Geologische Probenahme

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Die Probennahme bildet die Grundlage vieler (geo-)wissenschaftlicher Untersuchungen. Zugleich können hierbei bereits die größten Fehler gemacht werden, die sich massiv auf das spätere Ergebnis auswirken (vgl. Artikel zum Analysefehler).

Tipp:
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Eine sorgfältige und bewusste Probennahme und Präparation bildet die Basis der späteren Analytik. Informiere Dich daher bereits vor Deinem Geländeaufenthalt darüber welche Anforderungen Deine Probennahme erfüllen muss und welche Analytik daran später durchgeführt werden soll



Durchführung der Probennahme

Die Entnahme von Gesteinsproben im Gelände erfolgt generell in 6 Schritten:

  1. Auswahl einer geeigneten Stelle zur Probenahme.
  2. Dokumentation des Orts der Probennahme und der Orientierung der Gesteinsprobe: Foto oder Skizze von der Entnahmestelle (z.B. natürlicher Aufschluss oder Steinbruch) mit markierter Orientierung der Probe.
  3. Entnahme der Probe z.B. mittels Hammer, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines Meißels oder anderen Hilfsmitteln (z.B. Bohrer).
  4. Beschriftung der Gesteinsprobe mit einem wasserfesten Stift und zusätzlich ein Zettel mit den Daten der Lokalität und Proben-Nummer (parallel zum Eintrag im Feldbuch).
  5. Verpacken der Probe und Beschriftung des Probenbehälters.
  6. Notieren der Probennummer, dem Gesteinstyp (inkl. kurzer Beschreibung) und den Grund der Probenahme (z.B. Untersuchungsmethode) im Feldbuch.

Orientierte Probenahme

Je nach Fragestellung ist es wichtig, die ursprüngliche Orientierung der Probe im Gesteinsverbund fest zu halten. Dies spielt v.a. in der Strukturgeologie oder für Suszeptibilitätsmessungen eine große Rolle. In diesem Fall erfolgt eine orientierte Probenahme:

  1. Auswahl einer geeigneten Stelle zur Probennahme
  2. Dokumentation des Orts der Probennahme und der Orientierung der Gesteinsprobe: Foto oder Skizze von der Entnahmestelle (z.B. natürlicher Aufschluss oder Steinbruch) mit markierter Orientierung der Probe.
  3. Entnahme der Probe z.B. mittels Hammer, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines Meißels oder anderen Hilfsmitteln
  4. Positionierung der Probe in seiner ursprünglichen Orientierung.
  5. Messung der Orientierung einer Fläche der Probe mittels Gefügekompass.
  6. Markieren der eingemessenen Fläche auf der Probe.
  7. Beschriftung der Gesteinsprobe mit einem wasserfesten Stift und zusätzlich ein Zettel mit den Daten der Lokalität und Proben-Nummer (parallel zum Eintrag im Feldbuch).
  8. Verpacken der Probe und Beschriftung des Probenbehälters.
  9. Notieren der Probennummer, dem Gesteinstyp (inkl. Kurzer Beschreibung) und den Grund der Probenahme (z.B. Untersuchungsmethode) im Feldbuch.

Probengröße

Die Größe der zu nehmenden Probe hängt stark von der Fragestellung und der daran geplanten Analytik ab. Je nach Fragestellung spielen auch die Korngröße und die Homogenität der Probe eine Rolle. Hier spricht man von einer "repräsentativen Probennahme", also einer Probennahme die das zu untersuchende Gestein oder Material insgesamt repräsentiert.

Tipp:
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Als Faustregel kann man sich merken, je grobkörniger und/oder inhomogener die Probe ist, desto größer muss auch das zu entnehmende Probenvolumen sein


Abhängig von der Untersuchungsmethode müssen weitere Aspekte beachtet werden:

Petrographische und mineralchemische Untersuchungen

Für eine petrographische und/oder mineralchemische Untersuchung mittels Dünn- und Anschliffmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie (REM), Elektronenstrahlmikrosonde (EMS) ist die Erstellung von Anschliffen bzw. Dünnschliffen erforderlich.

  • Dünn- und Anschliffe.
    • Probengröße: min. 15 x 9 x 3 cm
    • Entnahme von makroskopisch unterscheidbaren Gesteinsarten und Dokumentation der Orientierung der Probe. In der Regel sollte die Probe „frisch“ sein, d.h. ohne Verwitterungs- oder Zerstörungserscheinungen (außer ebendiese sollen untersucht werden)
  • Leicht- und Schwermineralanalysen.
    • Probengröße: ~ 1kg.
    • Ziel ist es eine genügende Anzahl transparenter Schwermineralkörner geeigneter Größe (meist 0,063 - 0,4 mm) für Auszählungen zu erhalten.
    • Die Probengröße hängt daher von Korngröße, Kornbindung, Schwermineralgehalt und dem Anteil an opaken Körnern ab.

Geochemische Untersuchungen

Für geochemische Untersuchungen sind folgende Aspekte essenziell.

  • Die Probe sollte repräsentativ sein:

Die erforderliche Probenmenge richtet sich in erster Linie nach der Korngröße der Minerale im Gestein und seiner Homogenität. Für ein Gestein mit einer mittleren Korngröße von 2 mm sollten ca. 8 - 10 kg Probenmaterial gesammelt werden (dient als Anhaltspunkt). Die effektive Probenmenge für die Laboruntersuchungen wird anschließend während der Gesteinsaufbereitung reduziert. Ein Teil wird als Rückstellungsprobe aufgehoben.

  • Die Probe sollte nicht alteriert sein (z.B. Verwitterungskrusten, außer ebendiese sollen untersucht werden)
  • Kontaminationen sollten vermieden werden. Kontaminationsquellen sind u.a.:
    • Entnahmegerät (z.B. Hammer)
    • Probenbehälter
    • Stift mit dem die Probe beschriftet wurde

Mineralseparation

Die Separation von einzelnen Mineralphasen ist für verschiedene Untersuchungsmethoden, z.B. Geochronologie erforderlich. Die benötigte Probengröße bzw. -menge kann stark variieren, von 2-3 kg bis zu 100 kg. Sie hängt grundsätzlich von zwei Faktoren ab:

  • Häufigkeit des gewünschten Minerals (z.B. Zirkon) im Gestein.
  • Benötigte Anzahl an Mineralkörnern für die gewünschte Analysemethode.

Petrophysikalische Untersuchungen

  • Dichte und Porosität nach DIN 52102
    • Geometrisch einfache Probekörper: Kantenlänge > 4 cm
    • Auftriebsverfahren: Probevolumen > 50 cm³
    • Flüssigkeitsverdrängungsverfahren: Probevolume > 100 cm³
  • Sieb- und Schlämmanalysen (in Anlehnung an DIN 4226); hier hängt die Probemenge hängt von der Korngröße ab:
    • bei Sanden > 10 kg
    • bei Kies-Sand-Gemischen
      • mit einem Größtkorn von 8 mm: 20 kg
      • mit einem Größtkorn bis 32 mm: 30 kg
      • mit einem Größtkorn bis 63 mm: 40 kg

Verpackung, Transport und Lagerung der Proben

Verpackung, Transport und Lagerung der Proben hängt von der Art der Probe und der geplanten Untersuchungen ab. Informiere Dich daher vor Deinem Geländeaufenthalt welche Anforderung an Verpackung und Lagerung erforderlich sind. Folgende Aspekte solltest Du beachten:

  • Muss die Probe gekühlt transportiert und gelagert werden?
  • Soll die Probe offen transportiert werden (z.B. bei noch feuchten Gesteins- oder Bodenproben um Schimmel zu vermeiden) oder luftdicht verpackt sein?
  • Beeinträchtigt das Verpackungsmaterial mein späteres Analyseergebnis (siehe hierzu auch die Liste der möglichen verpackungsmaterialien)?
  • Gibt es ein zeitliches Limit zwischen der Probennahme und der Anylse, z.B. bei der Untersuchung leichtflüchtiger Elemente oder empfindlichen Materialien (Umwandlungen können schon innerhalb weniger Stunden bis Tage erfolden)


Liste möglicher Verpackungsmaterialien:

Frischhaltefolie: wird bei sehr zerbrechlichen Proben benutzt. Sie hält die Probe zusammen und verhindert, dass sie an Festigkeit verliert.

Papier: ist nützlich, um Proben zu polstern und zu verpacken. Es sollte nicht benutzt werden, wenn chemische Analysen geplant sind, ganz besonders nicht im Falle einer Kohlenstoff-Analyse.

Plastiktüten: sind günstig, um Kreuzkontamination zu vermeiden. Normalerweise besitzen die Tüten Beschriftungsmöglichkeiten für Probennummer und Lokalität. Bachte, dass sich hier die Beschriftung leicht abwätzt. Daher ist eine zusätzliche BEschriftung auf dem Gestein und/oder einem Probenkärtchen zu empfehlen. Bei scharfkantigen oder eckigen Proben sollte man aufpassen, dass die die Tüte nicht reißt und die Probe einwickeln oder mit dem Hammer zuschlagen.

Alufolie: wird ebenfalls bei zerbrechlichen Proben benutzt, um diese zusammenzuhalten. Sie ist allerdings für eine längere Aufbewahrung der Probe nicht geeignet, da sie durch verschiedene Mineralien wie Bsp. Salz angegriffen wird.

Kleber: kann zur Fixierung wenig fester Proben verwendet werden (starker Kleber für Holz oder Metall).

Edding (Permanentmarker): sollte immer in mehreren Exemplaren und mehreren Farben (zum Beschriften unterschiedlich heller Proben) bei der Probennahme dabei sein, um die Probennummernn direkt auf das Gestein schreiben zu können.


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Dieser Artikel wurde geschrieben und gegengelesen von:
Donjá Aßbichler, Aline Vogel
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