Minerale und Gesteine

S. Fiedler Universität Hohenheim

Entstehung von Landschaften – Minerale und Gesteine

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Entstehung von Landschaften (B00071)

Teil 2: Minerale und Gesteine

Verwendete Unterlagen/Links Hermann, L., K. Stahr, Skript (A3001): Universität Hohenheim Matthes, S. (1996): Mineralogie. 5. überarb. und aktualisierte Auflage, Spinger-Verlag, 499 S. Press, F., Siever, R. (1995): Allgemeine Geologie. Eine Einführung. Spektrum Akademischer Verlag. Heidelberg, Berlin, Oxford, 602 S. Rothe, P. (2005): Gesteine. Entstehung – erstörung – Umbildung. Primus-Verlag Skript von H.-G. Stosch, Universität Karlsruhe http://129.13.109.66/ftp/Mineral_Gesteinsbestimmung/Schotter.pdf http://129.13.109.66/ftp/GestLag/GestLag.pdf http://129.13.109.66/WWW_only/html/ftp.html Grundzüge der Geologie und Petrografie, ETH ürich http://guv.ethz.ch/pruefungen/download/ usammenfassungen/Geologie_ usammenfassung.pdf TU München, Lehrstuhl für Bodenkunde http://www.weihenstephan.de/bk/pdfs/vorlesungen/bk1_ws/festpha1.pdf Farbbilder von Mineralen und Gesteinen sind u.a. zu finden unter http://mineral.galleries.com http://geomuseum.tu-clausthal.de http://www.mineralatlas.de http://www.uni-muenster.de/MineralgieMuseum/vulkane/vulkan-11.htm Stand: WS 2006/2007 Inhalt 1 Minerale ……………………………………………………………………………………………………………………………………………..2 1.1 Mineraleigenschaften …………………………………………………………………………………………………………………….2 1.1.1 Physikalische Mineraleigenschaften………………………………………………………………………………………2 1.1.2 Chemische Mineraleigenschaften………………………………………………………………………………………….2 1.2 Gesteinsbildende Minerale…………………………………………………………………………………………………………….3 1.2.1 Siliziumdioxide und Silicate ………………………………………………………………………………………………….3 1.2.2 Inselsilicat …………………………………………………………………………………………………………………………….4 1.2.3 Ketten- und Bandsilicate ………………………………………………………………………………………………………4 1.2.4 Blattsilicate (Schichtsilicate) ………………………………………………………………………………………………….4 1.2.5 Gerüstsilikate………………………………………………………………………………………………………………………..5 1.2.6 Karbonate …………………………………………………………………………………………………………………………….5 1.2.7 Oxide ……………………………………………………………………………………………………………………………………6 1.2.8 Sulfate…………………………………………………………………………………………………………………………………..6 2 Gesteine und ihre Kreislauf………………………………………………………………………………………………………………..6 3 Magmatische Gesteine (primäre Gesteine) …………………………………………………………………………………………7 3.1 Einteilung………………………………………………………………………………………………………………………………………7 3.2 Entstehung von Magmen (Aufschmelzung von Gestein) ……………………………………………………………..9 3.2.1 Wo schmelzen Gesteine? ……………………………………………………………………………………………………..9 3.2.2 Wie entstehen Magmakammern?………………………………………………………………………………………….9 3.3 Magmatische Differentiation……………………………………………………………………………………………………….10 3.3.1 Kontinuierliche Reihe …………………………………………………………………………………………………………10 3.3.2 Diskontinuierliche Reihe …………………………………………………………………………………………………….10

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Entstehung von Landschaften – Minerale und Gesteine

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1 Minerale

Ein Mineral ist ein bezüglich seiner physikalischen und chemischen Beschaffenheit stofflich einheitlicher natürlicher Bestandteil der Gesteine. Die meisten Minerale ordnen ihre Atome und Ionen in Raumgittern an (geometrisch regelmäßige Anordnung im Raum), sind also kristallisiert. Nur sehr wenige Minerale (z.B.: Opal) sind nicht kristallin, sondern amorph (= zufällige, statistische gleichartige Anordnung der Bausteine, d.h. amorphe Körper haben in jeder Richtung physikalisch gleiche Eigenschaften = isotrop). 1.1 1.1.1 Eigenschaft Härte Spaltbarkeit Mineraleigenschaften

Physikalische Mineraleigenschaften

Bruch Glanz Farbe Strich Dichte

Beziehung zu Chemismus und Kristallbau Starke chemische Bindung bedingt hohe Härte. Mineralien mit kovalenter Bindung besitzen im Allgemeinen eine höhere Härte als Mineralien mit Ionenbindung. Die meisten Silicate weisen Härten zwischen 5 und 7 auf. (Mohssche Härteskala) Die Spaltbarkeit ist schlecht, wenn die Bindungsstärke innerhalb der Kristallstruktur groß ist, und gut, wenn die Bindungsstärke gering ist. Mineralien mit kovalenter Bindung zeigen nur eine undeutliche Spaltbarkeit, oder diese kann auch fehlen; die Ionenbindung ist schwach und bedingt gute Spaltbarkeit. Die Form des Bruches ist abhängig von der Verteilung der Bindungsstärke auf anderen Flächen als den Spaltflächen. Ein Bruch kann z.B. muschelig, faserig oder glatt sein. Kristalle mit Ionenbindung zeigen Glasglanz; Kristalle mit kovalenter Bindung zeigen eine reichhaltige Glanzausprägung. Wird bewirkt durch bestimmte Atome oder in geringen Mengen vorhandene Verunreinigungen. Viele Kristalle mit Ionenbindung sind farblos. Eisen färbt gewöhnlich intensiv. Die Farbe des fein zerriebenen Pulvers ist wegen der einheitlich geringen Korngröße charakteristischer als die Farbe des Kristalls. Ist abhängig von der relativen Atommasse und der Packungsdichte in der Kristallstruktur. Eisenmineralien und alle Metalle besitzen eine hohe Dichte. Mineralien mit kovalenter Bindung sind lockerer gepackt und haben daher eine geringere Dichte

http://guv.ethz.ch/pruefungen/download/ usammenfassungen/Geologie_ usammenfassung.pdf

1.1.2

Chemische Mineraleigenschaften

Die chemische usammensetzung bildet die Grundlage für die Haupteinteilung der Mineralien in Klassen. Die meisten Mineralien werden hierbei nach ihren Anionen klassifiziert. Elemente, die weniger als 0,1 Prozent eines Minerals ausmachen, werden als Spurenelemente bezeichnet. Klasse Kennzeichnende Anionen Elemente keine Ionen Sulfate, Arsenide und komplexe Sulfidion (S2-), Arsen- und ArSulfate sen-Schwefel-Verbindungen mit Metallen Oxide und Hydroxide Sauerstoffion (O2-), Hydroxidion (OH-) Halogenide Cl-, F-, Br-, IKarbonate Carbonation (CO32-) Sulfate und Wolframverbindungen Sulfation (SO42-), Wolframation (WO42-) Phosphate Phosphation (PO43-) Silicate Silication (SiO44-) Beispiel Kupfer (Cu) Bleiglanz (PbS), Safflorit (CoAs2), Enargit (Cu3AsS4) Hämatit (Fe2O3), Brucit (Mg(OH)2) Halit (Steinsalz) (NaCl) Calcit (CaCO3) Scheelit Anhydrit (CaSO4), (CaWO4) Apatit (Ca5[F, Cl, OH/(PO4)3]) Olivin (Forsterit) (Mg2SiO4)

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Gesteinsbildende Minerale

Ca. 3600 Mineralarten, davon machen 10 Silikate, 95 Vol.% der gesteinsbildenden Minerale aus. 1.2.1 Siliziumdioxide und Silicate

> 80% der Magmatite sind Silicate und SiO2 Silicate sind aus magmatischer Lösung oder infolge Metamorphose entstanden. Dies sind die wesentlichen Ausgangsmineralen für die bei der Verwitterung neu entstehenden pedogenen Minerale Grundeinheiten: SiO4 – Tetraeder, z.T. auch Al-Oktaeder

Abb. 1.1: Aufbau der Silicium-Tetraeder (Quelle: Press & Siever (1995)) Oxide sind aus Tetraedern und Oktaedern aufgebaut: Si als entral-Atom im Tetraeder, Al als entralatom im Oktaeder Die Silikatstrukturen zeichnen sich dadurch aus, dass in einem Tetraeder als Grundbaustein ein Si-Atom stets von vier O-Atomen an den Ecken des Tetraeders umgeben ist. Charakteristisch ist, dass ein Sauerstoffatom gleichzeitig zur Struktur von zwei Tetraedern gehören kann. Si-Tetraeder Al-Oktaeder

Abb. 1.2: Darstellung Tetraeder und Oktaeder (Quelle: Darrell G. Schulze in http://www.weihenstephan.de/bk/pdfs/vorlesungen/bk1_ws/festpha1.pdf)

isomorpher Ersatz bei Gerüst- und Schichtsilicaten bei der Auskristallisation der Minerale oder Mineralneubildungen kann es bei Mangel oder Überschuss einzelner Elemente zum Ersatz der entralatome kommen Ersatz des Si4+ im Tetraederzentrum durch Al3+ Ersatz des Al3+ im Oktaederzentrum durch Mg2+, Fe2+ Ein isomorpher Ersatz bewirkt eine negative Überschussladung, die durch eingelagerte Kationen (z.B. K+, Na+, Ca2+) kompensiert wird.