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Im amerikanischen Westen. Die Indianer der Uncompahgre Ute Stammes haben sich für ein Nacht-Ritual versammelt. Ein Detail ihrer Aktivität ist für uns interessant: von den Rasseln, die aus dünner Büffelhaut bestehen und von den Männern gehalten werden, leuchtet ein Licht im Takt des Rasseln auf. Wo kommt es her? Da hat zu tun mit der Tribo-Lumineszenz: das Licht entsteht durch das gegeneinander Klopfen und Reiben von Quarzstücken in den Rasseln (TRIBO = Abrieb, Verschleiß). Das Ritual der Ute-Indianer ist wahrscheinlich die einzige praktische Anwendung dieses ungewöhnlichen Phänomens (wenn man denn diese Tätigkeit, die auf das Wohlwollen der Geister abzielt, als praktische Anwendung bezeichnen kann?). Aber es gab und gibt viel wichtigere Verwendung für Quarz, wie nachfolgend ausgeführt wird.

 

Strukturell ist Quarz kristallines Siliciumdioxid, SiO2. In der Natur ist es eines der am häufigsten vorkommenden Mineralien (Quarzsand), das es in vielen Formen gibt. Quarz in Form großer, farbloser Kristalle ist bekannt als Bergkristall, die größten natürlich vorkommende Quarzkristalle können Ausmaße von bis zu mehreren Metern und ein Gewicht von bis zu hundert Kilo haben. Tribolumineszenz ist charakteristisch für milchigen Quarz. Methoden Quarzkristalle künstlich wachsen zu lassen, wurden bereits erfolgreich entwickelt.

 

Quarz ist bekannt und wird von den Menschen schon seit Ur-Zeiten genutzt. Quarzmineral war in der Steinzeit das hauptsächlich verwendete Material bei der Herstellung von Werkzeugen für Arbeit, Jagd und Krieg, auch in Estland. Eine solche "Stein-Werkstatt" mit einem Alter von über 7000 Jahren wurde von Archäologen im Jahr 2004 in Siksälä Kerikumägi in der Nähe von Misso in Võrumaa entdeckt.

 

Aber auch heutzutage ist Quarz in einer völlig neuen Rolle ein wichtiges Hightech-Material. Für unsere Gesellschaft, die immer schneller "tickt", gewinnt die richtige Zeit und der genaue Lauf der Uhren immer mehr an Bedeutung. Und Quarz leistet hierzu seinen einzigartigen Beitrag. Ein Merkmal der Quarzes ist der piezoelektrische Effekt - wenn ein Quarzkristall verformt wird, entsteht eine elektrische Spannung zwischen den Außenflächen. Und anders herum - eine am Kristall angebrachte elektrische Spannung bewirkt eine Verformung des Kristalls. Jeder Quarzkristall hat eine charakteristische und genaue Vibrationsfrequenz, die von der Form und der Größe des Kristalls abhängig ist; diese Schwingungen sind stabil und nur geringfügig abgedämpft. Die mechanischen Schwingungen werden begleitet von elektrischen Schwingungen - so wird zum Beispiel das elektrische Signal zur Synchronisation der Arbeitsabläufe aller Teile in einem Computer erzeugt. Konsolen aus piezo-elektrischem Quarz werden bei der Raster-Sonden-Mikroskopie für die ultrapräzise Positionierung der Sondenspitze eingesetzt.

 

Quarz ist nützlich nicht nur für die Messung von Millionstel Sekundenbruchteilen, sondern auch für Jahrtausende. Mit einem einfachen, aber wirksamen Experiment kann dies nachgewiesen und beobachtet werden. Dazu ist es nur notwendig, eine Kochplatte in einem dunklen Raum zu erhitzen, bis es möglich ist, den Beginn eines schwachen Glühens mit an die Dunkelheit gewöhnten Augen wahrzunehmen. Dann wird eine Prise Sand auf die Platte geworfen. In wenigen Augenblicken glitzert die Kochplatte wie ein Sternenhimmel - jedes Sandkorn "entzündet" sich kurz und erstirbt dann wieder. Dies ist Thermolumineszenz. Hochenergetische Teilchen, durch die Jahrhunderte währenden natürlichen radioaktiven Zerfall befreit, zerstören die Kristallstruktur des Quarzes, und machen sie unregelmäßig. Dies ist gespeicherte Energie, die als Licht freigegeben werden kann, wenn der Kristall erhitzt wird. Erhitzung macht die Unregelmäßigkeit rückgängig und setzt die Thermolumineszenz-Uhr wieder auf Null. Die Uhr beginnt sich dann wieder mit Zeit "aufzuladen". Dadurch ist die Intensität der Thermolumineszenz ein Maß für die Zeitspanne seit der letzten Erhitzung des Kristalls. Ein Beispiel hierfür ist das Brennen von Keramik, das Archäologen die Möglichkeit zur Bestimmung des Alters der Keramik gibt. Die Uhr kann auch auf Null gesetzt werden durch einen langen Aufenthalt im Sonnenlicht, ein Umstand, der für Geologen von Interesse ist, die sich mit Flusssedimenten befassen. (Aus diesem Grund sollte der Sand für das oben beschriebene Experiment aus einer vor Licht geschützten Quelle stammen.)

 

Die Struktur von Quarz kann Informationen über noch mehr lang zurückliegende und heftige Ereignisse enthalten - die Schockwellen, die den Absturz gewaltiger Meteore begleiteten (extrem hoher Druck) hinterlassen spezielle Spuren im Quarzkristall, die durch mikroskopische Untersuchungen erkennbar werden können. Auf diese Weise verformte Quarzkörner finden sich auf der ganzen Welt in einer Schicht, die auch reich ist an dem seltenen Element Iridium. Diese beiden Umstände verweisen gemeinsam auf den iridiumreichen riesigen Meteor, der vor 65 Millionen Jahren auf die Halbinsel Yucatan stürzte, den im Querschnitt 180 km messenden Chicxulub-Krater hinterlassend (siehe Google Maps). Wie dieses Ereignis zum Aussterben der Dinosaurier beigetragen haben mag, ist ein Objekt fortgesetzter Kontroversen unter Wissenschaftlern. Aber die jüngsten durch Schock deformierten Quarze sind bereits das Werk von Menschen. Im Jahre 1962 wurde ein unterirdischer Nukleartest, auch bekannt als Storax Sedan, im Testgebiet von Nevada durchgeführt (siehe Google Maps). Dies war der Atomtest, der die größte Umweltverschmutzung in den USA verursachte, und auf dem Testgelände wurden durch die Schockwellen verursachte Veränderungen an Quarz entdeckt.