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Opalmatrix – Matrixopal

  Ein Vortragsbericht von HR Dr. Gerhard Niedermayr
Der nachfolgende Beitrag ist eine Zusammenfassung eines am 14. März 2007 in der Österreichischen Gemmologischen Gesellschaft gehaltenen Vortrages.

 

 

 "Opalmatrix" 
            - "Matrixopal"?

· Allgemeines

Man kann wohl davon ausgehen, dass der Opal, insbesondere in Form des mehr oder weniger schön farbenspielenden Edelopals, bei gemmologisch Interessierten sowie bei Juwelieren und Goldschmieden bestens bekannt ist. Trotzdem scheint mir zunächst eine Zusammenfassung der den Opal allgemein betreffenden Fakten zum besseren Verständnis des hier abgehandelten Themas sinnvoll.

Die Formel für Opal wird in den mineralogischen Lehrbüchern mit SiO2 + xH2O angegeben; wobei der Wassergehalt des Opals im Mittel zwischen 6 – 10 Gew.-% H2O anzunehmen ist, gelegentlich aber auch noch höher sein kann. Der schwankende Wassergehalt und die geringe Härte des Opals bedingen u. a. seine Zerbrechlichkeit sowie seine Hitzeempfindlichkeit und damit auch die Probleme, die sich für den ihn bearbeitenden Goldschmied gelegentlich ergeben. Auch der Kunde sollte wissen, dass er mit einem schönen Opal einen empfindlichen Schmuckstein erstanden hat.

Der Opal ist amorph und er bildet sich bei verschiedensten Bedingungen aus einem Polykieselsäure-Gel durch Wasseraustritt.

Aus Opal A wird im Zuge von Alterungsprozessen meist Opal CT (seltener Opal C). Opal CT wird aus fehlgeordnetem, tetragonalem α-Cristobalit und fehlgeordnetem orthorhombischem α-Tridymit ( = Tiefcristobalit und Tieftridymit) aufgebaut. Diese SiO2-Modifikationen bilden Kügelchen, die in Art eines Raumgitters in fleckig-blockiger Anordnung von Bereichen unter 1 Millimeter bis zu 1 Zentimeter in einem Kieselgel eingebettet sind. Durch Interferenz und Reflexionsbeugung des sichtbaren weißen Lichtes an den dicht gepackten Kügelchen-Ebenen wird bei variierendem Betrachtungswinkel das typische Farbenspiel des Edelopals verursacht (vgl. dazu Nassau 1983, Eppler 1984, Henn 1995).

· Entstehungsmilieus von Opal


  Tabelle 1:

  • Ausfällung aus kieselsäurereichen Lösungen
    1) Hohlraumfüllungen in vulkanischen Gesteinen
    2) sedimentär in Grundwasser-Stauhorizonten
    3) Absatz in Thermalquellen und fallweise auch in anderen Hydrothermal-Systemen

  • Biogen; Baustoff der Schalen und Gerüste von Radiolarien, Diatomeen,                         Kieselschwämmen etc. (nicht zu verwechseln mit opalisierter organischer Substanz!)

 


Foto: Prof.L.Rössler

 

Wie der Tabelle 1 zu entnehmen ist, bildet sich Opal aus Kieselsäure reichen Lösungen sowohl in vulkanischen Gesteinen, in Sedimenten und als Absatz in Thermalquellen und in manchen Hydrothermal-Systemen (z. B. Glasopal/Hyalith-Beläge in Alpinen Klüften und in Miarolen bzw. in Pegmatiten). Ist aber auch Baustein bestimmter Lebewesen.

Anmerkung:
Hyalit ist ein natürliches Opalglas.
Entstanden als krustenartiger Überzug auf vulkanischen Gesteinen.
Kein Opalisieren.
Bekannt geworden von den Lagerstätten aus San Luis Potosi (Mexiko) und North Carolina (USA).

 

Nicht damit zu verwechseln und für unser eigentliches Thema von besonderer Bedeutung ist der Umstand, dass Opal (und damit auch Edelopal) das Baumaterial von Fossilien pseudomorph ersetzen kann. Bekannte Beispiele sind nicht nur opalisierte Hölzer sondern auch aus Opalsubstanz bestehende Muscheln, Schnecken, Belemniten-Rostren und Saurierknochen (1976 ist am Sullivan´s Hill im Bereich von White Cliffs, New South Wales/Australien, sogar ein vollständig opalisiertes Plesiosaurier-Skelett bekannt geworden!, Cram 2002).

Wie wir noch sehen werden, kann Opalsubstanz aber nicht nur Klüfte in Gesteinen und andere Gesteins-Hohlräume ausfüllen, sondern Sedimente unter bestimmten Voraussetzungen, sogar unter Wahrung der originalen Sedimentstrukturen, vollständig ersetzen. Horton (2002) gibt in einer Graphik eine gute, wenn auch nicht ganz fehlerfreie, Übersicht über die Vorkommen von Opalen in vulkanischen und auch in sedimentären Gesteinen. Daraus ist zu entnehmen, dass der allergrößte Teil der meist in irgendeiner Form zumindest zeitweise auch kommerziell genutzten Opale (Edelopale) vulkanischen Aktivitäten seine Existenz verdankt. Nach diesem Autor sind nur Vorkommen in Brasilien (wohl jenes von Morto und Rio Corrente, nahe Pedro II in Piaui) und in Australien an Sedimente gebunden. Den aus Sandsteinen nicht näher präzisierten Alters im Bereich von Monks Hammock in Zentral-Louisiana/USA stammenden Edelopal (Brown 2002), scheint dieser Autor nicht zu kennen.

· Varietäten und Ausbildungsformen von Opal

  Tabelle 2:

  • Hyalith = „Glasopal“
  • Weltauge (Oculus mundi)/ Gmelin 1777 ist ein Hydrophan, wird bei Wasseraufnahme durchsichtig, eventuell schönes Farbenspiel.
  • Edelopal:
  • Schwarzopal - dunkle Körperfarbe
  • Feueropal
  • Prasopal - apfelgrüne Farbe
  • Chloropal - Opal mit Nontronit, grünlich
  • Harzopal („Honigopal“)  -  gelb bis bräunlich
  • Jelli Opal  = „Crystal“-Opal, unauffälliger Opal, mit glasig wirkendem Körper
  • Hydrophan = Milchopal
  • Moosopal, Dendritenopal
  • Cacholong - porzellanartiger Opal
  • Gemeiner Opal
  • Opalmatrix = Matrixopal; Opal auf und in Muttergestein, opalisierte Sedimente und vulkanische Gesteine
  • Tuffe opalisierte, organische Substanzen (Muscheln, Knochen, Holz etc.)
  • Diatomeenerde = Menilith/Tripel, Kieselgur
  • Porzellanit - porzellanartig aussehender Opal CT (aber z. T. auch verkieselte Aschentuffe etc.)

In Tabelle 2 sind die in der Literatur hauptsächlich aufscheinenden Termini von Opal (Varietäten und spezielle Ausbildungsformen) aufgelistet. Im bekannten CIBJO-Handbuch (Ausgabe 1995) sind nur Opal (verschiedene Farben), schwarzer Opal, Boulder Opal, Feueropal, Harlekin Opal, Moosopal, Prasopal, Opalmatrix, Wasseropal und Holzopal ausgewiesen.
Als Matrixopal werden üblicherweise Opale mit Muttergestein oder poröse Opale, die zur Kontraststeigerung schwarz gefärbt sind, bezeichnet. Doch findet sich in der Literatur auch der Terminus „Opalmatrix“ (z. B. Eppler 1984, CIBJO-Handbuch 1995). Beide Begriffe scheinen somit synonym für mehr oder weniger intensiv von Opalsubstanz durchsetztes Gesteinsmaterial verwendet zu werden, wobei sowohl vulkanisches als auch sedimentäres Material vorliegen kann.

Es wird hier vorgeschlagen, dies genauer zu fassen. So sollte man unter „Matrixopal“ nur grob mit Muttergestein verwachsene, nicht eingefärbte Opale bezeichnen und den Begriff „Opalmatrix“ nur für jenes Material verwenden, wo Vulkanite oder Sedimente unter Beibehaltung ihrer originalen Strukturen vollständig opalisiert worden sind, wie dies in der Folge für South Australia exemplarisch gezeigt werden kann (es ist auch jenes Material, das durch entsprechende Behandlung/Färbung eine Kontraststeigerung erfährt). In diesem Sinne wären z. B. Boulder Opale bzw. die bekannten „Yowa Nut Opale“ aus Queensland als Matrixopale zu bezeichnen.

· Opalmatrix aus Vulkaniten

Im Sinn der obig gegebenen Definition wären dazu die schon im 18. Jahrhundert für Ringe, Anhänger, Tabaksdosen und andere kunstgewerbliche Dinge verwendeten opalisierten andesitischen Gesteine von Czerwenitza (Dubnik), ehemals Ungarn, jetzt Slowakei, zu rechnen (Abb. 1 und 2).
Das Material ist heute praktisch nicht mehr verfügbar und findet sich daher nur in altem Schmuck verarbeitet. Erwähnt sei hier, dass das Rohmaterial gelegentlich stärker mit Sulfiden (Pyrit und Markasit) imprägniert sein kann, was im Laufe der Zeit zu einem Zerfall dieser Steine, insbesondere bei unsachgemäßer, zu feuchter Lagerung, führt! Ein weiteres Vorkommen dieser Art liefert heute allerdings relativ reichlich Material, wie man sich auf internationalen Börsen überzeugen kann. 


Es ist ein mit Opalsubstanz durchsetztes, üblicherweise sehr dunkles vulkanisches Gestein aus Honduras. Nach Webster (1975) handelt es sich dabei um einen Trachyt. Downing (1995) bezeichnet das schwarze Gestein als „Basalt“. Letztere „Gesteinsansprache“ ist zweifellos falsch, wie Abb. 3 sehr gut erkennen lässt. Das Schliffbild zeigt wunderschöne Glasscherben, teils auch ausgezeichnet erhaltene „Y“-Strukturen, wie sie für saure, rhyolithische Tuffe und vor allem für Ablagerungen aus Glutwolken typisch sind.

Auch Banerjee & Wenzel (1999) beschreiben den aus dem Bereich von Gracias in Honduras kommenden „schwarzen Opal“ als Ignimbrit. Von einem steirischen Händler wurde in den letzten Jahren ähnlich aussehendes Material mit der Herkunftsangabe „Äthiopien“ in Umlauf gebracht. Nach Auskunft äthiopischer Geologen ist ihnen derartiges Material aus Äthiopien nicht bekannt, doch ist es nicht völlig auszuschließen, dass es sich hier um ein weiteres Vorkommen von typischer Opalmatrix vulkanischer Provenienz handelt. Schließlich stammen die heute auf dem Markt nicht allzu selten angebotenen Opalknollen aus dem Gebiet nahe Mezezo in der äthiopischen Provinz Shewa ebenfalls aus Vulkaniten (Hoover et al. 1996). Schliffe dieses Materials liegen mir bisher nicht vor. Die angebotenen Cabochons zeigen allerdings, abweichend vom ähnlich aussehenden Material aus Honduras, u.a. auch typisch weiße, blockige Ein-sprenglinge von Feldspat.


· Opalmatrix aus Sedimenten


Die Opale aus den kreidezeitlichen Ablagerungen des „Großen Artesischen Beckens“ in Australien (verteilt auf Queensland, South Australia und New South Wales) dominieren seit ihrer Entdeckung gegen Ende des 19. Jahrhunderts den internationalen Schmuckmarkt. Es handelt sich dabei überwiegend um Spalten- und Rissfüllungen in Sandsteinen, Schiefern, Toneisensteinen und Karbonatgesteinen, mit teils typischer Strukturierung.

Das Alter der Sedimente wird von Hutton (2002) mit 122 bis 91 Millionen Jahren angegeben (nur das Opalfeld von Mintabi in South Australia liegt in Gesteinen, die dem frühen Paläozoikum – Ordovik? – zugerechnet werden und ist damit an deutlich ältere Gesteine gebunden); die Opalbildung, die im Detail noch widersprüchlich diskutiert wird, wird dagegen allgemein als wesentlich jünger angenommen.

zum Vergrößern bitte anklicken: 


Abb: 1


Abb: 2


Abb: 3

Fotos: HR Dr. G. Niedermayr


Nach dem genannten Autor spricht sehr viel dafür, dass die Opalisierung der Sedimente vor etwa 24 Millionen Jahren unter warmen, trockenen Klimabedingungen und bei stark alkalischem Milieu der opalisierenden Lösungen im Zuge bestimmter tektonischer Aktivitäten erfolgt ist.

 

Ein interessantes neues Modell der Opal-Entstehung stellt Deveson (2004) zur Diskussion. Er sieht zumindest lokal einen ursächlichen Zusammenhang zwischen artesischen Quellen und der Bildung von Opal als erwiesen.

Aber auch in diesem Fall wird die Opalisierung der Sedimente als sehr spät ablaufender Prozess verstanden. Obwohl der größte Teil der australischen Opale als Vollopale oder als Dubletten und Tripletten verarbeitet auf den Markt kommt, werden gelegentlich auch Matrixopale bzw. Opalmatrix als besonders attraktive Objekte im Schmuck verwendet.


Abb:4


Foto: Prof.L.Rössler

Schöne Beispiele dafür sind Schmuckstücke aus Boulder Opal oder Yowah Nut Opal, die gar nicht so selten mit ihrer typischen, dunkelbraunen Toneisenstein-Matrix verarbeitet werden. Soll hier dafür der Terminus „Matrixopal“ vorbehalten bleiben, so sollte der Begriff „Opalmatrix“ insbesondere auf das schon von Webster (1975) als „oolitic opal“ bezeichnete Material, das aus dem Opalfeld von Andamooka in South Australia stammt, beschränkt werden.

Von Gemmologen und von Vertretern der Schmuckbranche wird dieses Material immer als minderwertig, manipuliert und gelegentlich sogar als „mögliche Fälschung“ aufgefasst. Sieht man aber genauer hin und versucht, die Entstehung dieses eigentümlich erscheinenden Materials zu ergründen, so offenbaren sich uns faszinierende Naturprozesse, wie sie bei Schmuckmaterialien nur selten so klar nachvollziehbar sind.


„Andamooka-Opale“ zeigen im Anschliff (und Dünnschliff) oft charakteristische rundliche Partikel (Ooide), Intraklasten (meist mehr oder weniger gerundete Sedimentpartikelchen) und gelegentlich auch Fossilreste sowie typische sedimentäre Strukturen (Abb. 4).

Eigenartig ist, dass dieses Material das originale sedimentäre Gefüge und die Form und den zonaren Aufbau der typischen Ooide bis ins kleinste Detail erkennen lässt, XRD-Aufnahmen aber nur Opal CT und keine anderen Mineralphasen mehr nachweisen können – d. h. die ehemaligen Sedimente sind unter


Abb: Andamooka-Opal, Dünnschliff.
Foto: HR Dr. G. Niedermayr

Wahrung ihres ursprünglichen Aussehens vollständig pseudomorph in Opal umgewandelt worden. Daraus ergibt sich für diese meist aus Oolithen hervorgegangene Opalmatrix ein sehr interessanter, komplexer Verlauf des diagenetischen Bildungsprozesses. Oolithe bilden sich im marinen Milieu üblicherweise unter ariden bis semiariden Klimabedingungen bei etwas erhöhter Salinität und Mg-Konzentration sowie CaCO3-Übersättigung des Meerwassers. Die Ooide bestehen dabei in den allermeisten Fällen aus Aragonit, der in geringer Wassertiefe und bei relativ starker Wasserbewegung um Fremdkörper (Quarzkörnchen, Schalenbruchstücke u. ä.) in konzentrisch-radialstrahliger Anordnung kristallisiert. Im Zuge der Verfestigung (Diagenese) derartiger karbonatischer Sedimente wird bei sinkendem Mg/Ca-Verhältnis der im Sediment zirkulierenden Porenlösungen Aragonit instabil und in Calcit umgewandelt.
Die für die Oolith-Bildung notwendigen klimatischen und geologischen Voraussetzungen scheinen nach Horton (2002) in Australien zur Kreidezeit durchaus gegeben, wobei dies mit Annahmen anderer Autoren in gewissem Widerspruch steht. So werden z. B. für die Bildung des Vorläuferminerals der berühmten „Opal-Pineapples“ von White Cliffs in New Soth Wales arktische Temperaturen unter dem Gefrierpunkt angenommen (vgl. dazu Diskussion bei Niedermayr 1997).

Tatsächlich kommen die Ablagerungen des „Großen Artesischen Beckens“, an die die Opalführung gebunden ist, zur Kreidezeit nach paläogeographischen Rekonstruktionen von Smith et al. (1981) oder „BMR Paleogeographic Group 1990, Bureau of Mines and Mineral Resources, Australia – Evolution of a Continent” im Bereich um 60° südliche Breite und damit schon sehr nahe an den Südpol zu liegen. Allerdings ist nicht auszuschließen, dass zu dieser Zeit im Bereich des Süd-Polarkreises entgegen den heutigen Verhältnissen ein moderates Klima herrschte, das z. B. auch das Leben von Dinosauriern begünstigte (vgl. Vickers-Rich & Rich 1997). 
Wie auch immer, die Opalisierung der Sedimente erfolgte dann vor etwa 35 bis 20 Millionen Jahren. Somit können wir heute auch an solchen im Schmuck verarbeiteten Opalmatrix-Objekten ablesen, dass das Material vor vielen zig-Millionen Jahren, vielleicht unter moderaten klimatischen Bedingungen in einer flachen Lagune aus leicht übersalzenem Meerwasser als Aragonit gebildet worden ist. Später kristallisiert Aragonit zu Calcit um.
In wesentlich jüngerer geologischer Zeit werden diese Gesteine dann unter bestimmten, dafür notwendigen Bedingungen von an Kieselsäure-Gel reichen Lösungen unter Wahrung ihrer originalen Sedimentstrukturen mehr oder weniger vollständig opalisiert. Es ist somit beinahe eine Zeitreise in die Vergangenheit unserer Erde, die wir an einem kleinen, aus Opalmatrix von Andamooka geschliffenem Cabochon absolvieren können. So fasziniert nicht nur die Schönheit und Eigenartigkeit dieses Steines, sondern auch seine Entstehungsgeschichte auf besondere Art und Weise!

Literatur
Banerjee, A. & Th. Wenzel (1999): Black opal from Honduras. – Eur. J. Mineral. 11, 401 – 408.
Brown, G. (2002): Louisiana Opal. – Australian Gemmologist 21, 244 – 246. Cram, L. (2002): A Journey with Colour. A History of White Cliffs Opal 1884 – 1999. – Lightning Ridge: Eigenverlag des Autors, 368 S. Deveson, B. (2004): The origin of precious opal. A new model. – Australian Gemmologist 22, 50 – 58. Downing, P. B. (1995): Opal. Identification and value. – Estes Park, Co.: Majestic Press Inc., 210 S. Eppler, W. F. (1984): Praktische Gemmologie, 2. Aufl. – Stuttgart: Rühle-Diebener-Verlag GmbH + Co KG., 504 S. Henn, U. (1995): Edelsteinkundliches Praktikum. Zur Unterscheidung von natürlichen und synthetischen Diamanten, Korunden, Spinellen, Beryllen (Smaragde), Chrysoberyllen (Alexandrite), Quarzen (Amethyste und Citrine) und Opalen. – Z. Dt. Gemmol. Ges. 44/4, 112 S. Hoover, D. B., T. Z. Yohannes & D. S. Collins (1996): Ethiopia: a new source for precious opal. – Australian Gemmologist 19, 303 – 307. Horton, D. (2002): Australian sedimentary opal – why is Australia unique? – Australian Gemmologist 21, 278 – 296. Nassau, K. (1983): The physics and chemistry of color. The fifteen causes of color. – New York – Chichester – Brisbane–Toronto – Singapore: John Wiley & Sons, 454 S. Niedermayr, G. (1997): Die “Opal Pineapples” von White Cliffs in New South Wales, Australien (Teil 2). – MINERALIEN-Welt 8, 5, 48 – 55. Smith, A. S., A. M. Hurley & J. C. Briden (1981): Phanerozoic paleocontinental world map.–Cambridge: Cambridge University Press. Vickers-Rich, P. & Th. H. Rich (1997): Australiens Polar-Dinosaurier.–Spektrum der Wissenschaft, Digest 5: Saurier und Urvögel, 88 – 94.Webster, R. (1975): GEMS. Their Sources, Descriptions and identification.–London–Boston: Butterworths, 938 S.



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