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Konservierung von Eisenmeteoriten Rostschutz für Sternschnuppen

Autor / Redakteur: Dr. Arnd Schimanski* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Meteoriten sind begehrte Ausstellungsstücke in Museen. Die oft eisenhaltigen Gesteine laufen jedoch Gefahr, zu korrodieren. Um ihren Ursprungszustand zu erhalten, hat die Forschungseinrichtung Innovent reversible Schutzschichten entwickelt, die die metallischen Kulturgüter konservieren sollen ohne deren Oberfläche und Optik zu verändern.

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Sternschnuppen, die nicht vollständig verglühen, fallen als Meteoriten zu Boden.
Sternschnuppen, die nicht vollständig verglühen, fallen als Meteoriten zu Boden.
(Bild: gemeinfrei, Outaki / Pixabay )

Jena – Eisenmeteoriten neigen unter Einfluss von Feuchtigkeit sehr stark zur Korrosion. Durch die starke thermische Belastung beim Atmosphäreneintritt weisen die Trümmerteile aus dem All Mikrorisse auf, an deren Kanten die Korrosion besonders stark voranschreitet. Durch die größere räumliche Ausdehnung der Korrosionsprodukte in den Rissen führt dies oft zum Zerfall und gegebenenfalls zum Verlust der Fundstücke.

Viele Meteoriten weisen charakteristische Muster (Widmannstättensche Strukturen) auf, welche sich über lange Zeiträume bilden und anhand derer die Fundstücke identifiziert werden. Hierfür und für weitere Analysen, aber auch zur Ausstellung, werden die Fundstücke in der Regel zerteilt, wodurch die freigelegten blanken Metalloberflächen dem korrosiven Angriff ausgesetzt sind. Eine Versiegelung zum Schutz vor Korrosionserscheinungen sollte, gerade für museale Ausstellungsstücke, das äußere Erscheinungsbild nicht verändern und auch keinen mechanischen und chemischen Einfluss auf die Oberfläche des Objektes ausüben. Zudem ist eine rückstandslose Entfernbarkeit wünschenswert.

Transparente Schutzhülle

Hierfür bietet sich ein Beschichtungsverfahren an, welches von der Forschungseinrichtung Innovent in Jena bereits an archäologischen Fundstücken erprobt wurde. Bei den untersuchten archäologischen Fundstücken aus Eisen ebenso wie bei Meteoriten spielt die Erhaltung des kultur- bzw. naturhistorischen Wertes die entscheidende Rolle.

Das entwickelte Beschichtungsmaterial ist eine thermoplastische Polysaccharid-Ester-Verbindung, welche sich durch eine hohe Transparenz auszeichnet. Analog einer klassischen Pulverbeschichtung wird das fein gemahlene Material elektrostatisch geladen auf den metallischen Probekörper aufgetragen und anschließend durch Aufschmelzen zu einer umhüllenden Schicht verbunden.

Bei der Synthese der Esterverbindung aus biobasierten nachhaltigen Rohstoffen kann der Schmelzpunkt in einem Bereich von 50 °C bis etwa 200 °C eingestellt werden, sodass auch temperaturempfindliche Substrate gut damit behandelt werden können. Da das Material während des Auftragsprozesses nicht quervernetzt, kann es durch Schmelzen mit sanftem mechanischem Abtrag oder mittels Lösemittel wieder von der Oberfläche entfernt werden. Die Polysaccharidester sind wasserabweisend und frei von Weichmachern und Lösungsmitteln. Durch Einstellung der Viskosität und des Spreitverhaltens der Schmelze lassen sich unterschiedliche Glanzgrade erzeugen und damit der ursprüngliche optische Eindruck erhalten.

Tests am außerirdischen Metall

Ob die Beschichtung sich auch für den Erhalt von Meteoriten eignet, wollten die Forscher aus Jena experimentell überprüfen. „Für derartige Versuche sollte man es mit Bruchstücken des Eisenmeteoriten aus dem Campo del Cielo Kraterfeld in Argentinien versuchen, da dieser aufgrund seiner Rissigkeit die Ausbreitung von Rost gut erkennen lässt“, empfahl Dr. Benno Baumgarten, Stellvertretender Direktor des Naturkundemuseums Südtirol, der bei den Versuchen beratend tätig war.

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Unterschied zwischen Meteor, Meteoroid und Meteorit

In der Meteor-Astronomie unterscheidet man fünf grundlegende Begriffe:

  • Meteor: Dies ist kein Gesteinsbrocken selbst, sondern lediglich die Lichterscheinung, die ein solcher Brocken beim Eintritt in die Atmosphäre erzeugt. Ein Meteor kann also durch Meteoriden, Asteroiden, Kometen o.ä. entstehen. Gemeinhin sprechen wir dann auch von einer Sternschnuppe
  • Meteoroid: Ein natürlicher Festkörper, der ungefähr zwischen 30 Mikrometer und 1 Meter groß ist und sich durch den interstellaren Raum bewegt.
  • Staub (interplanetar): Klein zerteilte, feste Materie im interstellaren Raum, deren Partikel kleiner sind als Meteoriden
  • Meteorit: Wenn ein Meteoroid beim Eintritt in die Atmosphäre nicht vollständig verglüht, sondern den Boden erreicht, wird er danach als Meteorit bezeichnet.
  • Meteorischer Rauch: Beim Eintritt von Meteoroiden in die Atmosphäre verdampfen diese ganz oder Teilweise. Wenn dieser Dampf wieder kondensiert, nennt man dies „Meteorischer Rauch“.

Quelle: Die offiziellen Definitionen der internationalen Astronomischen Union

Übrigens: Asteroiden sind natürliche interstellare Festkörper, die größer sind als Meteoroiden. Auch Kometen gehören zu den Asteroiden – sie haben aber einen größeren Eis-Anteil und daher oft einen deutlichen Schweif.

Das ca. 42 g schwere Fragment des Meteoriten wurde trocken zerteilt, um eine Test- und eine Referenzprobe zu erhalten (Abb. 2). Bei dem Material handelt es sich um eine Eisen-Nickel-Legierung, welche in normaler Raumluft schnell zu oxidieren beginnt und daher entweder sehr trocken gelagert oder gesondert geschützt werden muss.

Zur Überprüfung der Beständigkeit der Beschichtung und ihrer Schutzwirkung wurde eine der beiden Hälften mit der Pulverschicht versehen und zusammen mit der unbehandelten Hälfte für fünf Tage in einer feuchten Atmosphäre (40 °C, mindestens 95% relative Luftfeuchte) gelagert. Nach dieser Zeit ist bereits mit bloßem Auge (Abb. 2) und ganz besonders mikroskopisch (Abb. 3) ein deutlicher Unterschied zwischen den beiden Probestücken zu erkennen. Nicht nur auf den Außenflächen, sondern vor allem den frischen Schnittflächen ist die Wirkung des Schutzmantels sehr gut erkennbar.

Bildergalerie

Analyse zeigt noch letzte Schwachstellen auf

Insbesondere an den Mikrorissen, die sich aufgrund der thermischen Belastung beim Atmosphäreneintritt bis in die inneren Bereiche des Meteoritenkörpers bilden, sind die Korrosionserscheinungen besonders ausgeprägt. An diesen Stellen besteht noch Optimierungsbedarf bei der Beschichtung hinsichtlich der Abdeckung. Zusätzlich konnten Röntgenfluoreszenzanalysen der korrodierten Stellen (besonders der Ausblühungen an diesen Rissen) Anwesenheit von Chlor belegen. Dieser Umstand lässt vermuten, dass während der ca. 5000 Jahre Lagerung im Erdboden salzhaltige Verbindungen in die Mikrorisse eingedrungen sein könnten und daher – durch Bildung von Lösungen in feuchter Atmosphäre – die Korrosion im Umfeld der Risse beschleunigen. Die korrosive Wirkung von Salzwasser ist weithin bekannt. Dennoch ist die Korrosion an den vollständig ungeschützten Rissen deutlich stärker. Mithilfe der neuen Erkenntnisse soll das Beschichtungsverfahren sowie das Beschichtungsmaterial selbst weiter optimiert werden, um in Zukunft die Fundstücke aus dem All und archäologische Fundstücke vollständig vor Korrosion zu schützen.

* Dr. A. Schimanski, Innovent e.V., 07745 Jena

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