Von gewöhnlichem Kochsalz über Schneeflocken bis hin zu Edelsteinen und Diamanten – Kristalle begegnen uns überall in der Natur. Sie entstehen, wenn Wasser gefriert, eine Schmelze erkaltet oder wenn eine übersättigte Salzlösung länger steht. Angestoßen durch einen Kristallisationskeim bildet sich aus dem flüssigen Ausgangsmaterial nun ein geordneter Kristall – ein festes Gitter von regelmäßig angeordneten Atomen. Meist haben die dabei gebildeten Kristalle eine charakteristisch eckige geometrische Form: Sie bilden Würfel, Trapeze oder sechsarmige Sternchen wie bei den Schneeflocken. Doch es gibt kristalline Gebilde, die komplexe, polykristalline Kugeln bilden, sogenannte Sphärulite. Auch diese kommen in der Natur in vielen verschiedenen Materialien und Zusammenhängen vor. „Mineralogen erforschen metergroße Sphärulite in rhyolitischer Lava, in der Medizin kommen Sphärulite bei Nierensteinen oder den Ablagerungen von Amyloid-Proteinen von Alzheimer und Parkinson vor“, erklären Tess Heeremans von der Universität Amsterdam und ihre Kollegen. „Aber trotz ihrer weiten Verbreitung sind die Dynamik der Sphärulit-Kristallisation und die Bedingungen für das Wachstum solcher Kristalle bisher kaum verstanden.“
Kristallisationstests mit Sulfaten
Um mehr Klarheit zu schaffen, haben Heeremans und ihr Team nun die Bildung dieser kugeligen Kristallgebilde im Labor untersucht. Mithilfe verschiedener Sulfatsalz-Lösungen probierten sie aus, wann und wie genau sich die Sphärulite bilden. Dafür mischten sie Natriumsulfat (Na2SO4) mit zweiwertigen Eisen- oder Magnesiumsulfatlösungen und gaben Tropfen dieser übersättigten Lösung auf eine Unterlage. Dabei zeigte sich: Bei bestimmten Konzentrationsverhältnissen von einwertigem Natriumsulfat zu einem der zweiwertigen Sulfate entstanden nicht die sonst üblichen polyedrischen Kristalle, sondern kugelige Sphärulite. Diese ähnelten unter dem Mikroskop winzigen Seeigeln oder Korallen. „Als wir sahen, wie sich unter dem Mikroskop diese Kugeln aus unseren salzhaltigen Mischungen entwickelten, konnten wir kaum wegschauen – es war einfach cool!“, schildert Heeremans ihren ersten Eindruck.
Weitere Experimente ergaben, dass die Sphärulite auch entstehen, wenn die Eisen- und Magnesiumsulfate durch andere zweiwertige Salze beispielsweise auf Basis von Kupferionen oder Zinn ersetzt werden. „Das legt nahe, dass der Mechanismus des Sphärulitwachstums nicht spezifisch ist, sondern in verschiedenen Mischungen von zweiwertigen Sulfatsalzen stattfinden kann“, schreiben die Forschenden. Die Mischung von Natriumsulfat mit einem weiteren ebenfalls einwertigen Sulfatsalz führte dagegen nicht zum Erfolg. Die Präsenz zweiwertiger Ionen in der Salzlösung ist demnach entscheidend, um Natriumsulfat-Sphärulite zu bilden, so das Team.
