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Warum Chemiker sich mit Bernstein beschäftigen

Steine sind häufig Sache von Mineralogen, Chemikern und Geowissenschaftlern, die sich eingehend mit Struktur, Zusammensetzung und physikalischen Eigenschaften dieser Stoffe aus der unbelebten Natur beschäftigen. Nicht selten werden Steine als hochwertige Bodenschätze eingestuft und für industrielle Zwecke im großen Stile abgebaut. Dabei fällt hin und wieder ein Begleitstein an, der sich in Härte und Zusammensetzung deutlich von den echten Steinen unterscheidet: Bernstein.

Er ist organischer Natur, ein fossil gewordenes Harz, das vor geologischen Zeiten klebrig aus Baumöffnungen hervorgetreten ist, um den Baum zu schützen. Bernsteine sind über Zeitraume von vielen Millionen Jahren ausgehärtet und durch die Bedingungen ihrer Lagerung in unterschiedlichen Sedimenten verändert worden. Weil sie aus einer Vielzahl von organischen Molekülen aufgebaut sind, brennen Bernsteine, wenn man sie in eine Flamme hält. Daher auch der Name “Bernstein“ - er ist vom mittelhochdeutschen “Bornsten“, brennbarer Stein, abgeleitet.

Begehrt als Schmuckstein

Insekteneinschluss im Bernstein
Insekteneinschluss im Bernstein

Durch ihre Erscheinung, ihre (geringe) Wärme(leitfähigkeit), ihre geringe Härte und damit gute Verarbeitungsfähigkeit, ihre Beständigkeit und nicht auch zuletzt durch Einschlüsse (wie zum Beispiel Insekten) waren Bernsteine zu allen Zeiten begehrt und geschätzt vor allem als Schmuckstein und haben in diversen Kulturen eine Rolle gespielt.

Bernsteine tragen auch nach Jahrmillionen noch immer Informationen über ihre Erzeugerpflanze und lassen Rückschlüsse über die Bedingungen ihrer Lagerung in Gesteins- bzw. Kohleschichten zu. Bernsteine verraten damit eine Menge über die Pflanzenwelt in zurückliegenden Erdzeitaltern, in denen noch keine Menschen die Erde bevölkerten. Häufiger findet man Einschlüsse von Blättern und anderen Pflanzenrückständen, aber auch Hinweise auf Tiere, wie Insekten, Vögel (durch eingeschlossene Vogelfedern) oder sogar kleine Reptilien in Bernsteinen.

Charakteristischer Geruch

Der Chemiker schaut vor allem auf die Moleküle im Bernstein und findet hier viele typische Bausteine, die zu der großen Stoffklasse der Terpene gehören. Daneben finden sich in Bernsteinen auch organische Säuren und deren nahe Verwandte, die Säureester.

Grund für den charakteristischen Geruch eines Baumharzes ist ein durch den Stoffwechsel von Pflanzen genau festgeschriebener und genetisch verankerter Cocktail an Terpenen und anderen Substanzen, der für jede Baumart unterschiedlich ist. Viele dieser Terpene können das Harz nicht mehr verlassen, wenn es außen schnell aushärtet und von schützenden Bodensedimenten eingeschlossen wird. So kommt es, dass auch nach Millionen von Jahren noch charakteristische ursprüngliche Harzbestandteile im Bernstein überdauert haben, sogenannte Biomarker, die Rückschlusse auf die Erzeugerpflanzen erlauben.

Falscher Bernstein im Umlauf

Häufig genug verändern sich die Bernsteine während ihrer langen Verweilzeit in Bodenschichten durch die Einwirkung von höherem Druck und Temperatur, wie sie bei der Entstehung/Auffaltung von Gebirgen oder durch Vulkanismus vorkommen. Das führt dazu, dass man neben Biomarkern auch sogenannte Geomarker findet, typische stabile Abbauprodukte der originalen Terpene. Das Aufspüren von Biomarkern und Geomarkern in Bernsteinen erlaubt es, Verwandtschaftsbeziehungen zwischen heutigen (rezenten) und zum Beispiel erdmittelalterlichen Pflanzenarten herzustellen und Prozesse bei der Lagerstättenbildung nachzuvollziehen.

Der Chemiker ist interessiert, dem Bernstein die über geologische Zeiträume gespeicherte Information zu entlocken. Er sucht nach charakteristischen Merkmalen oder ganzen Fingerabdrücken, die es erlauben, Bernsteine unterschiedlicher Lagerstätten eindeutig voneinander zu unterscheiden. Das hilft auch bei archäologischen Fragestellungen nach der Herkunft eines ausgegrabenen Objekts. Auch das Erkennen von Bernsteinfälschungen, heutzutage meist Kunststoffimitate mit billigen Füllstoffen, die immer wieder als “echte“ Bernsteine auf dem Markt angeboten werden, gehört zu den kuriosen wie spannenden Aufgaben eines Chemikers, der sich mit Bernstein auseinandersetzt.

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