Die Mineralogie von Curlingsteinen

Curling mag für viele etwas exotisch sein, aber zumindest in meiner Schulzeit und in meiner Klasse war der Sport ziemlich populär geworden. Immerhin eine Klassenkollegin und ein Kollege haben es im Curling bis zu den Olympischen Winterspielen 2002 in Salt Lake City respektive 2014 in Sotschi geschafft.

Curling ist ein auf dem Eis gespielter Wintersport, der auf den ersten Blick wie eine Mischung aus Eisstockschießen und Boule bzw. Boccia aussieht. Dabei versuchen ganz grob gesagt jeweils 2 Mannschaften zu je 4 Spielern, ihre Steine möglichst nahe an einem Zielpunkt zu platzieren. Curling Spieler mögen die Vereinfachung verzeihen, aber hier soll es auch weniger um die Feinheiten des Spiels als um die Steine gehen, die Curling-Steine, und um deren Mineralogie.

Das Team der USA bei den Olympischen Spielen in Turin.Deutlich erkennbar die unterschiedlichen Steine der beiden Mannschaften sowie die Besen, mit denen gefegt wird. Foto: User Feddar, gemeinfrei.

Steine für Curling

Die im Curling verwendeten Steine haben eine runde Form und bestehen aus möglichst porenarmen Natursteinen. Ihre Größe liegt im Umfang bei maximal 91,44 cm, einer Höhe von mindestens 11,43 cm und einem Gewicht zwischen 17,24 und 19,96 kg. An der Oberseite befindet sich ein Griff, die konkave Unterseite gleitet auf dem Eis. Bei der Abgabe wird der Stein in eine Drehbewegung (curl) versetzt, welche zu einer gekrümmten Laufbahn des Steins führt. Der Radius der Kurve kann durch Wischen mit einem Curlingbesen zusätzlich beeinflusst werden.

Beim Spiel werden die Steine teilweise hohen Belastungen ausgesetzt. Der Kontakt zum Eis und Schmelzwasser an der Gleitstelle, dem running band, führt zum Herausbrechen von Mineralkörnern und Lochfraß. Dadurch gleiten die betroffenen Steine weniger gleichmäßig, was sich im Spiel negativ bemerkbar macht.

Moderner Curlingstein von oben gesehen. Unten ist die mattierte Fläche des Striking Bands noch erkennbar. Das Running Band ist hier nicht sichtbar auf der Unterseite. Foto: Earl Andrew (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Curlingrock.jpg), „Curlingrock“, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/legalcode

Im Laufe des Spiels stoßen die Steine mit gegnerischen oder auch eigenen Steinen zusammen. Dabei wird die Stoßstelle, das striking band, enormen Belastungen ausgesetzt und es bilden sich meist halbmondförmige Schlagmarken. Die Akkumulation der Schäden in diesem Bereich begrenzt die Lebensdauer eines Curlingsteins.

Beide Stellen unterliegen also unterschiedlichen Belastungsarten. Das Material, aus dem ein Curlingstein besteht, sollte unter beiden Bedingungen bestehen. Früher wurden die Steine aus einem Stück gefertigt. Moderne Curlingsteine sind heute überwiegend zusammengesetzt. Dabei spielt die unterschiedliche Belastbarkeit eine deutliche Rolle. Hier wird aus der Unterseite des zukünftigen Steins ein Bohrkern herausgebohrt und durch ein Stück eines anderen Gesteines als running band ersetzt.

Das Rohmaterial für moderne Curling Steine stammt aus nur 2 Lokalitäten. Die vermutlich bekannteste ist die schottische Insel Ailsa Craig, die andere liegt in Wales, Trefor auf der Lleyn Halbinsel. Bei beiden gibt es jeweils zwei Varietäten.

Historischer Curlingstein, Foto: Rosser1954, gemeinfrei.

Ailsa Craig

Für Ailsa Craig wären dies Ailsa Craig Blue Hone und Ailsa Craig Common Green, die jeweils an der nordöstlichen bzw. auf der südwestlichen Seite der Insel gewonnen werden. Ailsa Craig ist ein Arfvedsonit-Aegirin-Mikrogranit und intrudierte im Paläozän vor ca. 61,5 Mio. Jahren. Dabei stellt die Blue Hone Varietät einen Leucomikrogranit dar, der durch seine gleichmäßige Korngröße und Kornverteilung auffällt, die nur durch seltene Einsprenglinge aus Feldspat unterbrochen wird. Wobei der Begriff „Granit“ hier wie auch bei den anderen Varietäten nicht allzu eng gesehen werden sollte. Genau genommen handelt es sich bei den Gesteinen von Ailsa Craig um einen Alkali-Feldspat-Quarz-Syenit.

Besonders Blue Hone gilt als hervorragendes Material für das running band, hingegen neigt dieses Gestein als striking band zur raschen Akkumulation von Schlagmarken. Bei zusammengesetzten Curlingsteinen ist das running band meist aus Ailsa Craig Blue Hone hergestellt.

Das Gestein von Ailsa Craig wird bereits seit 1829 für die Herstellung von Curlingsteinen verwendet. In jüngerer Zeit gestaltet sich die Gewinnung schwierig, weil die Insel ein Vogelschutzgebiet ist. Sprengungen sind hier verboten. Die letzten Kampagnen zur Gewinnung von Gestein für die Herstellung von Curlingsteinen liefen 1913, als 2000 Tonnen abgebaut wurden und erneut im Jahr 2020.

Trefor, Wales

Der Pluton von Trefor in Wales besteht aus drei einzelnen porphyrischen Intrusionen aus dem mittleren Ordovzium vor ca. 460 Mio. Jahren. Dabei umschließt ein rötlicher äußerer Granodiorit eine feinkörnigere, graugefärbte innere Varietät sowie einen bläulichen Monzogabbro, die hauptsächlich im Kontaktbereich der anderen beiden Gesteine sowie in Gängen im grauen Gestein zu finden ist. Das graue Gestein hat am Kontakt zur rötlichen deutliche Spuren einer Abschreckung. Daher nahm vermutlich die rötliche Intrusion zuerst Platz, bevor die graue später eindrang. Die bläuliche folgte als Letztes. Das Magma hat vermutlich im Bereich eines ordovizischen Back-arc Basins Platz genommen, in der Zeit der caledonischen Gebirgsbildung vor rund 400 Mio. Jahren wurde es pumpellitfaziell metamorph überprägt.

Das Gestein wird seit den 1930´er Jahren abgebaut, zuerst hauptsächlich für Straßenbau, der Gebrauch für Curlingsteine begann gegen 1946. Für die Herstellung von Curlingsteinen werden zwei Varietäten verwendet. Blue Trefor, der dem bläulichen Gestein entspricht sowie Red Trefor, der rötlichen Variante.

Die Verwendung dieser beiden Vorkommen für die Herstellung der Steine ist zum Teil historisch bedingt. Die Firma Andrew Kay & Co (Curling Stones) Ltd. ist nicht nur der bedeutendste Hersteller von Curlingsteinen in der Geschichte des Sports, sie produziert auch aus den Steinen dieser beiden Vorkommen.

Andere Gesteine, wie etwa von River Valley in Ontario, Kanada, spielten nur über den Zeitraum 1962 bis 1968 eine gewisse Rolle. Sie galten aufgrund von Bruchflächen als schlecht brauchbar. In jüngerer Zeit wurde ab und an auch Gestein aus Finnland und China benutzt, aber die dortigen Vorkommen gelten als vergleichsweise klein.

Curlingsteine im Ziel. Der mattierte Bereich des Striking Bands ist hier gut erkennbar. Foto: Ralf RoletschekFahrradtechnik auf fahrradmonteur.de (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:12-01-20-yog-713.jpg), „12-01-20-yog-713“, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/legalcode

Anforderungen an die verwendeten Gesteine

Historisch gesehen wurden Curlingsteine aus einem Stück gefertigt, daher wurde lange Zeit nicht zwischen den verschiedenen mechanischen Anforderungen dieser beiden Regionen eines Steines unterschieden. Heutzutage werden die Curlingsteine aus zwei unterschiedlichen Gesteinen zusammengesetzt. Es gibt allerdings nach wie vor sehr wenig Erkenntnisse über die mechanischen Anforderungen sowie der Frage, wie die verwendeten Gesteine diese erfüllen.

Zum Beispiel die Frage, ob das Gestein möglichst wenig Alterationen aufweisen sollte. Dabei handelt es sich um Veränderungen im Gestein, die während oder auch nach der Erstarrung des Gesteins auftreten und die den Mineralbestand teilweise recht deutlich verändern. Dadurch können sich auch die mechanischen Eigenschaften des Gesteins verschlechtern. Alterierte Gesteine werden gewöhnlich als mechanisch anfälliger betrachtet, da die Änderungen im Mineralbestand meist mit einer Verkleinerung der Korngröße und damit einer Vergrößerung der Porosität einhergehen.

Man sollte also davon ausgehen, dass die bevorzugten Werksteine möglichst keine Alterationen aufweisen. Aber auch die Gesteine von Ailsa Craig und Trefor sind durchaus von verschiedenen Alterationen betroffen, bei Ailsa Craig z.B. überwiegend Saussuritisierung und bei Trefor Uralitisierung.

Vergleichbares gilt für die Anwesenheit von Quarz. Historisch gesehen ist Quarz nicht gerne in Curlingsteinen gesehen, da das Mineral bei Schlagbelastung bricht. Das Problem ist dabei, dass Quarz in den meisten verwendeten Gesteinen durchaus vorkommt, so auch in den Vorkommen von Ailsa Craig und Trefor.

Eigenschaften eines idealen Rohmaterials für Curlingsteine

Grob gesagt zeigen sich die heute mehrheitlich verwendeten Gesteine für die Herstellung von Curlingsteinen als möglichst gleichkörnige, homogene und wenig bis mittelstark alterierte granitoide Gesteine. Vermutlich spielt hier das Alter auch eine Rolle, da jüngere Gesteine häufig geologisch gesehen weniger erlebt haben und weniger Gelegenheit hatten, alteriert oder deformiert zu werden. Eine Rolle spielt hier sicher auch Zeitpunkt ihrer Platznahme im geologischen Geschehen. Anorogone Plutone wie Ailsa Craig sind deutlich weniger Belastungen ausgesetzt als Plutone, die synorogen, also während einer Gebirgsbildung erstarrten und stellen vermutlich besseres Ausgangsmaterial dar.

Sie sollten auch fein- bis mittelkörnig sein. Im Running Band kann diese unterschiedliche Korngröße aber von Nachteil sein, da dies die Oberfläche der Korngrenzen insgesamt vergrößert und damit das Gestein schwächer gegenüber der Verwitterung macht. So ist z.B. das in modernen Curlingsteinen meist für Running Bands verwendete Gestein, Ailsa Craig Blue Hone nicht nur gleichförmiger in der Korngröße als Common Green oder Trefor, es hat auch weniger Mineralkörner im Millimeterbereich und dafür mehr im Bereich 0,1 bis 0,3 mm. Der Effekt des Lochfraßes, der die Running Bands hauptsächlich betrifft, scheint von den größeren Körnern auszugehen.

Im Striking Band hingegen verbessert eine weitere Korngrößenverteilung die Widerstandsfähigkeit gegen Schlagbelastungen. Und verhindert Rissbildungen. Porphyrische Gesteine scheinen deutlich weniger halbmondförmige Schlagmarken zu entwickeln als gleichkörnige Gesteine.

Feldspäte sollten gegenüber Quarz und vor allem den mafischen (dunklen) Mineralen dominieren. Höhere Gehalte an Quarz gelten gemeinhin als nicht förderlich. Allerdings hat Quarz auch einige positive Eigenschaften. Er hat eine vergleichsweise hohe Mohs´sche Härte, ist chemisch sehr beständig und weist eine simple chemische Zusammensetzung auf. Hier kommt vermutlich auch die Art der Quarzkörner mit ins Spiel. In Ailsa Craig Blue Hone zum Beispiel ist der Quarz meist in den Mineralzwischenräumen gut mit den anderen Mineralkörnern verzahnt, wohingegen der Quarz in Common Green auch gerne in Drusen anzutreffen ist. Aufgrund seiner Beständigkeit und Härte sowie der guten Verzahnung scheint der Quarz in der Blue Hone Variante durchaus positive Eigenschaften zu haben.

Fazit

Die Summe der beobachteten Eigenschaften an den heute genutzten Vorkommen zeigt, dass diese keineswegs so einmalig sind. Vermutlich können auch andere Gesteine, die unter ähnlichen geologischen Bedingungen entstanden sind genauso gut für die Herstellung von Curlingsteinen verwendet werden.

Interessanterweise haben sich bislang synthetische Materialien für die Herstellung von Curlingsteinen nicht durchsetzen können. Dies mag einerseits auf die Tradition zurückzuführen sein. Natürliche Gesteine und ihre nicht weiter berechenbaren Eigenschaften fügen auch immer ein gewisses Maß an Zufall mit hinzu. Es scheint sich aber auch gezeigt zu haben, das zumindest bisher die aus künstlichen Materialien hergestellten Spielsteine denen aus natürlichen in der Leistung unterlegen waren. Dieser Umstand kann sich aber in der Zukunft noch ändern, wenn wir mehr über die Prozesse verstehen, denen ein Curlingstein im Spiel unterliegt.

Leung, D.D.V., Curling stones: taken for granite,The Edinburgh Geologist, 2020

Leung, D.D.C. & McDonald, A.M., TAKING ROCKS FOR GRANITE: AN INTEGRATED GEOLOGICAL, MINERALOGICAL, AND TEXTURAL STUDY OF CURLING STONES USED IN INTERNATIONAL COMPETITION, Canadian Mineralogist, 2022

Gunnar Ries studierte in Hamburg Mineralogie und promovierte dort am Geologisch-Paläontologischen Institut und Museum über das Verwitterungsverhalten ostafrikanischer Karbonatite. Er arbeitet bei der CRB Analyse Service GmbH in Hardegsen. Hier geäußerte Meinungen sind meine eigenen

9 Kommentare

  1. Es scheint sich aber auch gezeigt zu haben, das zumindest bisher die aus künstlichen Materialien hergestellten Spielsteine denen aus natürlichen in der Leistung unterlegen waren.

    Das wundert mich ein wenig. Wenn man sich die globale Zusammensetzung eines guten Gesteins/Curlingsteins anschaut, eine so zusammengesetzte Schmelze erzeugt und diese gezielt gekühlt erstarren lässt und womöglich an dieser oder jener Stelle nachträglich wärmebehandelt, so sollten sich Curlingsteine porenlos und mit den gewünschten Eigenschaften im striking band und im running band herstellen lassen. Man könnte sogar – denke ich – die Form lagenweise mit anderen Zusammensetzungen füllen, um Unterschiede im running band und im striking band zu erzeugen. Wenn diese so hergestellten Curlingsteine im Spiel Verschleiß erleiden, war wohl die Theorie zur Schadensursache nicht korrekt – dann fängt man halt mit einer neuen Theorie, einer geänderten Gesteinsschmelze und/oder geänderten Abkühl-/Aufheizbedingungen nochmal von vorne an.

    • Karl Maier schrieb (29.06.2022, 22:16 Uhr):
      > […] Curlingsteine porenlos und mit den gewünschten Eigenschaften im striking band und im running band herstellen
      > […] Gesteinsschmelze [bestimmter Zusammensetzung …] gezielt gekühlt erstarren […] womöglich an dieser oder jener Stelle nachträglich wärmebehandelt

      > Wenn diese so hergestellten Curlingsteine im Spiel Verschleiß erleiden

      … bzw. bei bestimmter Beanspruchung (insbesondere in Curling-Spielen) mehr verschleißen, als erwartet und erhofft wurde …

      > [dann] war wohl die Theorie zur Schadensursache nicht korrekt – […]

      Nein: dann war das in Betracht gezogene Modell eines Zusammenhangs zwischen Herstellungsverfahren, Beschaffenheit und Verschleiß (bei bestimmter Beanspruchung) im konkreten Fall nicht korrekt (also: falsch); es ist ggf. zu verwerfen und durch ein bislang zutreffenderes Modell zu ersetzen.

      Die zugrundeliegende Theorie, also die (Definitionen der) Begriffe (der Petrurgie, Tribologie, Werkstoffkunde … und der Regeln des Curling-Sports), mit denen alle Modelle des Verschleißens von Curlingsteinen formuliert werden konnten und weiterhin können, einschl. aller sich daraus ergebender logisch-zwingender Zusammenhänge (Theoreme), bleibt dabei unverändert bestehen.

      • Frank Wappler
        30.06.2022, 10:23 Uhr

        Der Autor beschreibt explizit die Erscheinung, dass grobkörnigere Oberflächen im running band eher verschleißen als feinkörnige, auch, dass unterschiedliche Mineralzusammensetzungen im striking band unterschiedliche Schadensbilder haben. Wenn man das als Wissen voraussetzt, darauf basierend einen Curlingstein synthetisch nachbaut und die Schadensbilder bei Benutzung erfasst … und wenn dann vielleicht die neuen Ergebnisse anders als erwartet sind, war wohl die Theorie zur Schadensursache nicht korrekt. Man könnte auch innerhalb der technischen Parameter die Eigenschaften ( Korngrößen, Mineralzusammensetzung ) bis ins Extreme treiben und so überprüfen, ob die Theorie zum Verschleiß die Ergebnisse korrekt vorhersagt.
        Auf alle Fälle sollten synthetische Curlingsteine den natürlichen überlegen sein, weil man die Eigenschaften ( innerhalb der technischen Grenzen ) gezielt ( unterschiedlich ) einstellen kann.

  2. Karl Maier schrieb (30.06.2022, 21:30 Uhr):
    > Der Autor

    … Gunnar Ries, im obigen SciLogs-Artikel …

    > beschreibt explizit die Erscheinung, dass […]

    Richtig. Diese Beschreibung

    – benutzt bestimmte definierte Begriffe bzw. Größen (“Körnigkeit”, “Mineralzusammensetzung”, “Schadensbild/Lochfraß/Schlagmarke”, “Brauchbarkeit/Lebensdauer” usw.) und

    – berichtet bestimmte Bewertungen (“fein”, “grob”, “gut”, “schlecht” …).

    Das System der (vom Autor gewählten) definierten Begriffe (einschl. sich logisch-zwingend ergebender Zusammenhänge) ist eine Theorie für den betreffenden Zweig der (angewandten) Mineralogie;
    die Bewertungen bzgl. der Größen dieser Theorie (einschl. eventueller Erwartungen hinsichtlich zukünftiger Ergebnisse) werden jeweils zu einem Modell zusammengefasst.

    > […] und wenn dann vielleicht die neuen Ergebnisse anders als erwartet sind, war wohl die Theorie zur Schadensursache nicht korrekt.

    Nochmals: Nein.
    Stattdessen: Falls die neuen Ergebnisse anders als erwartet sind, war das betreffende Modell nicht korrekt.

    Theorien enthalten keine Erwartungen oder Vorhersagen, die sich anhand experimenteller Ergebnisse als entweder erfüllt oder ansonstem als enttäuscht erweisen könnten;
    sondern Theorien enthalten Theoreme, die von vornherein beweisbar sind, und die insbesondere auch dann bewiesen bleiben, falls irgendwelche Erwartungen an experimentelle Befunde enttäuscht wurden.

    p.s.
    > Auf alle Fälle sollten synthetische Curlingsteine den natürlichen überlegen sein, weil man die Eigenschaften ( innerhalb der technischen Grenzen ) gezielt ( unterschiedlich ) einstellen kann.

    Dass man durch “Zielen” mindestens so viele, wenn nicht sogar mehr “Treffer” erhält, als wenn man nicht (nicht “gut”, nicht “richtig”) “gezielt” hätte, ergibt sich als Theorem aus den Definitionen dieser Begriffe.
    Ob der einzelne nächste Versuch aber einen “Treffer” bringt, oder nicht, ist bei allem “Gut-zielen-Wollen” dennoch nicht garantiert.

    • Frank Wappler
      01.07.2022, 10:48 Uhr

      Es tut mir leid, ich verstehe auch nach mehrmaligem Lesen nicht so ganz, was Sie mir eigentlich sagen wollen, abgesehen davon, dass ich aus Ihrer Sicht wohl nicht systemkonform formuliere.

      Vielleicht enttäuscht es Sie, aber darum geht es mir nicht. Meine Frage war indirekt an den Autor, ob es Versuche zur Herstellung synthetischer Curlingsteine gibt ( oder warum nicht ).

      • Karl Maier schrieb (01.07.2022, 13:47 Uhr):
        > […] dass ich aus Ihrer Sicht wohl nicht systemkonform formuliere.

        Ganz recht; wobei an Stelle des Wortes “systemkonform” auch das Wort “vernünftig” recht und sogar vernünftig wäre.

        Wer nämlich, wie in den beiden oben bemängelten Kommentaren, das Wort “Theorie” dahin setzt, wo stattdessen das Wort “Modell” gehört, dem fehlt dann ein Wort an der Stelle, wo das Wort “Theorie” hingehört;
        und das geht schlimmstenfalls wiederum mit dem Fehlen entsprechender Gedanken einher.

        > Vielleicht enttäuscht es Sie, aber darum geht es mir nicht.

        Das enttäuscht mich zwar wirklich ein wenig; aber immerhin vielen Dank für die Rückmeldung, und vor allem für die Gelegenheit, den Unterschied zwischen “Theorie” und “Modell” öffentlich und Barriere-frei zu erläutern und zu Debatte zu stellen.

        > Meine Frage war indirekt an den Autor, ob es Versuche zur Herstellung synthetischer Curlingsteine gibt ( oder warum nicht ).

        Offensichtlich lässt sich diese Frage auch stellen, ohne das Wort “Theorie” dabei unvernünftig zu benutzen, oder überhaupt. Dann — Viel Glück dabei!

        p.s. — Nachtrag sachdienlicher Wikipedia-Links:

        https://de.wikipedia.org/wiki/Petrurgie
        https://en.wikipedia.org/wiki/Glossary_of_curling#Biter

        • Frank Wappler
          01.07.2022, 16:53 Uhr

          Ich will hier keine Haare spalten, ob “systemkonform” auch zwingend “vernünftig” ist, mich interessiert in diesem speziellen Zusammenhang auch nicht so sehr, was “Theorie” und was “Modell” ist, denn leider hat der von Ihnen genannte Link zur “Petrurgie” auch keine Informationen enthalten, ob denn nun schon mal Curlingsteine synthetisch hergestellt wurden und das Glossar mit den Curlingfachbegriffen … nun, ich “curle” nicht.
          Was ist denn nun Ihre Theorie und welches Modell leiten Sie daraus ab?

  3. toll, dass selbst Granit poliert, gut aussieht.
    Die Theorie von der Korngröße erinnert an die Metallurgie bei Stählen. Hier wird durch Wärmebehandlung die Korngröße klein gehalten, der Stahl bleibt elastisch.
    Die Härte nimmt dabei ab, was man durch Legieren mit anderen Metallen wieder ausgleicht.
    Theoretisch müsste man unter Druck Granit künstlich herstellen können, was wirtschaftlich betrachtet unsinnig ist.

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