Stein gilt als starr, doch Itacolumit widerspricht dieser Alltagserfahrung, denn dünne Platten dieses quarzreichen Gesteins können sich sichtbar durchbiegen und danach wieder in ihre Ausgangslage zurückkehren. Ein untersuchtes Museumsstück aus Brasilien ist etwa 40,5 Zentimeter lang, 7,5 Zentimeter breit und rund 1 Zentimeter dick, also ungefähr so lang wie eine große Computertastatur. Im Inneren liegen Quarzkörner mit Zwischenräumen von nur wenigen Mikrometern, und gerade diese winzigen Abstände spielen für die Beweglichkeit eine entscheidende Rolle. Wie kann ein fester Stein dadurch beweglich werden?
Im Jahr 1822 untersuchte der deutsche Geologe Wilhelm Ludwig von Eschwege Gesteine im brasilianischen Minas Gerais und führte für eine Gruppe quarzreicher Gesteine aus der Umgebung der damaligen Stadt Vila Rica, dem heutigen Ouro Preto, die Bezeichnung Itacolumit ein. Der Name bezog sich auf die Serra do Itacolumi, heute Itacolomi, und unter den beschriebenen Gesteinen befanden sich auch Stücke mit einer für Stein ungewöhnlichen Biegsamkeit. Die historische Entwicklung des Begriffs und die spätere Forschung sind nachzulesen unter Proceedings of the Geologists' Association.
Itacolumit besteht überwiegend aus Quarz, also aus demselben sehr harten Mineral, das auch in vielen gewöhnlichen Sandsteinen vorkommt, weshalb seine Beweglichkeit nicht durch ein grundsätzlich weiches Ausgangsmaterial erklärt werden kann. Entscheidend ist vielmehr die besondere Anordnung der einzelnen Körner, deren Kontaktflächen und Zwischenräume gemeinsam dafür sorgen, dass sich das Gestein unter Belastung geringfügig verformen kann. Gerade dieser Gegensatz zwischen hartem Mineral und beweglicher Gesamtstruktur macht Itacolumit zu einem anschaulichen Beispiel dafür, wie stark der innere Aufbau die Eigenschaften eines Materials bestimmen kann.
Besonders deutlich wird die ungewöhnliche Eigenschaft bei langen, dünnen Platten, weil schon eine geringe Bewegung vieler einzelner Körner über die gesamte Länge eine sichtbare Krümmung erzeugen kann. Im Staatlichen Museum für Naturkunde Karlsruhe wurden mehrere historische Stücke untersucht, die wahrscheinlich aus der Region südlich von Ouro Preto stammen, darunter eine etwa 40,5 Zentimeter lange, 7,5 Zentimeter breite und ungefähr 1 Zentimeter dicke Probe. Solche Abmessungen reichen aus, damit sich eine Platte beim Halten an den Enden oder unter ihrem Eigengewicht sichtbar krümmt, wie die detaillierte Untersuchung der Museumsstücke unter Carolinea beschreibt.
Begrenzt bleibt die Beweglichkeit dennoch, denn Itacolumit besitzt nur einen kleinen Bereich reversibler Flexibilität und kann bei zu starker Belastung brechen. Nach vorsichtiger Verformung kehrt eine geeignete Probe weitgehend in ihre frühere Form zurück, wobei die Beweglichkeit vor allem in zwei Richtungen entlang der inneren Gesteinsstruktur ausgeprägt ist. Dadurch unterscheidet sich die Biegung deutlich von der gleichmäßigen Elastizität weicher Materialien, obwohl das sichtbare Ergebnis auf den ersten Blick ähnlich wirken kann.
Unter dem Mikroskop wird sichtbar, warum ein derart hartes Gestein überhaupt nachgeben kann, denn die Quarzkörner liegen nicht dicht und regelmäßig gepackt, sondern besitzen vielfach unregelmäßige, kantige oder gebogene Ränder. Manche Kontaktstellen sind konkav und konvex geformt, sodass benachbarte Körner ineinandergreifen und sich gegeneinander minimal bewegen können, ohne dass der gesamte Verband seine Stabilität verliert. Mechanisch ähnelt dieses Zusammenspiel deshalb kleinen Gelenken, obwohl natürlich keine echten Gelenke aus Metall oder Knochen im Stein vorhanden sind.
Hinzu kommen winzige freie Räume zwischen den Körnern, die bei den Karlsruher Proben mit etwa 3 bis 9 Mikrometern beschrieben wurden. Ein Mikrometer entspricht einem Tausendstel Millimeter, sodass diese Zwischenräume viel schmaler als ein menschliches Haar sind und mit bloßem Auge nicht erkannt werden können. Trotzdem bieten sie einzelnen Quarzkörnern gerade genug Platz, um sich unter Belastung sehr wenig zu drehen oder zu verschieben, wodurch sich die vielen mikroskopisch kleinen Bewegungen über die gesamte Platte zu einer sichtbaren Biegung addieren.
Frühe Erklärungen führten die Biegsamkeit häufig auf Glimmer zurück, eine Gruppe dünnblättriger Minerale, die sich leicht in Plättchen spalten lassen und in manchen Itacolumiten tatsächlich vorkommen. Spätere Untersuchungen zeigten jedoch, dass flexible Quarzgesteine auch ohne große Mengen Glimmer auftreten, sodass dieses Mineral zwar den Kornverband beeinflussen kann, aber nicht als alleinige Ursache der Beweglichkeit ausreicht. Im Mittelpunkt der heutigen Erklärung stehen deshalb die unregelmäßigen Kontaktflächen der Quarzkörner zusammen mit den kleinen offenen Räumen an ihren Grenzen.
Als Ursache für diese besondere Struktur wird eine teilweise chemische Auflösung des Quarzes an den Korngrenzen angenommen, bei der winzige Mengen Material zwischen benachbarten Körnern verschwinden. Zurück bleiben unregelmäßige Kontaktflächen und kleine Freiräume, die zugleich genügend Halt und eine begrenzte Beweglichkeit ermöglichen. Eine allgemeine Einordnung von Quarzit und der seltenen flexiblen Variante ist nachzulesen unter Universität Jena.
Obwohl der Name Itacolumit aus Brasilien stammt, ist das Phänomen nicht auf Minas Gerais beschränkt, denn Facharbeiten nennen vergleichbare flexible Quarzgesteine unter anderem aus Indien, den USA, Frankreich, Madagaskar, Gabun und China. Dabei sind die Vorkommen nicht überall identisch aufgebaut, weil in Brasilien häufig glimmerführende, schwach metamorph veränderte Quarzgesteine beschrieben werden, während aus Indien auch sehr quarzreiche Sandsteine mit ähnlicher Beweglichkeit bekannt sind. Gemeinsam ist diesen Gesteinen die besondere Kornstruktur, die begrenzte Bewegung innerhalb eines weiterhin festen Verbandes erlaubt.
Auch die verwendeten Bezeichnungen unterscheiden sich je nach Fundort und wissenschaftlicher Tradition, weshalb in der Literatur von flexiblen Sandsteinen, flexiblen Quarziten oder Itacolumiten die Rede sein kann. Vergleiche werden zusätzlich dadurch erschwert, dass der historische Begriff Itacolumit ursprünglich auch für nicht biegsame Gesteine aus derselben brasilianischen Region verwendet wurde. Für die ungewöhnliche Eigenschaft ist daher weniger der Name entscheidend als die Kombination aus Quarz, Kornform und Porenraum innerhalb des jeweiligen Gesteins.
Historisch wurde Itacolumit außerdem mit Diamantvorkommen in Verbindung gebracht, weil in Brasilien und Indien Diamanten in Regionen auftraten, in denen auch solche quarzreichen Gesteine vorkamen. Im 19. Jahrhundert entstand daraus zeitweise die Vermutung, Itacolumit könne direkt mit der Bildung der Diamanten zusammenhängen, doch diese Deutung erwies sich als falsch. Diamanten können in den betreffenden Gesteinen als transportierte Mineralkörner vorkommen, ohne dort entstanden zu sein.
Gerade diese frühere Zuordnung zeigt, wie leicht ein gemeinsames Auftreten zweier geologischer Merkmale zunächst als direkter Zusammenhang verstanden werden kann, obwohl ihre Entstehung getrennt verlaufen ist. Ein heutiges Beispiel dafür, dass Diamanten in ganz anderen geologischen Zusammenhängen auftreten können, liefert der Artikel über Diamantgestein in der Antarktis. Beim Itacolumit blieb unabhängig von der verworfenen Diamant-Hypothese die besondere Materialeigenschaft bestehen, dass sich ein harter Quarzstein durch mikrometergroße Bewegungsräume zwischen seinen Körnern sichtbar verformen kann.
Auf zwei Punkten gelagert, krümmt sich eine geeignete dünne Platte deshalb unter ihrem eigenen Gewicht, während ihre graue, körnige Oberfläche weiterhin wie die eines gewöhnlichen festen Gesteins wirkt. Die sichtbare Bewegung beginnt im Inneren an den Kontaktstellen der Quarzkörner, wo mikrometergroße Freiräume minimale Verschiebungen erlauben und sich diese kleinen Bewegungen über die Länge der Platte summieren.
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