7 Schritte zum eigenen Mikrometeorit: Schritt 5 – Die Probe nach Mikrometeoriten durchsuchen

Wer bis hierhin gekommen ist, der hat nun bereits womöglich aus vielen Kilogramm Dachsediment wenige Gramm Partikel extrahiert. Metaphorisch gesprochen hat man jetzt die besten Halme von der Wiese zu einem Haufen aufgetürmt und nun geht es daran, die Nadel in diesem Heuhaufen finden.

Im ersten Teil beschreibe ich die Handhabung der Proben, wie man grob vorgeht, welche Werkzeuge hilfreich sind. Im zweiten Teil gehe ich dann darauf ein, wie man Mikrometeorite in der Probe erkennt.

Teil 1: Der Umgang mit den Proben bei der Suche nach Mikrometeoriten

Materialien

Materialien für die Suche und Extrahierung von Mikrometeoriten aus der Probe
Materialien für die Suche und Extrahierung von Mikrometeoriten aus der Probe

Um Partikel  von wenigen Zehnteln eines Millimeters Durchmesser zu sichten benötigt man ein Stereomikroskop mit mindestens 20-facher, besser 50-facher Vergrößerung. Man kann es auch mit einem kostengünstigen USB-Mikroskop versuchen, die Bildqualität ist aber meist trotz hoher Auflösung deutlich schlechter. Neben der Vergrößerung ist auch die Beleuchtung sehr wichtig. Ich rate hier sehr zu einer Ringlampe mit LEDs. Diese gibt es bereits ab ca. 15 Euro. Die zu sichtenden Proben füllt man in Petrischalen aus Glas. Plastikgefäße sind weniger geeignet. Um die Partikel in der Probe umherzuschieben und um einzelne Partikel aus der Probe heraus zu selektieren, eignet sich ein sehr fein angespitztes Holzstäbchen. Hierzu genügt ein gewöhnlicher Schaschlik-Holzspieß den man mit einem scharfen Messer ganz fein anspitzt. Ich nutze ein angespitztes asiatisches Essstäbchen. Am besten hat man gleich mehrere zur Verfügung, mit unterschiedlichen feinen Spitzen. Zum Befeuchten und für verschiedene andere Schritte eignet sich am besten destilliertes Wasser (gibt es z. B. in Drogerien)und eine einfache Pipette. Filterpapier oder alternativ einfaches Küchenpapier wird befeuchtet dazu benutzt, um während des Selektierens darauf herausgesuchte Partikel zwischenzulagern. In einem Notizbüchlein kann man alle Schritte und Funde festhalten.

Portionierung der Proben beim Durchschauen

Wer nun die Proben unter dem Stereomikroskop betrachtet, merkt schnell, dass selbst wenige Gramm Material oder weniger aus unzähligen Partikeln besteht. Für das Durchschauen nach Mikrometeoriten empfehle ich daher die Proben in kleinen Portionen zu betrachten. Beispielsweise füllt man die Probe in eine Petrischale, füllt daraus eine kleine Menge in eine weitere Petrischale, die man dann unter dem Mikroskop betrachtet. Nach Durchsuchen der Probe füllt man das Material in eine dritte Petrischale und wiederholt obige Schritte, bis man die gesamte Probe so systematisch durchgeschaut hat. Für das genaue Vorgehen gibt es verschiedenste Möglichkeiten und jeder sollte mit der Zeit eine Methode entwickeln, mit der er selbst am besten zurechtkommt.

Wieviel Zeit man für das Durchsuchen der Proben benötigt hängt von verschiedenen Faktoren ab (Erfahrung, Genauigkeit, Beschaffenheit der Probe etc.). Als grobe Faustregel lassen sich folgende Erfahrungswerte heranziehen:

Korngrößen-fraktionBenötigte Zeit für 1 Gramm ProbenmaterialMenge pro Stunde DurchsuchenGeschätzte Anzahl Partikel pro 1 Gramm Probenmaterial
425-800 µm5-10 min6-12 gca. 2500
250-425 µm15-25 min2,5-4 gca. 15000
150-250 µmca. 60 minca. 1 gca. 75000
100-150 µmca. 120 minca. 0,5 gca. 300000

Mit abnehmender Partikelgröße nimmt die benötigte Zeit also rapide zu. Doch wer nun denkt „dann konzentriere ich mich doch auf die größeren Korngrößenfraktionen“, dem sei gesagt, dass die Anzahl der Mikrometeorite in den kleineren Fraktionen zunimmt, zumindest bis zur Fraktion 150-250 µm. In den noch kleineren Fraktionen nimmt die Anzahl der gefundenen Mikrometeorite wieder ab, was jedoch auch damit zusammen hängen mag, dass das Erkennen der Mikrometeorite unter dem Stereomikroskop mit abnehmender Größe immer schwieriger wird.

Größenklassenverteilung (10 µm-Intervalle) urbaner Mikrometeorite einer Sammlung von 644 Mikrometeoriten

Entnahme interessanter Partikel (Spherulen) und Zwischenlagerung beim Durchsuchen

Für die Bewegung des Probenmaterials in der Petrischale mit dem Holzstäbchen muss dieses trocken sein. Um einen einzelnen Partikel aus der Probe zu entnehmen, isoliert man diesen zunächst vom restlichen Material, feuchtet dann das Stäbchen ganz leicht an und nimmt damit dann den Partikel auf. Dieser wird, sofern nicht zu viel Wasser am Stäbchen ist, sofort daran hängen bleiben und kann so vorsichtig aus der Probe extrahiert werden.

In einer weiteren Petrischale hat man ein Filterpapier bzw. Stückchen Küchenpapier angefeuchtet und kann darauf nun den am Holzstäbchen haftenden Partikel ablegen. Das Küchenpapier sollte die ganze Zeit etwas feucht gehalten werden, denn trocknet dieses vollständig aus, dann krümmt sich das Papier und die Partikel darauf können schon bei leichter Erschütterung umher oder ganz vom Papier herunter rollen.

Wenn man die Probe durchgeschaut und interessante Partikel daraus extrahiert hat, kann man fortfahren, je nach Bedarf z. B. mit folgenden Schritten:

  • Reinigen der Spherulen im Ultraschallbad
    Dafür nimmt man die Spherulen mit dem angefeuchteten Holzstäbchen wieder vom Filterpapier auf. Letzteres muss dafür stärker angetrocknet sein, möglichst aber nicht völlig ausgetrocknet, da sonst die Spherulen zu leicht fortspringen. Das Stäbchen mit dem Partikel taucht man in ein vorbereitetes Gefäß (aus Plastik! Z. B. eine helle Filmdose) mit etwas destilliertem Wasser. Der Partikel wird dann das Stäbchen verlassen und an der Wasseroberfläche schwimmen (selten auch mal untergehen). Man kann auch gleich mehrere Partikel vom Filterpapier so auflesen und in die Filmdose mit Wasser überführen. Damit die Ultraschallreinigung wirken kann, müssen die Partikel noch von der Wasseroberfläche zum Grund befördert werden. Dafür nutze ich ein geknicktes Holzstäbchen mit sehr breiter Spitze, um gleich mehrere Spherulen zusammen so unter Wasser zu drücken. Liegen alle Spherulen am Grund (mit dem Mikroskop überprüfen!), kann man mit der Ultraschallreinigung beginnen, indem man die Filmdose ins Wasserbad taucht und einigen Sekunden lang das Gerät laufen lässt. Um die Partikel wieder aus der Filmdose herauszubekommen, befördere ich zunächst alle Spherule an eine randliche Stelle und gieße dann das Wasser vorsichtig ab in eine zweite Filmdose. Die Spherule fließen normalerweise dabei nicht ab, sondern bleiben in einem Resttropfen in der Filmdose haften. Jetzt kann man die Spherulen mit dem Holzstäbchen am Gefäßrand aus dem Tropfen heraus schieben und von dort mit dem Holzstab auflesen.
  • Betrachten der Spherulen unter Wasser
    Ich betrachte die Spherulen für eine weitere Beurteilung, ob es sich um Mikrometeorite handelt, oft auch unter Wasser. Dabei werden die Lichtreflexionen weitestgehend unterbunden und es ergibt sich nochmal ein anderer Blick auf die Partikeloberfläche. Die Oberflächenstrukturen lassen sich so besser erkennen und der Partikel lässt sich unter Wasser auch leichter wenden (mit dem Holzstäbchen), so dass man so leichter alle Seiten betrachten kann. Dafür fülle ich eine dünne Schicht Wasser in eine Patrischale und lege die Spherulen dort mit dem Holzstäbchen ab, tauche Sie unter, sofern sie noch an der Wasseroberfläche schwimmen, und schiebe Sie eng zusammen, um alle auf einen Blick zu haben. Jetzt kann man die Spherulen gruppieren, z. B. nach Mikrometeoriten, möglichen Kandidaten und falschen Kandidaten. Um die Partikel wieder aus dem Wasser herauszubekommen, sauge ich dieses zum großen Teil vorsichtig mit der Pipette wieder an. Der Rest kann verdunsten und die getrockneten Partikel kann man wieder mit dem feuchten Holzstäbchen auflesen.
  • Zwischenaufbewahrung im Mikroreaktionsgefäß („Epi“/„Eppenheimer“)
    Um die Partikel sicher vor Verlust und Staub (zwischen-)zulagern, kann man diese einzeln oder in Gruppen in verschließbare Reaktionsgefäße befördern. Natürlich darf mit hier nicht mit Beschriftung sparen, um die Partikel später der Probe/dem Fundort und evtl. dazu gemachten Notizen zuordnen zu können.
  • Vorbereitung der Partikel zur Analyse im Rasterelektronenmikroskop
    Hierauf wird im 6. Schritt eingegangen.
  • Aufbewahrung der Partikel/Mikrometeorite
    Hierauf wird im 7. Schritt eingegangen.

Übersichtsfoto der Funde

Ich empfehlen von den gefundenen Partikeln unter dem Stereomikroskop ein Übersichtsfoto zu machen. Dies ist mit Hilfe einer Handykamera möglich, indem man diese im richtigen Abstand vor eines der Okulare hält. Zwar reicht die Bildqualität in der Regel nicht aus, um darauf die relevanten Merkmale zur Erkennung der Mikrometeorite festzuhalten, man kann aber so gefundenen Spherulen bezügl. Anzahl, Form und Größenverhältnisse dokumentieren, was später bei der Zuordnung hilft.

Teil 2: Erkennen von Mikrometeoriten

Wie und woran erkennt man nun Mikrometeorite zwischen den unzähligen irdischen Partikeln?

Sowohl kosmische Spherulen (Mikrometeorite) als auch industrielle Spherulen variieren stark in Größe, Form und Farbe. Daher gibt es unter dem Stereomikroskop auch kein erkennbares Merkmal, anhand dessen allein sich alle kosmischen Spherulen (geschmolzene Mikrometeorite) identifizieren lassen. Ungeschmolzene Mikrometeorite klammern wir hier gänzlich aus der Betrachtung aus, da derzeit noch kein Konzept vorliegt, diese in urbanen Stäuben zu erkennen.

32 verschiedene Mikrometeorite (kosmische Spherulen)
32 verschiedene Mikrometeorite (kosmische Spherulen)
32 verschiedene industrielle Spherulen
32 verschiedene industrielle Spherulen

Zudem sind die verschiedenen Typen von Mikrometeoriten unterschiedlich leicht zu erkennen. Glücklicherweise gehören die häufigsten Typen auch zu den leichter erkennbaren. Die nachfolgende Kurzanleitung soll dazu dienen, diese leichter erkennbaren Mikrometeorite in der Probe zu identifizieren. Sie dient nicht dazu, alle Mikrometeorite aus der Probe heraus zu selektieren.

Kurzanleitung zur Identifizierung eines Mikrometeorits vom Typ „Barred Olivine“/“Cryptocrystalline“/„Phorphyritic“ (vgl. Galerie) zwischen industriellen Partikeln

Zu Schritt 1 bis 4: Lautet die Antwort auf die Frage JA, gehe zum nächsten Schritt, lautet die Antwort NEIN, verwerfe die betrachtete Spherule. Positivbeispiele (Mikrometeorite) in den Grafiken haben einen blauen Hintergrund, Negativbeispiele (industrielle Spherulen) einen roten.

Schritt 1 – Farbe

Ist der Partikel verglichen mit anderen sehr dunkel (schwarz) und eher matt und nicht hell (silbrig-grau) und stärker glänzend? Verwerfe auch bronzefarbene, glasige, milchige und bunte Spherulen.

Unterscheidungsmerkmal Farbe: links 4 Mikrometeorite, rechts 4 industrielle Partikel

Schritt 2 Form

Ist der Partikel insgesamt zwar kugelig aber nicht vollkommen glatt sondern mehr oder weniger unregelmäßig geformt, nicht selten auch etwas langgestreckt (oval, tropfen-förmig, mit einer „aerodynamischen Form“)? Hinweis: Falls er eine annähernd runde Form hat aber zugleich tief schwarz ist und auf der Oberfläche bei großer Vergrößerung kleine Höcker und einzelne Kristalle zu erahnen sind, dann nicht verwerfen.

Unterscheidungsmerkmal Form: links 4 Mikrometeorite, rechts 4 industrielle Partikel

Schritt 3 – Oberflächenbeschaffenheit

Wirkt dessen Oberfläche „filigran“/„sauber“ (Auskristallisation einer Schmelze) und nicht „grob“/„beschädigt“ bzw. „abgeschabt“ (durch mechanische Beanspruchungen)?

Unterscheidungsmerkmal Oberfläche: links 4 Mikrometeorite, rechts 3 industrielle Partikel

Schritt 4 – einheitliches Material und keine anhaftenden Kügelchen

Ist der Partikel nicht aus unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt (Ausnahme Metalltröpfchen, siehe unten)? Bei industriellen Partikeln sind gelegentlich unterschiedliche Materialen „verschmolzen“.

Unterscheidungsmerkmal verschmolzene Materialien: 2 industrielle Partikel

Fehlen anhaftende kleine Kügelchen oder rundliche Auswüchse? In industriellen Prozessen entsteht häufig gleichzeitig eine Vielzahl an Spherulen, so dass es manchmal zu Verschmelzungen dieser kommt. Aufgeschmolzene Mikrometeorite dahingegen durchqueren in der Regel isoliert die Erdathmosphäre, so dass es nicht zu Verschmelzungen kommt.

Unterscheidungsmerkmal anhaftende Kügelchen: 3 industrielle Partikel

Lautete bisher die Antwort bei jeder Frage JA, so besteht jetzt schon eine gute Chance, dass es sich bei der betrachteten Spherule um einen Mikrometeorit handelt.

Folgende ergänzende Fragen zu Zusatzmerkmalen können diesen Verdacht bei einem JA erhärten, ein NEIN führt aber nicht zum Ausschluss:

Zusatzmerkmal Metalltröpfchen

Hat die Spherule ein randlich herausstehendes Metalltröpfchen (aus Eisen/Nickel)? Bei ca. 20 % der Mikrometeorite finden sich solche Metalltröpfchen. Bei industriellen Partikeln kommen randliche Matalltröpfchen meist nur bei farbigen und glasigen Partikeln vor.

Unterscheidungsmerkmal Metalltröpfchen: links 4 Mikrometeorite, rechts 2 industrielle Partikel

Zusatzmerkmal runde Vertiefung/Grube

Weist die Spherule eine gleichmäßige, runde Vertiefung auf? Diese kann sich durch Entgasungsprozesse gebildet haben oder durch Ablösung eines darin gelegenen Metalltröpfchens. Typisch ist eine runde und nicht kantige Form. Bei knapp 10 % werden solche grubenartigen Vertiefungen beobachtet.

Unterscheidungsmerkmal Gruben: links 4 Mikrometeorite, rechts 4 industrielle Partikel

Zusatzmerkmal Oberflächenrelief bzw. „Turtleback“

Ist die Oberfläche nur lokal glatt aber insgesamt mit hervorstehenden Stellen (im Extremfall sogenannter „Turtleback“); Diese Struktur kann seltener auch bei industriellen Spherulen auftreten. Bei etwa 15-20 % der Mikrometeorite lassen sich solche Oberflächenstrukturen erkennen.

Unterscheidungsmerkmal Oberflächenrelief: links 4 Mikrometeorite, rechts 4 industrielle Partikel

Zusatzmerkmal Olivin-Bänder

Sind auf der Oberfläche parallele Linien zu erkennen, die mitunter in der Richtung variieren und etwas gebogen sind? Diese Struktur tritt mitunter auch bei industriellen Spherulen auf, allerdings sind diese dann selten gebogen und die Spherulen meist ausgesprochen rund (derzeit kein Foto verfügbar). Ein weiterer Effekt dieser Bänder ist, dass Abschnitte der Oberfläche der Spherule im trockenen Zustand beim Drehen unterschiedlich schimmern (mal dunkel und mal hell erscheint), je nachdem, wie das Licht an den Kristallbändern reflektiert wird. Dieser Effekt lässt sich im Foto nicht darstellen. Alle Mikrometeorite vom Typ „Barred Olivine“ weisen diese Bänder auf und bei den größeren kann man diese auch unter dem Stereomikroskop erkennen.

Unterscheidungsmerkmal Olivin-Bänder: 4 Mikrometeorite

Zusatzmerkmal Kristallisationskanten und Fehlen von Bruchkanten

Ist die Spherule frei von Bruchkanten und sind die vorkommenden Kanten sauber und wirken angeordnet („Kristallisationskanten“) und nicht willkürlich? Solche Kristallisationskanten finden sich bei den Typen „Barred Olivine“ und „Cryptocrystalline“ und ganz besonders oft bei den recht häufigen Übergangsformen zwischen diesen beiden Typen.

Unterscheidungsmerkmal Kristallisationskanten: 6 Mikrometeorite

Nutzen und Grenzen dieser Kurzanleitung

Wie bereits eingangs erläutert, dienen diese Fragen dazu, die häufigsten und am einfachsten zu erkennenden Mikrometeorite in der Probe von den zahlenmäßig weit überlegenen industriellen Spherulen zu unterscheiden. Aufgrund der großen Variabilität unter den Mikrometeoriten, wird man damit unweigerlich den einen oder anderen Mikrometeorit, der nicht in dieses grobe Schema passt, als nicht-passend „verwerfen“. Die Kurzanleitung sollte aber ermöglichen, überhaupt erstmal einen ersten Mikrometeorit ausfindet zu machen – darum geht es ja in dieser Beitragsserie. Und mit den ersten Erfolgen kann man dann die nächsten Schritte wagen, wie etwa Ausschau nach weiteren, schwieriger zu identifizierenden Mikrometeoriten halten. Am besten bewahrt man die nur wenige Gramm umfassenden Proben nach dem Durchsuchen auf, denn vielleicht kann man später mit vorgeschrittenem Kenntnisstand und zunehmender Erfahrung darin weitere Mikrometeorite entdecken.

Genauso wichtig wie das Erkennen von Mikrometeoriten ist auch das Erkennen von typischen immer wiederkehrenden industriellen Spherulen. Diese dominieren in jeder urbanen Probe und man wird in der Praxis nicht auf jede Spherule diesen Fragenkatalog anwenden können, sondern viele Spherulen sofort als bekannte Erscheinungen industrieller Herkunft verwerfen. Hierzu kann man sich leicht selbst ein Bild machen, denn jede Spherule, die mit gleichem Aussehen in großer Zahl in der Probe vorkommt, kann getrost als irdisch verworfen werden. Mengen von gleich aussehenden Mikrometeoriten sind in einer Probe urbanen Staubs nicht zu erwarten.

Ausblick

Am Ende dieses Schrittes hat man möglicherweise eine Auswahl von Spherulen aus einer Probe gesammelt, von denen man denkt oder zumindest vermutet, dass dies Mikrometeorite sind oder sein können. Gewissheit und zudem mehr Sicherheit für zukünftige Suchen bekommt man durch Bestätigung dieser Vermutungen oder eben auch durch Falsifizierung. Und dazu wird man dann in der Regel auf fremde Hilfe angewiesen sein. Darum wird es im nächsten Beitrag gehen.