 nm realisiert, was beim Vergleich der Spektren berücksichtigt werden muss. Die Anregungseffizienz vieler Mineralien bei 275 nm kann geringer sein als bei 254 nm. Da viele klassische Studien und Referenzen in der Mineralogie auf 254 nm basieren, können Ergebnisse, die mit 275 nm-LEDs erzielt werden nur bedingt hiermit verglichen werden.

• Zirkon
• Natrolith
• Calcit

Zirkon aus Vishnevogorsk / RUS

Zirkon ist ein weit verbreitetes Mineral, das in vielen verschiedenen geologischen Umgebungen vorkommt. Es ist ein Zirkonium-Silikat-Mineral mit der chemischen Formel ZrSiO₄ und zeichnet sich durch seine hohe Härte und chemische Beständigkeit aus. Zirkon kann in einer Vielzahl von Farben auftreten, einschließlich farblos, braun, grün, rot und gelb. Bei Bestrahlung mit UV-Licht zeigt Zirkon häufig eine gelbe Fluoreszenz, die in der Regel durch die Anwesenheit von Spurenelementen wie Uran, Thorium oder seltenen Erden (z. B. Europium) im Kristallgitter des Zirkons verursacht wird. Diese Elemente ersetzen teilweise das Zirkonium in der Kristallstruktur und führen zu Elektronenübergängen, die Licht im sichtbaren Bereich emittieren. Die Intensität und Farbnuance der Fluoreszenz kann dabei stark variieren und hängt von der Konzentration und Art der enthaltenen Spurenelemente ab.

Vishnevogorsk, gelegen im südlichen Uralgebirge in Russland, ist eine bekannte Fundstätte für verschiedene Mineralien, darunter auch Zirkon. Die gelbe Fluoreszenz von Zirkon aus Vischnegorsk ist besonders interessant, da sie im Vergleich zu Zirkonen aus anderen Regionen intensiver und beständiger ist.

Natrolith aus Soutěsky, Děčín / CZ

Natrolith ist ein häufig vorkommendes Mineral aus der Gruppe der Zeolithe, das für seine nadeligen Kristalle und seine auffällige Fluoreszenz unter UV-Licht bekannt ist. Chemisch gesehen ist Natrolith ein Natrium-Aluminium-Silikat mit der Formel Na₂Al₂Si₃O₁₀·2H₂O. Dieses Mineral ist für seine interessante Kristallstruktur und die Fähigkeit, in verschiedenen Farben unter UV-Licht zu fluoreszieren, geschätzt, wobei die zitronengelbe Fluoreszenz besonders auffällig ist. Die zitronengelbe Fluoreszenz, die bei Natrolith aus Soutěsky beobachtet wird, ist besonders markant und wird oft durch das Vorhandensein von geringen Mengen an Aktivator-Ionen wie Eisen oder anderen Metallionen verursacht. Diese Ionen können Elektronenübergänge im Kristallgitter auslösen, die zur Emission von Licht im gelben Spektralbereich führen.

Soutěsky, ein kleiner Ort in der Nähe von Děčín im nördlichen Tschechien, ist bekannt für seine bedeutenden Vorkommen an Natrolith. Die geologischen Bedingungen in dieser Region haben zur Entstehung von Natrolithkristallen geführt, die durch ihre klare Transparenz und ihre beeindruckende Fluoreszenz unter UV-Licht hervorstechen. Diese Region ist besonders berühmt für Natrolithproben, die bei UV-Bestrahlung eine kräftige zitronengelbe Fluoreszenz zeigen, eine Eigenschaft, die sie von Natrolith aus anderen Fundorten unterscheidet.

Calcit aus Vrančice / CZ

Calcit ist eines der häufigsten und vielfältigsten Minerale auf der Erde und gehört zur Gruppe der Carbonate mit der chemischen Formel CaCO₃. Es wird auch Kalkspat oder Doppelspat genannt, kommt in einer Vielzahl von Farben und Formen vor und ist bekannt für seine Fähigkeit, unter UV-Licht in verschiedenen Farben zu fluoreszieren, abhängig von den enthaltenen Spurenelementen und Verunreinigungen.

Vrančice, eine Region in Tschechien, ist bekannt für ihre bedeutenden Calcitvorkommen. Die dort abgebauten Calcitkristalle sind oft klar oder weiß, können aber auch in verschiedenen Farbtönen vorkommen. Diese Region ist besonders bemerkenswert für die Calcite, die eine kräftige orange Fluoreszenz zeigen, wenn sie UV-Licht ausgesetzt werden. Diese wird häufig durch das Vorhandensein von Mangan (Mn²⁺) als Aktivator verursacht. Manganionen im Kristallgitter ersetzen das Calcium teilweise und führen zu Elektronenübergängen, die Licht im orangefarbenen Spektralbereich emittieren.

Die Fluoreszenz des vorhandenen Calcit-Kristalls war nur relativ schwach ausgeprägt. Daher wurde die Messung hier mit einem Spektrometer mit 100 mm Brennweite durchgeführt. Dies führt zwar zu einer höheren Empfindlichkeit, aber auch zu einer geringeren spektralen Auflösung.

Die rötliche Fluoreszenz des Calcits ist deutlich zwischen 550 nm und 710 nm messbar. Das schwache zusätzliche Signal unter 550 nm sowie über 720 nm stammt nicht vom Calcit, sondern von einer leichten Fluoreszenz des LED-Gehäuses selbst, welches bei der Messung noch nicht korrigiert wurde.