Perlmutt

Blick auf die aus Perlmutt bestehende Innenfläche der Schale eines Seeohrs (Haliotis) ⓘ

Ein Exemplar der Ammonitengattung Quenstedtoceras aus dem Jura von Saratow in Originalerhaltung zeigt die typische Opaleszenz von Perlmutt. Die Erhaltung aragonitischer Molluskengehäuse dieses Alters ist sehr selten. Fossil erhaltener Ammoniten-Perlmutt wird auch als Ammolit bezeichnet ⓘ

Perlmutt, auch Perlmutter (vgl. englisch Mother of pearl), von mittelhochdeutsch berlīnmuoter (die innere, perlenartige Schicht der Schale verschiedener Weichtiere, insbesondere der See- und Perlmuscheln), Übersetzung von lateinisch mater perlarum (Muschel, die eine Perle enthält). ⓘ

Es ist ein natürliches Verbundmaterial aus Calciumcarbonat und organischen Substanzen, das die innerste Schicht („Hypostracum“) oder den gesamten, vorwiegend mineralischen Teil der Schale bestimmter Mollusken bildet. Aufgrund seiner speziellen Oberflächenstruktur, die bei Lichteinfall einen matten, irisierenden Glanz erzeugt, findet es Verwendung bei der Herstellung von Kunstgegenständen wie z. B. Schmuck und Zierknöpfen. ⓘ

Das schillernde Perlmutt im Inneren einer Nautilusschale ⓘ

Perlmuttartige Muschel, verarbeitet zu einem dekorativen Gegenstand ⓘ

Perlmutt (/ˈneɪkər/ NAY-kər, auch /ˈnækrə/ NAK-rə), auch Perlmutt genannt, ist ein organisch-anorganisches Verbundmaterial, das von einigen Mollusken als innere Schalenschicht produziert wird; es ist auch das Material, aus dem Perlen bestehen. Es ist fest, widerstandsfähig und schillernd. ⓘ

Perlmutt findet sich in einigen der ältesten Muschel-, Schnecken- und Kopffüßerlinien. Die innere Schicht der meisten Muschelschalen ist jedoch porzellanartig und nicht perlmuttartig, was in der Regel zu einem nicht schillernden Glanz oder seltener zu einem nicht perlmuttartigen Schimmer führt, wie z. B. die Flammenstruktur bei Muschelperlen. ⓘ

Die äußere Schicht von Zuchtperlen und die innere Schicht von Perlmuschel- und Süßwasserperlmuschelschalen bestehen aus Perlmutt. Andere Weichtierfamilien, die eine perlmuttartige innere Schalenschicht haben, sind Meeresschnecken wie die Haliotidae, die Trochidae und die Turbinidae. ⓘ

Physikalische Merkmale

Struktur und Aussehen

Schematische Darstellung der mikroskopischen Struktur der Perlmuttschichten ⓘ

Elektronenmikroskopische Aufnahme einer zerbrochenen Perlmuttfläche ⓘ

Perlmutt besteht aus hexagonalen Plättchen aus Aragonit (einer Form von Kalziumkarbonat), die 10-20 µm breit und 0,5 µm dick sind und in einer durchgehenden parallelen Lamelle angeordnet sind. Je nach Art ist die Form der Plättchen unterschiedlich; bei Pinna sind die Plättchen rechteckig, mit symmetrischen Sektoren, die mehr oder weniger löslich sind. Unabhängig von der Form der Tabletten sind die kleinsten Einheiten, die sie enthalten, unregelmäßige runde Körnchen. Diese Schichten sind durch Schichten einer organischen Matrix (Grenzflächen) getrennt, die aus elastischen Biopolymeren (wie Chitin, Lustrin und seidenartigen Proteinen) besteht. Diese Mischung aus spröden Plättchen und den dünnen Schichten aus elastischen Biopolymeren macht das Material stark und elastisch, mit einem Elastizitätsmodul von 70 GPa und einer Fließspannung von etwa 70 MPa (im trockenen Zustand). Festigkeit und Elastizität sind wahrscheinlich auch auf die Adhäsion durch die "Mauerwerk"-Anordnung der Plättchen zurückzuführen, die die Ausbreitung von Querrissen verhindert. Diese Struktur, die sich über mehrere Längenmaße erstreckt, erhöht die Zähigkeit des Materials erheblich und macht es fast so stark wie Silizium. ⓘ

Die statistischen Schwankungen der Plättchen wirken sich negativ auf die mechanischen Eigenschaften (Steifigkeit, Festigkeit und Energieabsorption) aus, da die statistischen Schwankungen eine Lokalisierung der Verformung bewirken. Die negativen Auswirkungen der statistischen Schwankungen können jedoch durch Grenzflächen mit großen Bruchdehnungen, die mit Kaltverfestigung einhergehen, ausgeglichen werden. Andererseits steigt die Bruchzähigkeit von Perlmutt bei mäßigen statistischen Schwankungen, wodurch zähe Bereiche entstehen, in denen der Riss verankert wird. Bei größeren statistischen Schwankungen entstehen jedoch sehr schwache Bereiche, in denen sich der Riss ohne großen Widerstand ausbreiten kann, was zu einer Abnahme der Bruchzähigkeit führt. Studien haben gezeigt, dass diese schwachen Strukturdefekte als dissipative topologische Defekte wirken, die mit einer elastischen Verformung gekoppelt sind. ⓘ

Perlmutt erscheint schillernd, weil die Dicke der Aragonitplättchen nahe der Wellenlänge des sichtbaren Lichts liegt. Diese Strukturen interferieren konstruktiv und destruktiv mit verschiedenen Wellenlängen des Lichts bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln und erzeugen so strukturelle Farben. ⓘ

Die kristallografische c-Achse verläuft annähernd senkrecht zur Schalenwand, aber die Richtung der anderen Achsen variiert zwischen den Gruppen. Es hat sich gezeigt, dass benachbarte Tabletten eine sehr unterschiedliche Ausrichtung der c-Achse haben, die im Allgemeinen zufällig innerhalb von ~20° von der Senkrechten liegt. Bei Muscheln und Kopffüßern zeigt die b-Achse in die Richtung des Schalenwachstums, während bei den Monoplacophora die a-Achse in diese Richtung geneigt ist. Die Verzahnung der Perlmuttsteine hat einen großen Einfluss sowohl auf den Verformungsmechanismus als auch auf die Zähigkeit der Schale. Darüber hinaus führt die mineralisch-organische Grenzfläche zu einer erhöhten Elastizität und Festigkeit der organischen Zwischenschichten. ⓘ

Bildung

Die Bildung von Perlmutt ist nicht vollständig geklärt. Der anfängliche Aufbau, wie er bei Pinna nobilis beobachtet wurde, wird durch die Aggregation von Nanopartikeln (~50-80 nm) innerhalb einer organischen Matrix angetrieben, die sich in faserartigen polykristallinen Konfigurationen anordnen. Die Anzahl der Partikel nimmt sukzessive zu, und wenn die kritische Packung erreicht ist, verschmelzen sie zu frühen Perlmuttplättchen. Das Perlmuttwachstum wird durch organische Stoffe vermittelt, die den Beginn, die Dauer und die Form des Kristallwachstums steuern. Es wird angenommen, dass einzelne Aragonit-"Steine" schnell auf die volle Höhe der Perlmuttschicht anwachsen und sich ausdehnen, bis sie an benachbarte Steine stoßen. Dadurch entsteht die für Perlmutt charakteristische hexagonale Anordnung. Die Steine können sich aus zufällig verteilten Elementen in der organischen Schicht, aus wohldefinierten Proteinanordnungen oder aus Mineralbrücken, die sich von der darunter liegenden Tafel ausbreiten, epitaktisch bilden. Perlmutt unterscheidet sich von faserigem Aragonit - einem spröden Mineral der gleichen Form - dadurch, dass das Wachstum in der c-Achse (d. h. ungefähr senkrecht zur Schale) bei Perlmutt langsam und bei faserigem Aragonit schnell erfolgt. ⓘ

In einem Artikel aus dem Jahr 2021 in Nature Physics wurde Perlmutt von verschiedenen Schwämmen und Weichtieren untersucht und festgestellt, dass die ersten Perlmuttschichten, die der Organismus ablagert, in jedem Fall spiralförmige Defekte aufweisen. Defekte, die sich spiralförmig in entgegengesetzte Richtungen bewegten, verursachten Verzerrungen im Material, die sie beim Aufbau der Schichten zueinander hinzogen, bis sie miteinander verschmolzen und sich gegenseitig aufhoben. Spätere Perlmuttschichten erwiesen sich als einheitlich und geordnet in ihrer Struktur. ⓘ

Funktion

Fossile nautiloide Muschel mit ursprünglichem irisierendem Perlmutt in einem fossilhaltigen Asphaltkalkstein, Oklahoma. Datiert auf das späte mittlere Pennsylvanium und damit die bei weitem älteste Lagerstätte der Welt mit aragonitischen Perlmuttschalenfossilien. ⓘ

Perlmutt wird von den Epithelzellen des Mantelgewebes verschiedener Mollusken abgesondert. Der Perlmutt lagert sich kontinuierlich auf der inneren Oberfläche der Schale ab, der schillernden Perlmuttschicht, die allgemein als Perlmutt bekannt ist. Die Perlmuttschichten glätten die Oberfläche der Muschel und tragen dazu bei, das weiche Gewebe vor Parasiten und schädlichen Ablagerungen zu schützen, indem sie diese in aufeinanderfolgenden Perlmuttschichten einschließen und entweder eine Blasenperle bilden, die im Inneren der Muschel befestigt ist, oder eine freie Perle im Mantelgewebe. Dieser Prozess wird Enzystation genannt und dauert so lange an, wie die Muschel lebt. ⓘ

Verschiedene Molluskengruppen

Die Form des Perlmutts variiert von Gruppe zu Gruppe. Bei Muscheln besteht die Perlmuttschicht aus Einzelkristallen in einer sechseckigen, engen Packung. Bei den Schnecken sind die Kristalle verzwillingt, und bei den Kopffüßern handelt es sich um pseudohexagonale Einkristalle, die oft verzwillingt sind. ⓘ

Kommerzielle Quellen

Perlmutt-Armband ⓘ

Die wichtigsten kommerziellen Quellen für Perlmutt sind die Perlenauster, die Süßwasserperlmuscheln und in geringerem Maße die Abalone, die in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts wegen ihrer Robustheit und Schönheit beliebt war. ⓘ

Jahrhunderts wurden auch die Schalen der großen grünen Turbanschnecke Turbo marmoratus und der großen Turmdeckelschnecke Tectus niloticus für Perlmuttknöpfe verwendet. Der internationale Handel mit Perlmutt wird durch das Übereinkommen über den internationalen Handel mit gefährdeten Arten freilebender Tiere und Pflanzen geregelt, ein Abkommen, das von mehr als 170 Ländern unterzeichnet wurde. ⓘ

Verwendungen

Dekoratives

Architektur

Sowohl schwarzes als auch weißes Perlmutt wird für architektonische Zwecke verwendet. Das natürliche Perlmutt kann künstlich in fast jede beliebige Farbe eingefärbt werden. Perlmuttplättchen können in Formen geschnitten und auf eine Keramikfliese oder einen Marmorsockel laminiert werden. Die Perlsteine werden von Hand platziert und eng aneinander gelegt, so dass ein unregelmäßiges Mosaik oder Muster (z. B. ein Geflecht) entsteht. Das laminierte Material ist in der Regel etwa 2 Millimeter dick (0,079 Zoll). Die Mosaiksteine werden dann lackiert und poliert, wodurch eine haltbare und glänzende Oberfläche entsteht. Anstelle eines Marmor- oder Fliesensockels können die Perlmuttsteine auch auf Glasfaser geklebt werden. Das Ergebnis ist ein leichtes Material, das sich nahtlos verlegen lässt und bei dem es keine Größenbeschränkung für die Platten gibt. Perlmuttplatten können auf Innenböden, Außen- und Innenwänden, Arbeitsplatten, Türen und Decken verwendet werden. Das Einfügen in architektonische Elemente wie Säulen oder Möbel ist leicht möglich. ⓘ

Musikinstrumente

Perlmutteinlagen werden häufig für Musiktasten und andere dekorative Motive auf Musikinstrumenten verwendet. Viele Akkordeon- und Konzertinakkordeonkörper sind vollständig mit Perlmutt überzogen, und einige Gitarren haben Griffbrett- oder Kopfplatteneinlagen aus Perlmutt (oder Kunststoffimitationen). Die Bouzouki und die Baglamas (griechische Zupfinstrumente aus der Familie der Lauten) weisen typischerweise Perlmuttverzierungen auf, ebenso wie die verwandte Oud aus dem Nahen Osten (typischerweise um die Schalllöcher und auf der Rückseite des Instruments). Bögen von Streichinstrumenten wie Geige und Cello haben am Frosch oft eine Perlmutt-Einlage. Traditionell wird Perlmutt auch auf den Klappen von Saxophonen sowie auf den Ventilknöpfen von Trompeten und anderen Blechblasinstrumenten verwendet. Die Kelchtrommel des Nahen Ostens (Darbuka) wird häufig mit Perlmutt verziert. ⓘ

Andere

Perlmuttknöpfe werden in der Kleidung entweder zu funktionellen oder zu dekorativen Zwecken verwendet. Die Pearly Kings and Queens sind ein kunstvolles Beispiel dafür. ⓘ

Manchmal wird Perlmutt auch für die dekorativen Griffe von Schusswaffen und anderen Waffenmöbeln verwendet. ⓘ

Perlmutt wird manchmal zur Herstellung von löffelähnlichen Utensilien für Kaviar (d. h. Kaviarbesteck) verwendet, um den Geschmack nicht durch metallische Löffel zu verderben. ⓘ

Altarbild, , mit umfangreicher Verwendung von geschnitztem Perlmutt
Schießpulverflasche aus Perlmutt, meist aus einer Turbo marmoratus-Muschel
Intarsien mit Perlmuttsteinen, Topkapı-Palast, Istanbul
Gravierter Perlmutt-Anhänger, Salomonen 1838 ⓘ

Biomedizinische Verwendung

Das Biotech-Unternehmen Marine Biomedical, das aus einer Zusammenarbeit zwischen der medizinischen Fakultät der Universität von Westaustralien und einem Perlengeschäft in Broome hervorgegangen ist, entwickelt ab 2021 ein Produkt aus Perlmutt zur Herstellung von "PearlBone", das bei Patienten eingesetzt werden könnte, die Knochentransplantationen und rekonstruktive Eingriffe benötigen. Das Unternehmen beantragt die behördliche Zulassung in Australien und mehreren anderen Ländern und geht davon aus, dass es um das Jahr 2024-5 für den klinischen Einsatz zugelassen wird. Es ist beabsichtigt, in der Kimberley-Region, wo Perlmuscheln reichlich vorhanden sind, eine Fabrik zu errichten, in der das Perlmutt zu einem für biomedizinische Produkte geeigneten Produkt gemahlen wird. Künftige Anwendungen könnten Zahnfüllungen und Wirbelsäulenchirurgie umfassen. ⓘ

Hergestelltes Perlmutt

Im Jahr 2012 stellten Forscher im Labor Perlmutt auf Kalziumbasis her, indem sie den natürlichen Wachstumsprozess nachahmten. ⓘ

Im Jahr 2014 verwendeten die Forscher Laser, um ein Analogon von Perlmutt zu erzeugen, indem sie Netze von wellenförmigen 3D-Mikrorissen" in Glas gravierten. Wurden die Objektträger einem Aufprall ausgesetzt, absorbierten die Mikrorisse die Energie und leiteten sie weiter, so dass das Glas nicht zerbrach. Insgesamt war das behandelte Glas Berichten zufolge 200 Mal härter als unbehandeltes Glas. ⓘ

Vorkommen

Perlmutt wird von zahlreichen Mollusken für den Bau ihrer Schalen abgeschieden, insbesondere von den pteriiden Muscheln mit unter anderem den Perlmuscheln (Pinctada) sowie von den Kreiselschnecken (Trochidae), den Turban- oder Rundmundschnecken (Turbinidae), den Seeohren (Haliotis, auch „Abalonen“ genannt) und den Perlbooten (Nautilus, auch „Burgos“ genannt), die zu den Kopffüßern gehören. Die Farben des Perlmutts unterscheiden sich je nach Spezies und geographischer Herkunft. ⓘ

Aufbau

Blick auf die Bruchfläche eines Molluskenschalenfragmentes aus Perlmutt im Rasterelektronenmikroskop ⓘ

Organische Matrix

Die organische Matrix ist für das Wachstum und die mechanischen Eigenschaften des Perlmutts verantwortlich. Der Aufbau und die Rolle der organischen Matrix während des Perlmuttwachstums wird intensiv erforscht. Üblicherweise wird sie in die wasserunlösliche und wasserlösliche Matrix unterteilt, je nachdem, wie sich die organischen Anteile nach dem Demineralisieren des Perlmutts verhalten. ⓘ

Die wasserunlösliche Matrix ist das Material, welches sich vertikal (interlamellare Matrix) und lateral (intertabulare Matrix) zwischen den Plättchen befindet. Die interlamellare Matrix hat eine Dicke von ca. 30–50 nm und besitzt einen Kern aus Chitin. Dieses Chitin ist beidseitig mit verschiedenen Proteinen belegt, darunter Seiden-Fibroin. Die intertabulare Matrix ist dünner als die interlamellare, besteht aber ebenfalls aus Chitin und Proteinen. ⓘ

Die wasserlösliche Matrix besteht aus einer Reihe (> 10) von Proteinen, welche teilweise einen starken Einfluss auf die Kristallisation von Calciumcarbonat haben. ⓘ

Optische Eigenschaften

Die Schichtstrukturen sind in der Größenordnung der Wellenlänge des sichtbaren Lichtes. Da an jeder Schicht ein Teil des einfallenden weißen Lichts transmittiert und ein Teil reflektiert wird, kommt es zur Interferenz: Einfallende und reflektierte Lichtstrahlen überlagern sich so, dass bestimmte Anteile des Spektrums des weißen Lichts gelöscht werden und, je nach Blickwinkel, unterschiedliche Farbtöne übrig bleiben (s. a. Bragg-Gleichung). Wird das Perlmutt im Licht bewegt, scheint es daher bunt zu schillern (irisieren). ⓘ

Mechanische Eigenschaften

Perlmutt ist ein Verbundmaterial, das man sich wie eine Ziegelsteinmauer vorstellen kann. Bedingt durch das organische Material („Mörtel“) zwischen den harten, aber brüchigen Aragonit-Plättchen („Ziegel“) können sich Risse nur unter hohem Energieaufwand ausbreiten. ⓘ

Weblinks

Wiktionary: Perlmutt – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Commons: Perlmutt – Sammlung von Bildern

Literatur von und über Perlmutt im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek
Vivienne Baillie Gerritsen (proteinspotlight): String of intrusion, engl., eingesehen am 14. September 2012. ⓘ