Wendelsheim-DM_3,7cm

3. Januar 2009

Was ist eigentlich Achat?

Der Achat gehört zur Klasse der Oxide, Abteilung Dioxide, Quarzgruppe, die Gruppennummer ist 4.DA.560 (HÖLZEL, 1991). In dieser Gruppe sind  -neben den Modifikationen Quarz (Beta-Quarz), Hochquarz (Alpha-Quarz) und Chalcedon- 35 unterschiedliche SiO2-Varianten zusammengefaßt. Darunter stellt Achat eine besondere Erscheinungsform des Kieselsäureanhydrites SiO2 dar. Sie alle bilden verschiedene selbständige Minerale und Mineralvarietäten, die sich durch ihren unterschiedlichen Kristallaufbau und damit unterschiedliche, vor allem physikalische Eigenschaften auszeichnen.

Die bekannteste Form und gleichzeitig das in der oberen Erdkruste häufigste Mineral ist der Quarz. Weniger häufig dagegen ist die faserige Erscheinungsform des SiO2, die, je nach ihrer optischen Orientierung, als Chalcedon und Quarzin bezeichnet wird

Benannt wurde der Achat nach dem Fluß Achates auf Sizilien, der heute Dirillo genannt wird.

Als Achat werden verschieden gefärbte, im allgemeinen gebänderte, mikrokristalline Chalcedonvarietäten bezeichnet. Dem Achat durchaus ähnlich ist Jaspis, bei dem die Chalcedonfasern jedoch mehr wirr durcheiander liegen oder in einzelnen unterschiedlich orientierten Aggregaten verknüpft sind. Oft handelt es sich bei den Jaspisen auch um stark silifizierte, dichte Gesteine, wie dem Bandjaspis, z.B. von Gnandstein bei Kohren-Sahlis in Sachsen, einem Tuff oder bei dem sogenannten Porzellanjaspis, einem durch natürliche Erdbrände verhärtetem tonigen Gestein. Auch der Feuerstein oder Flint der Kreide besteht überwiegend aus Chalcedon, ebenso Hornstein und viele Kieselschiefer. Alle diese Bildungen zeichnen sich jedoch nicht durch den typischen Lagenbau des Achates aus und enthalten meist in wesentlichen Anteilen andere Mineralphasen beigemengt. Chalcedon selbst wiederum besteht aus kleinsten, mitunter mehr oder weniger parallel oder radialstrahlig angeordneten SiO2-Fasern, die häufig lagenweise abgeschieden worden sind. Diese Lagen sind beim Achat unterschiedlich gefärbt. Die Oberfläche der Achataggregate kann sehr vielgestaltig sein. Oft zeigt sie kugelige oder nierig-kollomorphe Formen.

Achat: Die chemische Zusammensetzung
Achat bzw. Chalcedon wird aus Siliziumdioxid SiO2 zusammengesetzt. Nebenbestandteile mit Gehalten von größer 0,01% bis ca. 0,5% sind nach Literaturangaben mitunter Aluminium und Eisen. Es ist jedoch nicht immer zu entscheiden, inwieweit diese Elemente direkt in das Gitter des SiO2 eingebaut sind oder ob es sich um Verunreinigungen anderer Mineralien, z.B. Hämatit, Fe2O3, für Eisen oder für Aluminium um Feldspäte oder Glimmermineralien handelt. Dafür sprechen auch die von BLANKENBURG (1988) errechneten arithmetischen Mittelwerte für diese Elemente, die in Achatproben wesentlich höher liegen als in mit diesen zusammen vorkommenden, aber besser zu präparierenden Quarzproben. Die Partikelgrößen können im mikroskopischen oder submikroskopischen Bereich liegen, so daß sie bei einer Präparation zur Gewinnung reinen Analysenmaterials kaum entfernt werden können.

Physikalische Eigenschaften
Achat wird aus mikrokristallinen Quarzfasern aufgebaut, die i.a. senkrecht zur Oberfläche der Aggregate stehen. Die einzelnen Fasern des Achates liegen entweder parallel zu ihrer kristallographischen c-Achse und haben einen optisch positiven Charakter der Längserstreckung: Sie werden dann Quarzin genannt. Sie können aber auch senkrecht zu dieser Achse mit negativem Charakter ihrer Längserstreckung liegen und stellen dann den Chalcedon i.e.S. dar (siehe Abb. 2). Feststellbar ist dies nur auf mikroskopischem Wege. Die Länge und die Dicke der Fasern schwanken in den einzelnen Vorkommen und Lagen mitunter erheblich: für die Längserstreckung sind Werte bis über 10 mm keine Seltenheit, die Dicke wurde zwischen maximal 1,5x10-1 mm (BRAITSCH, 1957) und 4 x 10-4 mm (CORRENS & NAGELSCHMIDT, 1933) gemessen, wobei der Schwerpunkt der Messungen eindeutig bei n x 10-4 mm liegt. Die zu beobachtenden optischen Daten sind nicht einheitlich, was letztlich in den feinen Fasern begründet ist, die den Achat aufbauen. Festzustehen scheint nach Meinung der weitaus meisten Autoren, daß der Achat bzw. Chalcedon aus Quarzfasern besteht, d.h. daß die Fasern optisch einachsig sind. Die Lichtbrechung parallel der Faserrichtung schwankt nach den verschiedensten Autoren zwischen 1,532 (CORRENS & NAGELSCHMIDT, 1933) und 1,5417 (FLÖRKE u.a., 1982). Von einigen Autoren ist auch optische Zweiachsigkeit mit positivem Charakter beschrieben worden (z.B. JONES, 1952). Andere Autoren vermuteten im Chalcedon ein Gemenge mehrerer Mineralphasen.

Der Glanz des Achates ist ein matter Glasglanz bis Wachsglanz (WEINER & HOCHLEITNER, 1979). Durch dicht eingelagerte Pigmentpartikel kann mitunter auch ein matter Seidenglanz entstehen. Der Achat zeigt keine Spaltbarkeit, der Bruch ist muschelig, die Dichte schwankt zwischen 2,492 und 2,642 g x cm-3. Dabei wurden am Achat selbst eines Vorkommens oder gar nur eines Stückes mitunter Dichteunterschiede bis 0,034 g x cm-3 festgestellt. Eine Übersicht über die Schwankungsbreite der Dichte des Achates ist nach Angaben zahlreicher Autoren bei BLANKENBURG (1988) zu finden, wobei ein arithmetisches Mittel von 2,596 g x cm-3 errechnet worden ist. Die angegebenen Werte beziehen sich dabei in Anbetracht des sehr feinkristallinen Aufbaues der Achate wohl überwiegend auf die Rohdichte, d.h. die Dichte des Minerals "am Stück" ohne Berücksichtugung feinster Poren oder Verunreinigungen. Verläßliche Werte zur Reindichte, d.h. der reinen Mineralsubstanz, sind auf experimentellem Weg nur äußerst schwer zu erlangen und der Literatur eindeutig auch nicht zu entnehmen.

Die Härte nach MOHS wird mit 6,5 angegeben. BLANKENBURG (1988) führte zahlreiche Härtebestimmungen an Würfeln mit 10 mm Kantenlänge durch. Die jeweils an drei aufeinander senkrecht stehenden Flächen durchgeführten Messungen mit Hilfe einer Diamantspitze im Eindrückverfahren (Mikrohärtemeßverfahren unter dem Mikroskop nach VICKERS) ergab keine signifikanten Unterschiede in den drei Richtungen. Allerdings treten erhebliche Streubreiten zwischen etwa 3.500 MPa und 11.500 MPa auf. Die arithmetischen Mittelwerte schwanken zwischen 5.010 MPa und 7.190 MPa, wobei eine deutliche Häufung der Bestimmungen um einen Wert von etwa 5.500 MPa festgestellt wurde.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Achates ist sehr gering. Er wurde von BLANKENBURG (1988) für einen Temperaturbereich zwischen 20°C und 300°C mit a = 1,35 x 10-5 K-1 durch Versuche an brasilianischem Achat berechnet. Dieser geringe Ausdehnungskoeffizient hat für verschiedene technische Anwendungen entscheidende Bedeutung.

Untersuchungen zur Wasseraufnahme und offenen Porosität wurden von BLANKENBURG, ULLRICH und WERNER (1987) durchgeführt. Die von diesen Autoren gemessenen Werte an brasilianischem Achat liegen bei 0,06% bis 0,18% für die Wasseraufnahme, und daraus errechnet sich eine offene Porosität von 0,15% bis 0,45%. Wenn die Proben 24 Stunden länger im Wasser bleiben, steigen die Werte auf 0,22% bis 0,30% für die Wasseraufnahme bzw. 0,55% bis 0,75% für die offene Porosität. Als Porengröße wurde mit dem Quecksilber-Hochdruckporosimeter von diesen Autoren ein Porenraum mit einem Durchmesser von 0,008 mm festgestellt. Die Porosität ist neben feinsten Sprüngen und Zwischenräumen zwischen den einzelnen Achatlagen wichtig für eine künstliche Farbgebung der Achate.

Hinweise auf die Löslichkeit des Achates im Wasser geben bereits Beobachtungen von Lösungsspuren, die der aufmerksame Beobachter an Achatmandeln aus Ergußgesteinen ebenso machen kann wie an Achaten in hydrothemalen Gangmineralisationen. Die Löslichkeit ist allerdings von zahlreichen Faktoren abhängig wie der Temperatur, dem Druck, dem pH-Wert des umgebenden Mediums, der Korngröße, der Porosität u.a.. Das zeigten umfangreiche Untersuchungen zahlreicher Autoren (YARIV & CROSS, 1979; ILER, 1955; KENNEDY, 1944 u. 1950), doch fanden Untersuchungen bereits seit der Mitte des 19. Jahrhunderts in breitem Rahmen statt. Allgemein kann jedoch gesagt werden, daß Achat im Wasser kaum löslich ist, seine Löslichkeit liegt zwischen der des schwerer löslichen Quarzes und der des allerdings amorphen, selbst mehr oder weniger Wasser enthaltenden Opals. Leicht löslich ist Achat dagegen in Fluorwasserstoffsäure (H2F2), nur gering in Kalilauge (KOH). Hierzu lieferte besonders HEINZ (1930) Untersuchungsergebnisse.


Kristallographischer Bau
Röntgenographische Untersuchungen zahlreicher Autoren hatten bereits in den Zwanziger Jahren gezeigt, daß der Chalcedon der Achatmandeln aus Vulkaniten kristallographisch Quarz ist. Von anderen Autoren wurde auch die Möglichkeit diskutiert, daß Chalcedon z.B. aus Opal und einer SiO2-Modifikation, die keinen Quarz darstellt, besteht (ROSENBUSCH & WÜLFING, 1905). Außerdem wurde durch diese Untersuchungen ebenso wie auch polarisationsmikroskopisch eine Faserstruktur des Achates konstatiert. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von etwa 2000 facher oder höherer Vergrößerung in neuerer Zeit (LANGE, BLANKENBURG & SCHRÖN, 1984; LANDMESSER, 1984; HOLZHEY, 1994) zeigten jedoch überraschenderweise einen Aufbau der Achate aus kleinen kugeligen Gebilden mit einem Durchmesser von 10-5 bis 3x10-4 cm. Irgendeine Faserstruktur war nicht feststellbar. Zwar wurden diese Beobachtungen von den genannten Autoren an Achaten aus Vulkaniten (Vulkanitachate) gemacht, doch kann man mit einiger Berechtigung vermuten, daß die Achate aus hydrothermalen Gängen (Gangachate) einen zumindest ähnlichen Feinbau aufweisen. Mitunter wurden an den SiO2 - Kügelchen ebene Flächen beobachtet, die Kristallflächen des Quarzes entsprechen. Allerdings sind die Kanten dieser Flächen häufig unscharf und gekrümmt.

BLANKENBURG (1988) geht der Frage nach, warum die mit dem Lichtmikroskop zu beobachtende Faserstruktur nicht im rasterelektronenmikroskopischen Bild wiedergefunden wird und vermutet, daß man bei lichtmikroskopischer Betrachtung einen Summeneffekt feststellt.

HOLZHEY (1994, 1997) kommt bei seinen Untersuchungen des Mikrogefüges von Achaten aus Rhyolithen des Thüringer Waldes zu dem Schluß, daß während der Achatgenese in jedem Fall ein Gelstadium durchlaufen worden ist. Die Gitterkonstanten der mikrokristallinen Quarze des Achates weichen von den bisher für Quarz bekannten Werten ab. Die Gitteraufweitung erfolgte vor allem in Richtung a0.

Gleiche oder ähnliche kugelige Mikrogefüge wurden auch an Jaspisen, am Feuerstein (Flint) und teilweise auch an Kieselschiefern und Hornstein (Chert) festgestellt.

Der Aufbau der Achate aus feinsten kugelförmigen Kristalliten bedingt auch einen gewissen Reichtum feinster Poren in den Zwickeln zwischen den Kristalliten und das wiederum eine hohe innere Oberfläche. Diese ist, außer der bereits oben erwähnten Porosität, mitverantwortlich für eine relativ hohe Aufsaugfähigkeit gegenüber Flüssigkeiten. Färbende Lösungen können damit auf natürliche Weise oder künstlich gewollt in den Achat eindringen und zu verschiedenen Färbungen Anlaß geben. BLANKENBURG (1988) schreibt: "Homogene bläulichgraue, semitransparente Achatpartien sind gleichbedeutend mit optisch dünn- und langfaseriger Ausbildung und geringem Paragenesemineralgehalt. Sie weisen ein gutes Ansaugverhalten gegenüber Wasser auf. Weiße Partien deuten auf wirr- bzw. grobkörnigeren Quarz. Diese Bereiche und farbigen Zonen sind im allgemeinen von geringerer Porosität". Man muß jedoch bedenken, daß die Färbung des Achates darüber hinaus auch vom Angebot färbender Lösungen abhängen kann. Das kann vor allem dann der Fall sein, wenn die Entstehung einer Folge mehrerer Achatlagen von Zeiten unterbrochen war, in der kein Achat wegen anderer physiko-chemischer Bedingungen gebildet werden konnte, dafür aber z.B. Lösungen mit einen Gehalt färbender Schwermetalle, vor allem ist hier Eisen zu nennen, zur Verfügung standen.

Farbe
Chalcedon bzw. Achat ist in seiner reinen Form hellbläulichgrau bis weiß gefärbt, wobei besonders die weiße Farbe bereits auf feinste Bläschen oder Poren zurückzuführen ist. Typische Vertreter solcher "reinen" Achate sind die aus Brasilien für technische Zwecke in großer Menge eingeführten. Sie sind blaß und wenig attraktiv, für Sammler und Liebhaber kaum von Interesse. Die ästhetisch schönen und von Sammlern wie Schmuckherstellern gleichermaßen begehrten Achate enthalten als färbendes Pigment stets geringe Mengen fremder Substanzen. Das unterscheidet den Achat grundsätzlich von den Mineralen, bei denen die Färbung direkt auf den Bau ihres Kristallgitters zurückzuführen ist (isochromatische Mineralien wie z.B. Schwefel, Erythrin u.a.) oder bei dem die Farbgebung durch Einlagerung von Spuren fremder Elemente in das Kristallgitter erfolgt (allochromatische Mineralien wie z.B. Beryll: blau - Aquamarin, grün - Smaragd). Beim Achat unterscheidet BLANKENBURG (1988) drei Möglichkeiten als Ursache für deren Färbung:

• Verwachsungen mit feinsten Fremdmineralpartikeln
• unterschiedliche Kristallinität der Achatsubstanz
• unterschiedliche Kristallitausbildung und damit innere Oberfläche.

Welche der drei Möglichkeiten am jeweiligen Fundpunkt, am jeweiligen Achatstück und in der jeweiligen Achatlage überwiegt und welcher Farbton in welcher Intensität auftritt, hängt von den konkreten physiko-chemischen Bedingungen zur Zeit der Achatbildung ab. Dazu zählen neben Druck und Temperatur auch Konzentrationsgefälle, Lösungsgenossen und andere Parameter. In den unterschiedlichen Bildungsbedinungen ist auch der Grund für die Vielfalt der Achate in ihrer Ausbildungsform und Farbe zu suchen. Und trotzdem zeigen viele Vorkommen trotz der Unterschiede der Einzelstücke, die in ihnen gefunden werden, Gemeinsamkeiten, die oftmals eine Zuordnung eines einzelnen Achatstückes zu eben diesem Vorkommen erlauben. Die weit überwiegende Zahl der Achate ist in braunen, roten bis orangefarbenen Tönungen gefärbt, die durch feinste, teilweise submikroskopische Einschlüsse von Eisenoxiden und -oxidhydraten hervorgerufen werden. Teilweise sind die färbenden Einschlüsse aber auch so groß, daß sie bereits mit bloßen Auge oder wenigstens mit einer Lupe erkannt werden können. Dabei kann es durch natürliche Prozesse durchaus zu vollständigen oder teilweisen Farbänderung kommen, wie sie z.B. LIESEGANG (1915) bereits eingehender beschrieb. Hier soll nur auf ein Beispiel aufmerksam gemacht werden: Im bekannten Schlottwitzer Achatgang im Osterzgebirge ist roter Achat allgemein verbreitet. Durch Änderung der physiko-chemischen Verhältnisse wurde dieser rote Achat später stellenweise in grauen Achat umgewandelt, wobei diese Umbildung eindeutig von feinen Klüften und Trümern ausging. Offenbar kam es dabei zunächst zu einer Reduktion des Eisen-III im färbenden Fe2O3 zu Eisen-II, wie die zunächst ins Grünliche gehende Verfärbung zeigt. Anschließend kam es vermutlich noch zu einem Abtransport des Eisens und damit einer "Bleichung" des Achates (Abb. 18). Grünliche Färbungen können auf Einlagerungen grüner Schichtgitterminerale, z.B. Chlorite, zurückgeführt werden. Aus ihnen oder ähnlichen Mineralien bestehen die moosartigen Einlagerungen, die dem Moosachat seinen Namen gaben. Sie sind jedoch keinesfalls organischen Ursprungs, haben mit Moosen absolut nichts zu tun. Über die mögliche Entstehung der moosartigen Strukturen hat bereits LIESEGANG (1915) ausführlich berichtet.


Erscheinungsformen und Varietäten des Achats
Die unterschiedliche Ausbildung und Färbung des Achates gab Anlaß für zahlreiche Varietäten- und Fantasienamen (nach BAUMGÄRTEL u.a., 1988; ARNOTH, 1986), die Abbildungshinweise beziehen sich auf das Buch von Reiner HAAKE:

Bandachat
mit mehr oder weniger paralleler Bänderung (Abb. 5).

Augenachat
zeigt bei geeigneter Schnittlage durch ein Achataggregat augenartige Zeichnung.

Brillenachat
ist ähnlich wie Augenachat, jedoch treten nur zwei nebeneinander liegende Bildungen mit mehr oder weniger kreisförmigen Bändern auf (Abb. 10). Beim

Festungsachat
sind die Bänder wie die Wälle einer Festung angeordnet (Abb. 6). Im

Wolkenachat
ist die Färbung ungleichmäßig wolkig verteilt. Der

Korallenachat
hat seinen Namen von der Oberflächengestaltung der Aggregate, wenn man den Achat entlang einer der rot gefärbten Lagen spaltet (Abb. 13).

Trümmerachat
ist durch tektonische Einwirkungen auf abgeschiedene und bereits verfestigte Achate entstanden, wobei diese in zahlreiche scharfkantige Bruchstücke unterschiedlicher Größe zerbrachen. Diese Bruchstücke wurden danach wieder durch Quarzabscheidungen miteinander verkittet (Abb. 4 + 17).

Sard
wird ein Achat mit konzentrisch schaligen neben ebenen Bändern genannt (Abb. 7).

Enhydros
sind hohle Achatmandeln, in denen sich ein Flüssigkeitsrest befindet.

Holzachat,
mitunter auch Baumstein oder Holzstein genannt, entstand durch die "Achatisierung" von Hölzern durch kieselsäurereiche Wässer. Dabei blieb die ehemalige Holzstruktur oft in hervorragender Weise erhalten, so daß es möglich ist, noch Einzelheiten des Holzes wie Leitgefäße, Rindenabschnitte, selbst Fraßgänge von Holzschädlingen zu erkennen und eine Artbestimmung vorzunehmen. Diese Achate sind oft in vielfältiger Weise gefärbt. Das für Deutschland bekannteste Vorkommen ist das von Chemnitz in Sachsen (Abb. 9).
Weltweit bekannt für Holzachate ist der Petrified Forest östlich Holbrook in Arizona, USA.

Moosachat
zeigt nicht die bei den bisher genannten Formen vorherrschende Bänderung. Er ist meist hellgrau durchscheinend gefärbt und enthält moosartige Einschlüsse anderer, überwiegend grün gefärbter Mineralien (Abb. 12). Zuweilen kommen Moosachate zusammen mit "normalen" Achaten vor, so z.B. bei Steinhardt-Sobernheim in der Nähe von Bad Kreuznach/Rheinland-Pfalz.

Weitere Fantasienamen bezeichnen besondere Bildungsformen wie
 
Spitzenachat
(Umkrustungen von Gesteinsbruchstücken),

Pseudomorphosenachat
(Verdrängung anderer Mineralien, vor allem Calcit, zuweilen auch Skolezit, unter Beibehaltung von deren Kristallumrissen,

Röhrenachat
(Umkrustungen und Verdrängungen langprismatischer anderer Mineralien)

Schlangenachat
sind schlangenartig aussehende Achataggregate.

Auch zufällige einzelne Bildungsformen erhielten besondere Namen, zum Beispiel Pagoden-, Landschafts-, Bäumchen-, Regenbogen-, Häuschenachat. Der Fantasie sind somit keine Grenzen gesetzt.

Die Stellung des Achates bzw. Chalcedon innerhalb der unterschiedlichen Formvarietäten des SiO2, das aus hydrothermalen, d.h. wäßrigen Lösungen im Temperaturbereich von etwa 25°C bis 375°C ausgeschieden worden ist, gibt in sehr instruktiver Weise KUSCHKA (1974). Ihm gelang es, die Abscheidungsfolge der Mineralien in erzgebirgischen Lagerstätten auch am einzelnen Handstück  genau festzulegen (KUSCHKA, 1970).

Copyright 2001 by Bode Verlag GmbH, Haltern. Die Texte stammen aus dem Buch "ACHATE sammeln in Deutschland, Teil 1" von Reiner Haake, erschienen 2000 im Bode Verlag GmbH, D-45721 Haltern.