View - GeoStudium

ÜBUNGEN ZU SYSTEM ERDE 1
ÜBUNGSBLOCK MINERALE UND GESTEINE
Burkhard Schmidt
Abteilung Experimentelle und Angewandte Mineralogie
3. OG, Raum 358, Tel.: 39-19900
Sprechzeiten: immer (wenn ich da bin)
e-mail: [email protected]
Tutoren: Björn Baresel, Jörn Wotzlaw
Zeitumfang: 48 Stunden:
- 23 Stunden als Einführung (= Vorlesung)
- 25 Stunden als Bestimmungsübungen (Anwesenheitspflicht).
Die Übungen werden in zwei Gruppen (A & B) durchgeführt.
Termine siehe Zeitplan.
Inhalte:
Einführung in die gesteinsbildenden Minerale: Nomenklatur, Zusammensetzung, Eigenschaften,
Struktur, Entstehung und Vorkommen.
Einführung in die magmatischen, sedimentären und metamorphen Gesteine: Nomenklatur,
Zusammensetzung, Mineralbestand und Entstehung.
Vermittlung von Fertigkeiten:
- Erkennen und Beschreiben von Mineralen und Gesteinen im Handstück
- Erkennen und Mengenabschätzung von Mineralen im Gestein
- Beschreibung von Gefügemerkmalen
- Benennen von Gesteinen
Skript: wichtige Abbildungen, wichtigste Fakten, Bestimmungstabellen ca. 90 S,
Leistungsüberprüfung:
2 Quickies (5 Minuten Formeltests) im Verlauf der Veranstaltung (werden mit max. 10% auf die
Klausur angerechnet)
Klausur „Minerale und Gesteine“ (1.2.2007) mit theoretischem und praktischem Teil.
1
Zeitplan der Übungen Minerale & Gesteine, System Erde I
Datum
Inhalt der Vorlesung
Vorlesung
Übung 1
A + B, Raum MN01 Raum MN02
14.15-15.00
15.15-16.00 A
Übung 2
Raum MN02
16.15-17.00 B
Do 19.10.06
M & G 1, Einführung Gesteine
Di 24.10.06
M & G 2, Einführung Minerale
M & G 3, Mineralbestimmung - diagnostische Eigenschaften,
14.15-16.00
16.15-17.00 B
17.15-18.00
A
Di 21.11.06
M & G 4, Minerale der Magmatite 1 - Spinelle, Olivine
M & G 5, Minerale der Magmatite 2 - Pyroxene, Amphibole
14.15-16.00
16.15-17.00 A
17.15-18.00
B
Do 23.11.06
M & G 6, Minerale der Magmatite 3 - Schichtsilikate, SiO2-Modifikationen
14.15-15.00
15.15-16.00 A
16.15-17.00
B
Di 28.11.06
M & G 7, Minerale der Magmatite 4 - Feldspäte, Foide,
14.15-16.00
M & G 8, Minerale der Magmatite 5 - Minerale der Restkristallisation, Zeolithe, Oxide
16.15-17.00 B
17.15-18.00
A
Do 30.11.06
M & G 9, magmatische Gesteine 1 - Gefüge, chem. Einteilung
14.15-15.00
15.15-16.00 B
16.15-17.00
A
Di 5.12.06
M & G 10, magmatische Gesteine 2 - Plutonite
14.15-15.00
15.00-16.30 A
16.30-18.00
B
Do 7.12.06
M & G 11, magmatische Gesteine 3 - Vulkanite
14.15-15.00
15.15-16.00 A
16.15-17.00
B
Di 12.12.06
M & G 12, Restkristallisation, Ganggesteine,
14.15-15.00
15.00-16.30 B
16.30-18.00
A
Do 14.12.06
M & G 13, Wiederholung 1: magmatische Minerale & Gesteine
14.15-15.00
15.15-16.00 B
16.15-17.00
A
Di 19.12.06
M & G 14, Pyroklastische Gesteine
M & G 15, Sedimentäre Prozesse und Minerale der Sedimente 1
14.15-16.00
16.15-17.00 A
17.15-18.00
B
Do 21.12.06
M & G 16, Klastische Sedimente
14.15-15.00
15.15-16.00 A
16.15-17.00
B
Di 9.1.07
M & G 17, Minerale der Sedimente 2 und anorganische Karbonatgest.
M & G 18, Chemisch-biogene Sedimente
14.15-16.00
16.15-17.00 B
17.15-18.00
A
Do 11.1.07
M & G 19, Wiederholung 2: Sedimente
14.15-15.00
15.15-16.00 B
16.15-17.00
A
Di 16.01.07
M & G 20, Minerale der Metamorphite 1
14.15-15.00
15.00-16.30 A
16.30-18.00
B
Do 18.01.07
M & G 21, Minerale der Metamorphite 2
14.15-15.00
15.15-16.00 A
16.15-17.00
B
Di 23.01.07
M & G 22, metamorphe Gesteine 1
14.15-15.00
15.00-16.30 B
16.30-18.00
A
Do 25.01.07
M & G 23, metamorphe Gesteine 2
14.15-15.00
15.15-16.00 B
16.15-17.00
A
Di 30.01.07
M & G 24, Wiederholung 3: Metamorphite, Sedimente, Magmatite
14.15-16.00 A
16.15-18.00
B
Praxis A
15.15-16.00 A
Praxis B
16.15-17.00
B
Do 1.02.07
Theorie A+B
14.15-15.00
Klausur zu "Minerale und Gesteine "
2
Literaturübersicht
W.A. Deer, R.A. Howie & J Zussman (1992) An Introduction to the Rock Forming Minerals.
Longman, 696 Seiten [60 €]
- Nachschlagewerk
W. Maresch, O. Medenbach & H.D. Trochim (1996) Gesteine. Steinbachs Naturführer, Mosaik
Verlag GmbH, München, 287 Seiten, vergriffen
- Bestimmungsbuch für Gesteine, unveränderter Nachdruck der Auflage von 1987, sehr guter
Gesteinsführer, leider vergriffen, Tipp: gebraucht übers Internet kaufen
G. Markl (2004) Minerale und Gesteine: Eigenschaften - Bildung – Untersuchung.
Elsevier, 367 S., [40 €]
Einführung in die Grundlagen der Mineralogie und Petrologie einschließlich moderner Analytik, als
begleitendes Buch zur Vorlesung/Übung aber nicht unbedingt zu empfehlen.
M. Okrusch & S. Matthes (2005) Mineralogie – Eine Einführung in die spezielle Mineralogie,
Petrologie und Lagerstättenkunde. 7. Aufl., Springer, Berlin, 526 S. [40 €]
- vollständige Überarbeitung des klassischen Lehrbuchs der Mineralogie, Empfehlung
O. Medenbach & C. Sussieck-Fornefeld (1996) Mineralien. Steinbachs Naturführer. Mosaik-Verlag
GmbH, München, 287 Seiten [13 €]
- Bestimmungsbuch für Minerale
F. Press, R. Siever, J. Grotzinger & T.H. Jordan (2003), Understanding Earth, 4th Ed,
W.H. Freeman & Company, New York, 568 Seiten [58 €]
In deutscher Übersetzung der 3. Auflage erschienen als Allgemeine Geologie, Spektrum
AkademischerVerlag, Heidelberg 2003, 723 Seiten, [70 €]
- Empfehlenswertes Standardwerk der Geologie, auch für andere Lehrveranstaltungen
P. Rothe (2002) Gesteine, Entstehung – Zerstörung – Umbildung. Wissenschaftliche
Buchgesellschaft, Darmstadt, 192 Seiten (40 €, 30 € für Mitglieder)
- prozeßorientiertes und sehr schön illustriertes Buch für den interessierten Laien und
Studienanfänger; für die Gesteinsbestimmung aber nicht geeignet, als Lehrbuch nicht umfangreich
genug.
W. Schumann (2002) Der neue BLV Steine- und Mineralienführer. BLV Verlagsgesellschaft
München, 383 Seiten [25.50 €]
- Bestimmungsbuch für Minerale und Gesteine.
R. Vinx (2005) Gesteinsbestimmung im Gelände. Elsevier, 439 Seiten, [42 €]
- auf Mineral- und Gesteinsbestimmung mit einfachen Hilfsmitteln fokussiert, praxisorientiert, aber
der mineralogische und petrologische Hintergrund ist (zu) knapp gehalten
Bestimmungstabellen für Minerale:
R. Hochleitner, H. von Philipsborn, K.L. Weiner und K. Rapp (1996) Minerale. Bestimmungen nach
äußeren Kennzeichen. Schweitzerbart, 3. Aufl., Stuttgart, 390 S. [50 €]
Kartenspiel:
R. Stalder (2005) Bausteine der Erde, GZG, 36 Karten, [1.50 €]
- zum spielerischen Erlernen der chemischen Formeln und Eigenschaften von wichtigen Mineralen
3
zu MINERALE und GESTEINE 1:
Einführung Gesteine
DEFINITIONEN:
Kristalle sind stofflich einheitliche Festkörper, deren Bausteine (Atome, Ionen, Ionenkomplexe)
dreidimensional periodisch geordnet sind.
Minerale sind natürlich vorkommende, stofflich einheitliche (homogene), feste, anorganische
Bestandteile der Erdkruste.
Gesteine sind monomineralische oder polymineralische Aggregate/Gemenge von Mineralen (selten
auch natürliche Gläser).
4
Gesteinsgefüge
Das Gefüge beschreibt den inneren Aufbau eines Gesteins; man unterscheidet:
• Textur, beschreibt die räumliche Anordnung der Gemengteile und deren Raumerfüllung.
• Struktur, beschreibt die Größe, Gestalt und wechselseitige Beziehung (Verwachsungsform) der
Gemengteile
Die Struktur lässt sich am besten unter dem Mikroskop oder mit einer Lupe studieren, die Textur im
Aufschluss oder auch an einem großen „Handstück".
Achtung! Im Englischen haben beiden Begriffe die umgekehrte Bedeutung, d.h. structure entspricht
der Textur, texture der Struktur.
Besser den Überbegriff Gefüge benutzen
Texturelle Gefügemerkmale:
• richtungslos
• Fließgefüge
• Parallelgefüge, Foliation
• Schichtung
Strukturelle Gefügemerkmale:
• kristallin – glasig (hyalin)
• blasig
• (gleich)körnig – porphyrisch (größere Kristalle in feinkörniger Matrix)
• Korngröße: großkörnig: ∅
33-10 mm
grobkörnig: ∅
10-3.3 mm
mittelkörnig: ∅
3.3-1 mm
kleinkörnig: ∅
1-0.33 mm
feinkörnig:
∅
0.33-0.1 mm
dicht:
∅
0.1-0.033 mm
•
Gestalt der Mineralkörner:
- idiomorph:
Kristalle sind in ihrer Eigengestalt ausgebildet und vollständig von
Kristallflächen begrenzt.
- hypidiomorph: Die Eigengestalt der Kristalle ist nur teilweise ausgebildet
- xenomorph:
Es sind keine Kristallflächen vorhanden, die Eigengestalt ist nicht ausgebildet
Gesteine der Erdkruste
nach RONOV & YAROSHEVSKY (1969)
Magmatite
65 Vol%
Metamorphite
27 Vol%
Sedimentite
8 Vol%
5
Magmatite
Entstehung an der Erdoberfläche
Vulkanite: Laven und Pyroklastika (z.B.
Basalt-Lava, Rhyolith-Tuff)
Entstehung meist relativ oberflächennah
Wurzelzonen der Vulkane
Subvulkanische Gesteine,
meist Gänge und kleinräumige Intrusiva
Entstehung in einigen Kilometern Tiefe
innerhalb der Erdkruste
Plutonite (z. B. Gabbro, Granit)
Sedimentite
Klastische Sedimente und Sediment-gesteine
(z. B. Sand, Sandstein)
Entstehung an oder nahe der Erdoberfläche
durch Verwitterung, Erosion, Transport,
Ablagerung und Diagenese
Biogene Sedimente und Sedimentgesteine
(z.B. Globigerinenschlamm, die meisten
Kalksteine, Kohlen)
Pyroklastische Sedimente
(z. B. vulkanische Aschen, Lapilli, Bomben)
Chemische Sedimente
(z. B. Salzgesteine, Tropfsteinkalk)
Metamorphite
Entstehung in größeren Tiefen der Erdkruste
(<10- >20km),
in Ausnahmefällen
bis in den Mantelbereich
Para-Gesteine, aus Sedimenten entstanden
(z.B. Paragneis, Glimmerschiefer, Marmor)
Ortho-Gesteine, aus Magmatiten entstanden
(z.B. Orthogneis, Ortho-Amphibolit)
Gefügemerkmale der Gesteinsgruppen:
Magmatite
Plutonite
Vulkanite
richtungslos
porphyrisch
Sedimente
Metamorphite
geschichtet
geschiefert
körnig
Blastese
6
zu MINERALE und GESTEINE 2:
Einführung Minerale
Die Systematik der Minerale
nach STRUNZ: Mineralogische Tabellen. 6 Auflage (1977)
I. Klasse:
II. Klasse:
III. Klasse:
IV. Klasse:
V. Klasse:
VI. Klasse:
VII. Klasse:
VIII. Klasse:
IX. Klasse:
Elemente
Sulfide und Arsenide
Halogenide
Oxide und Hydroxide
Karbonate, Nitrate und Borate
Sulfate, Chromate, Molybdate und Wolframate
Phosphate, Arsenate und Vanadate
Silikate
Organische Substanzen
Häufigkeit der Elemente in der kontinentalen Erdkruste
Element
Symbol
Wertigkeit
Gew.-%
Vol.-%
Sauerstoff
O
2-
46.6
93.8
Silizium
Si
4+
27.7
0.9
Aluminium
Al
3+
8.1
0.5
Eisen
Fe
2+, 3+
5.0
0.4
Calcium
Ca
2+
3.6
1.0
Natrium
Na
1+
2.8
1.3
Kalium
K
1+
2.6
1.8
Magnesium
Mg
2+
2.1
0.3
Titan
Ti
4+, 3+
0.44
Wasserstoff
H
1+
0.14
Total
99.08
(aus Okrusch & Matthes, 2005, Mineralogie)
7
100
Durchschnittzusammensetzung der Erde
SiO2
Al2O3
TiO2
FeO + Fe2O3
MnO
MgO
CaO
Na2O
K2O
H2O
CO2
Total
Erdmantel*
[Gew %]
45.1
4.6
8.4
38.1
3.1
0.4
0.02
99.72
ozeanische Kruste §
[Gew %]
48.6
16.5
1.4
8.5
0.2
6.8
11.3
2.6
0.4
1.1
1.4
98.8
kontinentale Kruste §
[Gew %]
60.2
15.2
0.7
6.3
0.1
3.1
5.5
3.0
2.8
1.4
1.2
99.5
* Pyrolit, nach Ringwood, 1975
§
nach Ronov & Yaroshevsky, 1969
Mineralbestand der Erdkruste
(aus Okrusch & Matthes, 2005, Mineralogie, nach Ronov & Yaroshevsky, 1969)
Plagioklas
Alkalifelspat
Quarz
Pyroxene
Amphibole
Olivin
Glimmer
Tonminerale
Calcit, Aragonit, Dolomit
Magnetit, Titanomagnetit
Sonstige (Granat, Disthen, Andadalusit, Sillimanit, Apatit, usw.)
39 Vol.-%
12 Vol.-%
12 Vol.-%
11 Vol.-%
5 Vol.-%
5 Vol.-%
3 Vol.-%
4 Vol.-%
2 Vol.-%
2 Vol.-%
5 Vol.-%
100 Vol.-%
8
Einteilung der Silikate
Gruppe
Anion
Tetraederanordnung
Verhältnis
Si : O
Beispiel
Neosilikate
= Inselsilikate
isolierte Tetraeder
[SiO4]4-
1:4
Olivin: (Mg,Fe)2[SiO4]
Sorosilikate
= Gruppensilikate
Doppeltetraeder
[Si2O7]6-
2:7
Gehlenit:
Ca2Al[(Si,Al)2O7]
Cyclosilikate
= Ringsilikate
ringförmiger
Zusammenschluss von
3, 4 oder 6 Tetraedern
1:3
Beryll:
Be3Al2[Si6O18]
Inosilikate
= Kettensilikate
bzw.
1-dimensional
unendliche
Tetraederkette bzw.
[Si2O6]4-
1:3
Pyroxene:
(Ca,Mg,Fe)2[Si2O6]
= Bändersilikate
Doppelkette
[Si4O11]6-
4 : 11
Amphibole:
(Ca,Mg,Fe)7[Si8O22](OH)2
Phyllosilikate
= Schichtsilikate
2-dimensional
unendliche
Tetraederschichten
[Si4O10]4-
2:5
Glimmer,
z.B. Muskovit:
K2Al4[Si6Al2O20](OH)4
Tektosilikate
= Gerüstsilikate
3-dimensional
unendliches
Tetraedergerüst
[SiO2]±0
[(Si,Al)O2]-x
1:2
Quarz: SiO2
Alkalifeldspat:
(Na,K)AlSi3O8
[Si3O9]6[Si4O12]8[Si6O18]12-
9
zu MINERALE und GESTEINE 3
A)
-
Diagnostische Eigenschaften von Mineralen
Optische Eigenschaften
1) Farbe
Bei idiochromatischen (eigengefärbten) Mineralen konstant, daher als Bestimmungsmerkmal
verwendbar, z.B. Olivin: grün
Bei allochromatischen (fremdgefärbten) Mineralen durch Verunreinigungen (in Spuren) verursacht,
z.B. Quarz: farblos, weiß, violett, gelb, dunkelbraun
2) Strichfarbe
Pulverfarbe eines Minerals. Ist viel charakteristischer zur Mineralbestimmung als die Mineralfarbe.
Farbe und Strichfarbe sind häufig nicht identisch.
3) Glanz
Art und Intensität , mit der das Licht von der Oberfläche eines Minerals reflektiert wird.
Unterscheidung von metallischem und nichtmetallischem Glanz.
Typen von Glanz:
• Metallglanz:
• Diamantglanz
• Glasglanz:
• Fettglanz:
• Perlmuttglanz:
• Seidenglanz:
Erze, z.B. Pyrit, Hämatit
z.B. bei Quarz auf Kristallflächen
z.B. bei Quarz auf Bruchflächen
z.B. Aragonit von Muscheln, weist auf Lagenbau der Minerale
z.B. Asbest, weist auf Faserbau der Minerale
4) Durchsichtigkeit
Durchlässigkeit des Lichts:
• durchsichtig: z.B. Quarz, Calcit, Biotit
• durchscheinend:
z.B. Feldspat
• opak (undurchsichtig, lässt kein Licht durch, auch nicht in dünnen Schichten): z.B. Magnetit, Pyrit
B)
Festigkeitsverhalten
5) Härte
Tabelle 1.1. Mohs´sche Härteskala, Ritzhärte (nach dem Mineralogen Friedrich Mohs 1812).
Relative Skala!
HärteGrad
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
StandardMineral
Talk
Gips
Calcit
Fluorit
Apatit
Orthoklas
Quarz
Topaz
Korund
Diamant
chemische Formel
Eigenschaften, Prüfkörper
Mg6[Si8O20](OH)4
CaSO4 * 2 H2O
CaCO3
CaF2
Ca5(PO4)3Cl
KAlSi3O8
SiO2
Al2SiO4 (F)2
Al2O3
C
leicht mit dem Fingernagel ritzbar
mit dem Fingernagel ritzbar
leicht mit Messer ritzbar
mit dem Messer ritzbar
noch mit dem Messer ritzbar
ritzen Fensterglas
ritzen Fensterglas
ritzen Fensterglas
ritzen Fensterglas
ritzen Fensterglas
10
6) Tenazität
Verhalten eines Minerals beim Zerbrechen, Ritzen oder Biegen: spröde, mild, schneidbar,
geschmeidig (duktil), elastisch, unelastisch
7) Spaltbarkeit, Bruch
Spaltbarkeit: Eigenschaft eines Minerals sich bei mechanischer Beanspruchung nach ebenen
Flächen zu teilen oder spalten
Maß der Spaltbarkeit
Bezeichnung
Abkürzung
Beispiel
höchst vollkommen
hv
Glimmer
sehr vollkommen
sv
Calcit
vollkommen
v
Feldspat
deutlich
d
Gips
unvollkommen
uv
Quarz
Bruch: Unregelmäßiges Zerbrechen eines Minerals
Beispiel: muscheliger Bruch beim Quarz
8) Dichte
Exakte Bestimmung z.B. nach der hydrostatischen Methode (Wägung in Luft und in Flüssigkeit)
Grobe Abschätzung durch Test wie schwer sich ein Mineral anfühlt.
sehr hohe Dichte
hohe Dichte
mittlere Dichte
niedrige Dichte
D>6
D=4-6
D=2.8-4
D<2.8
g/cm3
g/cm3
g/cm3
g/cm3
11
Bleilanz (PbS)
Schwerspat (BaSO4)
Flußspat (CaF2)
Steinsalz (NaCl)
C)
Kristallgestalt
Die 7 Kristallsysteme
Habitus
Gesamtbild eines Minerals, d.h. in welchen Proportionen ein Mineral ausgebildet ist
12
Tracht
Gesamtheit aller am Kristall auftretenden Flächen
D)
Paragenese
Gesamtheit der nebeneinander vorkommenden (und somit im Gleichgewicht stehenden)
Mineralarten (bei gleichen Bedingungen gebildet).
(1) magmatische Bildungen
(2) sedimentäre Bildungen
(3) metamorphe Bildungen
13
zu MINERALE und GESTEINE 4+5
Minerale der Magmatite 1+2
Spinelle
Allgemeine Formel: AB2O4
Fe3O4
FeCr2O4
MgAl2O4 - FeAl2O4
A=Mg, Fe2+, Mn2+, Zn
B=Al, Fe3+, Cr3+
(2-wertiges Metall)
(3-wertiges Metall)
Magnetit magnetisch, oft oktaedrisch, schwarz, Mohs=6,
Frühkristallisat
Chromit
Spinell – Hercynit
Kristallsystem: kubisch
Mischkristalle, Diadochie, ionische Substitution
Eigenschaften siehe Bestimmungstabellen
Olivin
(Mg,Fe)2SiO4
Inselsilikat = Neosilikat (isolierte SiO4 Tetraeder)
Mg2SiO4 – Forsterit
Fe2SiO4 – Fayalit
Die beiden Endglieder bilden eine lückenlose Mischkristallreihe ((Mg,Fe)2SiO4)
kristallisieren bei hohen T direkt aus Schmelzen (Erstkristallisat)
(aus Matthes 2001)
14
Kristallsystem: orthorhombisch
Ausbildung: selten gut ausgebildete Kristallflächen, meist körnig (gesteinsbildend)
Bruch: muschelig; keine Spaltbarkeit
Glanz: Glasglanz, etwas fettig
Farbe: Je nach Zusammensetzung gelblich bis dunkelgrün
Härte: 7 (oft geringer infolge Serpentinisierung)
Pyroxene
(Ca,Mg,Fe)2Si2O6
Kettensilikat = Inosilikat (Einfachkette) = Zweier-Einfachkette
Anion: [Si2O6]4Ca2Si2O6 gibt es in der Natur als Pyroxen nicht
(aus Markl 2004)
Orthopyroxene (OPX, orthorhombisch):
(Mg,Fe)2Si2O6
Klinoyroxene (CPX, monoklin):
(Ca,Mg,Fe)2Si2O6
Orthopyroxene [Opx]:
Mg2(Si2O6) - Enstatit
(Mg,Fe)2(Si2O6) - Hypersthen, Bronzit
Fe2(Si2O6) - (Ortho)ferrosilit
Klinopyroxene [Cpx]:
CaMg(Si2O6) - Diopsid;
CaFe2+(Si2O6) - Hedenbergit
Ca(Mg,Fe2+,Fe3+,Al)[(Si,Al)2O6] - Augit
15
Ausbildung: prismatische Kristalle mit quadratischem, meist achtseitigem Querschnitt
Bruch: zwei gute Spaltbarkeiten im Winkel von nahezu 90°
Farbe: dunkelbraun bis schwarz (Augit, Hypersthen bis Orthoferrosilit),
grün bis schwarzgrün (Diopsid bis Hedenbergit bis Augit, Jadeit bis Omphacit),
weiß (Diopsid, Jadeit)
Härte: 5 – 6
Dichte: 3.1 – 3.5
Vorkommen: magmatisch (Diopsid, Augit, Opx, Ägirin); metamorph (Diopsid–Hedenbergit, Opx,
Jadeit, Ägirin)
Amphibol-Gruppe
Allgemeine Formel: A0–1X2Y5[(Si,Al)8O22](OH,F,Cl)2
mit A = K, Na
X = Na, Ca, Mg, Fe2+, Mn
Y = Mg, Fe2+, Mn, Fe3+, Al, Ti
Bändersilikat, Doppelkettensilikat
Orthoamphibole:
(Mg,Fe2+)7(Si8O22)(OH)2
- Anthophyllit – Grünerit Reihe
Klinoamphibole:
(Na,K)0–1(Ca,Na)2(Mg,Fe2+,Mn,Fe3+,Al,Ti)5 (Al0.5–2.0Si7.5–6.0O22)(OH)2
Ca2(Mg,Fe2+)5(Si8O22)(OH)2
- Tremolit– Aktinolith
- Cummingtonit
(Mg,Fe2+)7(Si8O22)(OH)2
Na2(Mg,Fe2+)3Al2(Si8O22)(OH)2
- Glaukophan, Riebeckit
Kristallsystem:
Orthoamphibole = orthorhombisch (Klasse mmm)
Klinoamphibole = monoklin (Klasse 2/m)
16
- Hornblende
Ausbildung: prismatische Kristalle mit meist sechseckigem Querschnitt; oft auch nadelig oder
faserig
Bruch: zwei gute Spaltbarkeiten im Winkel von 56° bzw. 124°
Farbe: dunkelbraun oder dunkelgrün bis schwarz (Hornblende), grün bis schwarzgrün (Aktinolith),
weiß (Tremolit), blau bis schwarzblau (Glaukophan, Riebeckit), grau (Anthophyllit)
Härte: 5 – 6
Dichte: 2.9 – 3.2
Vorkommen: magmatisch (Hornblende, Riebeckit); metamorph (Hornblende, Tremolit, Aktinolith,
Anthophyllit, Cummingtonit, Glaukophan, Riebeckit)
Vergleich Spaltwinkel Pyroxene und Amphibole (aus Matthes 2001)
17
Ionenradien
Ionenradien der wichtigsten in der Natur auftretenden Elemente sowie einigerSpurenelemente. Die Ionenradien sind in Å
–8
[1Å = 10 cm] für oktaedrische Koordination angegeben mit Ausnahme der durch„*“ (achtfache Koordination) und „**“
(tetraedrische Koordination) gekennzeichneten Werte. Der für das Sulfidion S2– angeführte Radius ist problematisch, weil
die in der Natur vorkommenden Sulfidminerale in der Bindung zwischen Metall und Sulfid einen hohen Anteil an
kovalenter Bindung aufweisen. Die in der Graphik ausgewiesenen prozentualen Anteile an ionarer Bindung gelten für die
2–
Bindung der Kationen an das Sauerstoffanion O ; der Anteil an Ionenbindung ist umso höher, je größer das Kation und
je niedriger seine Ladung sind. Kationen wie Al3+ treten in Mineralen in verschiedenen Koordinationszahlen auf. Die
höhere Koordination entspricht einer größeren Lücke zwischen den Anionen: das Kation beansprucht mehr Platz.
aus Stosch et al., 2003
18
Das Konzentrationsdreieck
(1) A=0,
B=0,
C=100
(2) A=25,
B=75,
C=0
(3) A=35,
B=15,
C=50
Zur graphischen Darstellung von Gemengen aus 3 verschiedenen Gemengteilen (oder
"Komponenten") in der Ebene verwendet man das Dreieckskoordinatensystem. Hierbei
werden die 3 Komponenten A, B und C an den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks
("Konzentrationsdreieck") dargestellt: Jede Ecke des Dreiecks repräsentiert 100 % der
jeweiligen Komponente
Beispiel 1: Das Gemenge (1) besteht aus C=100 % sowie A=0 % und B=0 %.
Auf den Dreiecksseiten liegen die darstellenden Punkte von den Gemengen, die aus jeweils 2
Komponenten bestehen
Beispiel 2: Das Gemenge (2) besteht aus A=25 % und B=75 % sowie C=0 %.
Bei Gemengen aus 3 Komponenten steigt jeweils der Anteil einer Komponente auf Parallelen von
der gegenüberliegenden Dreiecksseite (auf der Seite AB ist z. B. C=O %) zu der entsprechenden
Ecke hin an (bei C ist C=100 %); der Anteil (bzw. die Koordinate) dieser Komponente kann an den
Schnittpunkten mit den beiden anderen Dreiecksseiten abgelesen werden.
Beispiel 3: Beim Gemenge (3) ist der Anteil von C=50 %, entsprechend ergibt sich für A=35 % und
für B=15 %. Für die Summe der 3 Komponenten muss sich stets 100 % ergeben: A + B + C = 100.
19
zu MINERALE und GESTEINE 6
Minerale der Magmatite 3
Schichtsilikate = Phyllosilikate
20
Dioktaedrische Besetzung: Verknüpfung durch Al3+, 2 von 3 möglichen Oktaederplätze besetzt
Trioktaedrische Besetzung: Verknüpfung durch Mg2+: alle 3 möglichen Oktaederplätze besetzt
Zwei Möglichkeiten die Schichten miteinander zu verbinden:
a) 2-Schicht-Struktur: eine Tetraeder und eine Oktaederschicht: TO
b) 3-Schicht-Struktur: zwei Tetraeder und eine Oktaederschicht: TOT
2-Schicht-Strukturen:
Beispiel 1: Serpentin Gruppe
Mg6[Si4O10](OH)8
trioktaedrisch, d001=7 Å
Mg2+ ist etwas zu groß für die Tetraederschichten Æ Biegung der TO Schichten
Unterscheidung der Serpentine in:
a) Chrysotil (Asbest), fasrig
b) Antigorit, blättrig
Beispiel 2: Kaolinit
Al4[Si4O10](OH)8
(Tonmineral)
dioktaedrisch, d001=7 Å ohne Wasser, (9.8 Å mit Wasser)
3-Schicht-Strukturen:
Mg6[Si8O20](OH)4
Beispiel 1: Talk
trioktaedrisch, d001=9.3 Å
Beispiel 2: Pyrophyllit
dioktaedrisch, d001=9.3 Å
Al4[Si8O20](OH)4
Glimmer (3-Schicht-Strukturen)
d001=10 Å
a) Muskovit K2Al4[Si6Al2O20](OH)4
dioktaedrisch, abgeleitet von Pyrophyllit:
Al4[Si8O20](OH)4 Æ (2Si4+ Æ 2Al3+ + 2K+) Æ K2Al4[Si6Al2O20](OH)4
b) Biotit K2(Mg,Fe2+)6[Si6Al2O20](OH)4
trioktaedrisch, abgeleitet von Talk über Phlogophit:
Æ (2Si4+ Æ 2Al3+ + 2K+)
Æ K2Mg6[Si6Al2O20](OH)4 (Phlogophit)
Mg6[Si8O20](OH)4
2+
2+
Æ (Mg Æ Fe )
Æ K2(Mg,Fe2+)6[Si6Al2O20](OH)4 (Biotit)
weiterhin Substititution von (Mg2+,Fe2+) Æ (Fe3+, Al3+) auf Oktaederplätze, gekoppelt mit Fe3+, Al3+
auf Tetraederplätzen als Ladungsausgleich
21
Eigenschaften
Monoklin (Bt, Ms)
Ausbildung: oft tafelige, pseudohexagonale Kristalle, blättrig bis schuppig
Spaltbarkeit: vollkommen, parallel zu den Schichten
Härte: 2-3
Glanz: Perlmuttglanz auf Spaltflächen
Farbe: dunkelgrün, braun bis schwarz
Æ Biotit
farblos (hell)
Æ Muskovit (Hellglimmer)
Gerüstsilikate = Tektosilikate
Quarz, SiO2
Gerüstsilikat (Tektosilikat)
Quarz: zweithäufigstes Mineral der Erdkruste
zwei Quarzpolymorphe:
Tiefquarz (α-Qz, Tieftemperaturquarz) - Hochquarz (β-Qz,
Hochtemperaturquarz)
Eigenschaften:
Kristallsystem: trigonal (α-Qz), hexagonal (β-Qz)
variable Ausbildung:
- säulig, prismatisch, 6-eckiger Querschnitt und Dachflächen
- körnig, ohne eigene Kristallform
Bruch: keine Spaltbarkeit, muscheliger Bruch
Glanz: auf Kristallflächen: Glasglanz; auf Bruchflächen Fettglanz
Farbe: in Gesteinen meist farblos, glasig
Härte: 7
Varietäten:
Farbvarietäten:
• Bergkristall
• Amethyst
• Rosenquarz
• Rauchquarz
• Citrin
• Milchquarz
= klare, gut ausgebildete Kristallflächen
= violett (Spuren von Fe3+ , ± Ti, + ionisierende Strahlung)
= rosa, grobkristallin, (geringe Ti- oder Mn-Gehalte)
= gelb - braun - fast schwarz (ionisierende Strahlung)
= gelblich (feinstverteiltes Fe-Hydroxid, ionisierende Strahlung)
= milchig-trüb, Fluideinschlüsse
mikro-kryptokristalline Varietäten
• Chalcedon
= faserig
• Achat
= lagig gebändertes Aggregat aus Chalcedon;
• Karneol
= roter Chalcedon (Färbung durch Eisenoxide)
22
feinkörnige Varietäten:
• Feuerstein, Flint, Chert = feinkörnig, Konkretion oder lagige Abscheidung in Kalk
• Jaspis = mikrokristallin, feinkörnig, makroskopisch derb,
braun oder rot gefärbt durch Hämatitabscheidung
Andere SiO2 Polymorphe:
• Coesit: Anzeiger für Ultrahochdruck-Metamprphose
• Stishovit: Bildung bei Meteoriteneinschlägen
• Tridymit, Cristobalit: können in vulkanischen Gesteinen
vorkommen
Opal:
SiO2 * nH2O
amorphe, glasartige dichte Massen
Bestehen teilweise aus geordneten, dicht gepackten Kugeln (die entweder auch amorph sind oder
aus fehlgeordneten Cristobalit oder Tridymit bestehen
Farbenspiel entsteht durch Reflexion an Kugelpackungen
23
zu MINERALE und GESTEINE 7
Minerale der Magmatite 4
Feldspäte (ca. 50% der Erdkruste)
Gerüstsilikate
KAlSi3O8
NaAlSi3O8
CaAl2Si2O8
Kalifeldspat: Orthoklas (Or)
Albit (Ab)
Anorthit (An)
Diese drei Komponenten bilden in beschränktem Maße Mischkristalle :
• Ab-Or
Alkalifeldspäte (nur bei hohen T)
• Ab-An
Plagioklase
• keine Mischkristalle zwischen Or und An !!
24
Alkalifeldspat Endglieder:
Je nach strukturellem Zustand, d.h. Ordnungsgrad von Al und Si (durch Bildungstemperatur und
Abkühlungsgeschwindigkeit beeinflusst), unterscheidet man:
Kalifeldspat:
Sanidin = Hochtemperatur-Feldspat; Al und Si sind ungeordnet; Kristallsystem = monoklin (Klasse
2/m); meist K > Na, sollte infolge der fehlenden Entmischung zumindest partienweise klar
durchsichtig sein; in schnell abgekühlten Vulkaniten zu finden
Mikroklin = K > Na; Tieftemperatur-Alkalifeldspat; Kristallsystem = triklin (Klasse 1); Al und Si
weitgehend geordnet; in Plutoniten und Metamorphiten; Amazonit ist grüner Mikroklin;
Orthoklas = K > Na; Al und Si sind teilweise geordnet; Kristallsystem = morphologisch monoklin
(Klasse 2/m), strukturell eigentlich triklin; gebildet bei mittleren Temperaturen oder aus Sanidin bei
langsamer Abkühlung entstanden; in Plutoniten und Metamorphiten
Adular ist ein meist hydrothermal gebildet und oft wasserklarer KAlSi3O8
Natriumfeldspat:
Monalbit = Hochtemperatur (>1000°C), monoklin, Al/Si ungeordnet, Na+ Ion schwingt so stark,
dass es ein größeres Ion vortäuscht.
Analbit = zwischen 1000 und 500°C, triklin, Al/Si ungeordnet, Na schwingt weniger Æ Si/Al Gerüst
klappt um
Albit = triklin, Al/Si geordnet
Mischkristalle der Alkalifeldspäte
vollständige Mischbarkeit zwischen Ab und Or nur bei hohen Temperaturen, während der
Abkühlung Entmischung in Na-reiche und K-reiche Feldspäte
Perthit = Beim langsamen Abkühlen entstandener, entmischter Kristall eines ursprünglich
homogenen, K-reichen Alkalifeldspats: Matrix (Wirt) = Orthoklas oder Mikroklin, Lamellen oder
Adern (Gast) = Albit
Antiperthit = wie Perthit, jedoch aus einem ursprünglich Na-reichen homogenen Alkalifeldspat
entstanden: Matrix = Albit, Lamellen oder Adern = Orthoklas oder Mikroklin
Mesoperthit = wie Perthit, aber aus einem Ausgangskristall mit Na ≈ K entstanden
25
Plagioklase
Mischkristalle zwischen Albit und Anorthit (Kristallsystem = triklin). Der Name der einzelnen
Mischkristallglieder richtet sich nach dem Gehalt an Anorthitkomponente (An):
Albit
Oligoklas
Andesin
Labradorit
Bytownit
Anorthit
0 – 10 Mol.% An
10 – 30 Mol.% An
30 – 50 Mol.% An
50 – 70 Mol.% An
70 – 90 Mol.% An
90 – 100 Mol.% An
Zwillingsbildung bei den Plagioklasen:
Plagioklase bilden Zwillinge (gesetzmäßige Verwachsung zweier Mineralindividuen gleicher Art
und Ausbildung). Dabei werden viele dünne Zwillinge nebeneinander abgeschieden.
Æ polysynthetische Zwillinge (einzelne „Scheiben" sind im Vergleich zur Länge sehr dünn)
Diese dichte Wiederholung feinster Linien, die wie mit dem Lineal gezogen sind, ist das wichtigste
Erkennungsmerkmal für Plagioklase.
Die Streifen der polysynthetischen Verzwilligung sind immer eng und exakt parallel. Sie haben
keine Eigenfarbe und sie sind nur auf den spiegelnden Flächen zu sehen.
Unterscheidung zu den perthitischen Entmischungen:
Perthitische Entmischungen in den Alkalifeldspäten haben immer eine Eigenfarbe, sind nie so
gerade und eher kurz. Die hellen Spindeln dort sind Albit in Alkalifeldspat Æ zwei Feldspäte mit je
eigener Farbe ineinander.
Polysynthetische Zwillinge dagegen sind Strukturen innerhalb eines Feldspats.
Entmischungen in Alkalifeldspäten können in jeder Lage des Handstücks erkannt werden,
die Plagioklaszwillinge nur in Reflexionsstellung.
Æ eigentlich unverwechselbar
polysynthetischer Zwilling
26
Allgemeine Kennzeichen der Feldspäte:
Kristallsystem:
Ausbildung:
Bruch:
Härte:
monoklin oder triklin (siehe oben)
gut ausgebildete Kristalle sind selten; sie haben eine prismatische oder
tafelige Form
zwei gute Spaltbarkeiten; Winkel nahezu 90°
6
Farbe: farblos bis weiß, rötlich (Alkalifeldspäte, hervorgerufen durch feinste
Hämatitabscheidungen), Plagioklas, Mikroklin und Orthoklas meist undurchsichtig; durch
Einschlüsse und orientierte Entmischungen etc., auch Farbschiller (Mondstein, Labradorit)
Farbverteilung bei Feldspäten:
Faustregel: Von zwei Feldspäten ist der Alkalifeldspat meist kräftiger gefärbt (rötliche, gelbliche
oder braune Farbtöne), die sie begleitenden Plagioklase sind in der Regel blasser.
Zwillinge: (gesetzmäßige Verwachsung zweier Mineralindividuen gleicher Art und
Ausbildung). Zwillingsbildungen sind weit verbreitet; Zwillinge nach den Karlsbader,
Manebacher bzw. Bavenoer Gesetzen bei allen Feldspäten auftretend;
polysynthetische Zwillingslamellen nach dem Albit-Gesetz und dem Periklingesetz
Plagioklasen
Karlsbader Zwilling
Vorkommen: häufigstes Mineral in der Erdkruste; in den meisten Vulkaniten und Plutoniten; in
Metamorphiten; auch Neubildung bei der Diagenese
Verwendung: in der keramischen Industrie (Porzellan, Glasuren)
Bestimmungsmerkmale von Plagioklas und Kalifeldspäten (nach Vinx, 2005)
Farben
Zwillinge
Entmischung
Alteration
Orthoklas,
Mikroklin
ziegelrot, blassrot,
weiß, grau, gelblich, braun,
orange, grün,
blass bläulich
nur einfache Zwillinge aus 2
ca. gleich großen Individuen,
oft unregelmäßige
Verwachsungsnähte
Sanidin
Plagioklas
farblos transparent, gelblich
weiß, rauchig getönt
perthitische Entmischung
häufig, Lamellierung
unebenflächig, subparallel
weitgehend unempfindlich
gegen Alteration, z.T.
Kaolinitisierung
keine Entmischung
weiß, grau, farblos,
grauviolett, braunviolett,
graubraun, blassbläulich,
gelb, selten rot, grünlich (s.u.)
polysynthetische Zwillinge
= Viellinge in lamellarer
Anordnung, Lamellierung
geradlinig-parallel, daneben
einfache Verzwilligung,
in Metamorphiten z.T. nicht
verzwillingt
keine Entmischung
makroskopisch sichtbar
nur einfache Zwillinge aus 2
ca. gleich großen Individuen
z.T. Kaolinitisierung
27
oft grünliche
Sekundärbildungen: Verlust
von Spaltbarkeit und
Zwillingslamellierung, oft
verstärkt im Kernbereich
zu MINERALE und GESTEINE 8
Minerale der Magmatite 5
Ergänzende Minerale
Foide (Feldspatvertreter)
Nephelin NaAlSiO4 (meist eher Na3K(AlSiO4)4)
Kristallsystem: hexagonal (Klasse 6)
Ausbildung: In Vulkaniten oft gut ausgebildete Kristalle, (hexagonale Prismen ergeben
sechseckige oder rechteckige Schnittfiguren); in Plutoniten meist ohne Kristallflächen
Glanz: Glasglanz, fettig (wie Quarz)
Härte: 5 – 6
Bruch: sehr unvollkommene Teilbarkeit, muscheliger Bruch
Farbe: grau, grünlich, bräunlich, rötlich
Vorkommen: magmatisch; vertritt Albit bei SiO2-Untersättigung
Leucit KAlSi2O6
Kristallsystem: Hochtemperaturmodifikation: kubisch (Klasse m3m), Tieftemperaturmodifikation:
tetragonal (Klasse 4/m).
Es liegen Paramorphosen von tetragonalem Tief-Leucit nach kubischem Hoch-Leucit vor.
Ausbildung: fast immer Ikositetraeder (24-Flächner), auch „Leucitoeder“ genannt (siehe
Abbildung); es ergeben sich achteckige und „rundliche“ Querschnitte
Härte: 51/2 – 6
Farbe: weiß bis grau
Bruch: keine Spaltbarkeit, muscheliger Bruch
Vorkommen: vulkanisch, subvulkanisch
Analcim NaAlSi2O6*H2O
eigentlich ein Zeolithmineral, nimmt aber oft die Rolle eines Feldspatvertreters ein
Kristallsystem: kubisch
Ausbildung: oft Ikositetraeder (24-Flächner), siehe Leucit;
Farbe: weiß bis grau, rötliche, grünliche Tönung
Glanz: Glasglanz
Härte: 5 – 5.5
Bruch: keine Spaltbarkeit, unebener, muscheliger Bruch
Vorkommen: vulkanisch, gesteinsbildend in basaltischen, phonolitischen Gesteinen zusammen mit
Nephelin oder anderen Foiden
28
Sodalithgruppe Feldspatvertreter mit den Gliedern:
Sodalith
Nosean
Hauyn
Lasurit
Na8(AlSiO4)6 Cl2
Na8(AlSiO4)6 (SO4)
(Na,Ca)8–4(AlSiO4)6 (SO4)2–1,
(Na,Ca)8 (AlSiO4)6 (S,SO4,Cl),
Merkhilfe:
(6 NaAlSiO4 * 2 NaCl)
(6 NaAlSiO4 * Na2SO4)
die begrenzte Mischkristallbildung aufweisen
Kristallsystem: kubisch (Klasse 43m)
Ausbildung: in Vulkaniten oft gut ausgebildet, in Plutoniten derb
Glanz: Glasglanz bis Fettglanz
Härte: 5 – 6
Farbe: Sodalith, Hauyn farblos bis tiefblau; Nosean meist grau,trüb,
auch bräunlich
Bruch: Spaltbarkeit wechselnd deutlich in 6 Richtungen, auch uneben
Vorkommen: Nosean, Hauyn nur in Alkalivulkaniten und entsprechenden Auswürflingen; Sodalith
in Alkaliplutoniten und entsprechenden Pegmatiten, in Alkalibasalten
Zeolith-Gruppe
Gerüstsilikate, die chemisch mit Feldspäten und Feldspatvertretern verwandt sind, zusätzlich
jedoch H2O enthalten (Na, K, Ca, Al, Si, H2O). Oft bilden sich Zeolithe bei der tieftemperierten
Umwandlung von Feldspäten und Foiden.
Nach der Kristallform unterscheidet man:
Faserzeolithe (z.B. Natrolith (rhombisch, Klasse mm2)),
Blätterzeolithe (z.B. Heulandit (monoklin, Klasse 2/m)),
Würfelzeolithe (z.B. Chabasit (trigonal, Klasse 3m))
Vorkommen: hydrothermal, sedimentär und metamorph (nur bei tiefen Temperaturen)
Verwendung: synthetisch hergestellte Zeolithe spielen als Ionenaustauscher („Molekularsieb“), als
Katalysatoren und als Adsorbentien in der Petroleumindustrie eine wichtige Rolle;
29
Oxide
Rutil TiO2
Kristallsystem: tetragonal (Klasse 4/mmm)
Ausbildung: stängelige Kristalle, manchmal
verzwillingt (Kniezwillinge, Herzzwillinge);
Streifung auf den Flächen
Härte: 6 – 61/2
Bruch: eine mäßig gute Spaltbarkeit
Farbe: (rot)braun bis schwarz
Glanz: halbmetallisch
Dichte: 4.2
Vorkommen: metamorph; detritisch in Sedimenten (Schwermineral)
Verwendung: wichtiger Rohstoff (v.a. Rutil aus Seifenlagerstätten) für die Gewinnung des
Leichtmetalls Ti; reines TiO2 als weißes Pigment (Farbenindustrie)
Korund Al2O3
Kristallsystem: trigonal (Klasse 3m)
Ausbildung: tafelige bis säulige Kristalle mit
sechseckigem Querschnitt; oft tonnenförmig
Härte: 9
Bruch: keine Spaltbarkeit; infolge Zwillingsbildung tritt
jedoch oft eine rhomboederartige Teilbarkeit auf
Farbe: oft grau bis weiß; rot (Varietät Rubin, Cr), blau
(Varietät Saphir, Fe,Ti); manchmal auch grünlich
Dichte: 4.0
Vorkommen: metamorph
Verwendung: Rubin und Saphir als Edelsteine; Korund als Schleifmittel, in der Feuerfestindustrie;
viel Korund wird synthetisch hergestellt
Hämatit Fe2O3 (isotyp mit Korund), auch Eisenglanz genannt
Kristallsystem: trigonal (Klasse 3m)
Ausbildung: oft schuppige Massen (Eisenglimmer); blättrige Kristalle, die zu Rosetten aggregiert
sein können; manchmal auch faserig in radialstrahligen Aggregaten („Roter Glaskopf“); derb
Härte: 61/2
Bruch: keine Spaltbarkeit, aber eine Teilbarkeit (wie Korund)
Farbe: rotbraun bis schwarz
Strichfarbe: rot bis rotbraun
Glanz: metallisch bis matt
Dichte: 5.3
Vorkommen: metamorph; in hydrothermalen Gängen
Verwendung: wichtiges Eisenerz
Ilmenit FeTiO3
Kristallsystem: trigonal (Klasse 3)
Ausbildung: tafelige Kristalle oder derb
Farbe: schwarz (violetter Farbstich)
Strichfarbe: schwarz;
Glanz: metallisch bis halbmetallisch
Härte: 51/2 – 6
Dichte: 4.7
Vorkommen: magmatisch, metamorph
Verwendung: als Rohstoff zur Herstellung von TiO2 (weißes Pigment) und Ti
30
zu MINERALE und GESTEINE 9
Magmatische Gesteine 1
Einteilung der magmatischen Gesteine durch die CHEMISCHE ZUSAMMENSETZUNG
FELSISCH
–
SiO2:
66 wt%
INTERMEDIÄR
–
MAFISCH
52 wt%
aus Tarbuck & Luttgens, EARTH, 2005
31
-
ULTRAMAFISCH
45 wt%
zu MINERALE und GESTEINE 10+11
Magmatische Gesteine 2+3
Klassifikation der magmatischen Gesteine nach Streckeisen
basiert auf dem modalen Mineralbestand in Vol% (= vorhandene, beobachtbare Mineralbestand)
Gabbro: An > 50%
Diorit: An < 50%
M=90%
32
Einteilung der plutonischen Ultramafitite
M>90
33
Streckeisennomenklatur der Vulkanite
Andesit:
SiO2 > 52 Gew.%
Basalt:
SiO2 < 52 Gew.%
Vulkanische Ultramafitite, M > 90
Melilithe
Mischkristallreihe zwischen:
Akermanit Ca2[MgSi2O7]
und
Gehlenit Ca2[Al2SiO7]
Durch gekoppelte Substitution von
Ca+Al ↔ Na+Si ergibt sich die allgemeine
Zusammensetzung der Melilithe:
(Ca,Na)2[(Mg,Al,Si)3O7]
34
Abgeschätzte Häufigkeit magmatischer Gesteine nach Streckeisen, 1967
35
CIPW Norm (Cross, Iddings, Pirsson & Washington):
Wegen der Feinkörnigkeit (und der Glasanteile) von Vulkaniten kann der modale Mineralbestand
nicht immer ermittelt werden
Æ Berechnung eines normativen (hypothetischen) Mineralbestands (CIPW Norm)
aus einer chemischen Analyse (z.B. EMPA, RFA, ICP) nach genau festgelegten Regeln.
Diese errechneten Mineralanteile werden dann benutzt um das Gestein zu klassifizieren (QAPF
Diagramm, Basalt Tetraeder)
TAS Diagramm (Total Alkali vs Silica), nach LeMaitre 1989
innerhalb gepunkteter Linie liegen mehr als 50% aller zugänglichen Gesteine.
chemische Zusammensetzung (Gew%) auf volatil-freier Basis
36
IUGS Feldnomenklatur
Plutonite
Vulkanite
QAPFM Diagramm (aus Vinx, 2005)
37
Basaltische Gesteine
Basalt Tetraeder (Yoder und Tilley, 1962)
Basalt ist nicht nur der am meisten verbreitete Gesteinstyp, basaltisches Magma nimmt
auch eine Schlüsselrolle für die Entstehung anderer magmatischer Gesteine ein
Æ magmatische Differentiation, Bowen's Kristallisationsschema
Basalte sind eine so große Gesteinsgruppe, dass sie noch feiner unterteilt werden.
Gliederung nach dem normativen (berechneten) Mineralbestand (CIPW-Norm)
Normminerale: Quarz (Qz), Nephelin (Ne), Olivin (Ol), Klinopyroxen Diopsid (Cpx Di),
Orthopyroxen Hypersten (Opx Hy), Plagioklas (Albit-Komponente Ab)
Zwei Haupttypen von Basalten
normativ
modal
tholeiitische Basalte:
Qz-Tholeiite (rechts)
Ol-Tholeiite (Mitte)
Hyp
2 oder 3 Pyroxene:
diopsidischer Cpx + Opx und/oder
Ca-armer Cpx (Pigeonit)
[+ Plagioklas]
Alkali(-Olivin)-Basalte
Ne
1 Pyroxen: diopsidischer Cpx
[+ Plagioklas]
(links)
Trotz möglicher Normminerale wie Qz oder Ne oder Hy :
die beiden Hauptgemengteile der Basalte sind stets (Ca-reicher) Plagioklas und
(diopsidischer) Clinopyroxen !!
38
MINERALE und GESTEINE 12
Ganggesteine, Pegmatite, Restkristallisate
Ganggesteine
1. Aplite:
sehr feinkörnig - feinkörnig
gleichkörnig
allotriomorph (zuckerkörnig)
bis hypidiomorph
helle Minerale: Quarz, Ab-reicher Plagioklas,
Alkalifeldspat
Muttergesteine: Granite, Granodiorite, Syenite, Diorite, Foidgabbros.
Aplitgänge gehören zur Spätphase magmatischer Intrusionen
Genese: Aplite sind Spätkristallisate (kristallisierte Restschmelzen). Das aplitische Gefüge spricht
für schnelle und gleichzeitige Kristallisation seiner Minerale. Als Ursache der schnellen
Kristallisation wird die plötzliche Druckentlastung in Dehnungsfugen angesehen
39
2. Lamprophyre
dunkle Gesteine
Einsprenglinge mafischer Minerale. Bt, Amp
variantenreich
unterschiedliche Bildungsbedingungen (noch nicht richtig
verstanden)
Einfluß einer fluiden Phase: H2O, CO2, S, P2O5
(Volatilanreicherung)
Pegmatite
grob – riesenkörnige Plutonite
Spätkristallisate von Granitoiden (Restschmelzen)
Anreicherung an Fluiden und inkompatiblen
Elementen
meist normale granitische Minerale: Alkalifeldspat,
Plagioklas, Quarz, Glimmer, (Turmalin)
treten in Gängen oder im Deckenbereich von
Plutonen auf
meist zonare Anordnung mit Qz im Zentrum
Pegmatitgang, Mursinka, Ural,
Gangbreite ca 2m
aus Matthes 2001
40
pegmatitisch 600-500°C
Schmelze
-
pneumatolytisch
500-400°C
Gasphase (überkrit.)
-
hydrothermal
400-100°C
wässrige Lösung (unterkrit.)
Pegmatitische Bildungen
Neben Quarz
Mikroklin (-perthit)
± Albit
Muskovit
± Biotit
z.T. auch Li-Minerale, wie Lepidolith + Zinnwaldit (Li Glimmer), Spodumen
P-Minerale, wie Apatit (Ca5[PO4]3(F,OH,Cl)), Monzanit (Ce[PO4])
F-Minerale wie Topas (Al2SiO4(F,OH)2), Fluorit (CaF2)
B-Minerale wie Turmalin (NaMg3Al6[Si6O18](BO3)3(OH)4)
Be-Minerale wie Beryll (Al2Be3[Si6O18]
Pneumatolytische Bildungen
Zinnstein
(SnO2)
Wolframit
(Fe,Mn)WO4
Molybdänglanz MoS2
Topas
Turmalin
Hydrothermale Bildungen
Kupferglanz
Kupferkies
Bleiglanz
Zinkblende
Cu2S
CuFeS2
PbS
ZnS
41
zu MINERALE und GESTEINE 14
Pyroklastika
Pyroklastische Gesteine (Pyroklastika, Pyroklastite)
Lockere Pyroklastite werden zusammenfassend als Tephra (griech. Asche) bezeichnet.
Verfestigte Pyroklastite werden zusammenfassend als vulkanische Tuffe bezeichnet
Die weitere Einteilung erfolgt nach der Fragmentgröße
Fragmentgröße
> 64 mm Ø
64 – 2 mm Ø
< 2 mm Ø
lockere Pyroklastite
Blöcke, Bomben
Lapilli
Asche
verfestigte Pyroklastite
Blocktuff (pyroklastische Breccie)
Lapillituff (Lapillistein)
Aschentuff (Tuff i. e. S.)
Klassifizierung pyroklastischer Festgesteine
nach Fragmentgröße:
nach der Art der Komponenten:
nach Füchtbauer & Müller (1970)
nach Pettijohn (1957)
Umwandlung von lockeren Pyroklastika zu festen Gesteinen durch:
- Zusammenschweißen der noch heißen Fragmente (Æ welded Tuff)
- nachträgliches Verkitten der Fragmente durch Quarz, Calcit, Zeolithe, etc.
Ignimbrite:
Ablagerungen von Glutlawinen
Bims:
aufgeblähte, hochporöse und glasig erstarrte Lava(fetzen)
Tuffite:
umgelagerte Pyroklastika mit mehr als 50% Zumengung von Fremdgestein.
42
zu MINERALE und GESTEINE 15
Sedimente 1
Schichtung: Folge von Gesteinslagen die sich
a) in ihrer Zusammensetzung
und / oder
b) in der Korngröße unterscheiden:
1) Horizontalschichtung
Schichten spiegeln Änderungen im Ablagerungsmilieu
wieder.
Folge von dünnen Lagen: laminierte Schichtung
Bsp: hell – dunkel Schichtung in Gletscherseen
Æ Warven
Gradierte Schichtung (allmähliche Änderung der
Korngröße)
unten: grobe Partikel
oben: feine Partikel
2) Schrägschichtung
Wechsel der Transportrichtung
Æ Flüsse; Wattenmeer, Dünen
Einteilung der Sedimente nach unterschiedlichen Bildungsbedingungen
klastische Sedimente
chemisch-biogene Sedimente
biogene, organogene
chemische Sedimente
Sedimente
Konglomerate
Breccien
Sandsteine
(Arkosen, Grauwacken)
Siltstein
Tonstein
Verwitterung, Abtragung
bestehender Gesteine,
Transport, Ablagerung,
Verfestigung
Karbonate
kieselige Sedimente (Cherts)
Phosphate
Kohle
Karbonate
kieselige Sedimente
Evaporite
Fe-reiche Sedimente
Organismen sind beteiligt
chemische Fällung von Mineralen
43
Minerale der Sedimente 1
SiO2 Modifikationen
Quarz
Chalcedon
Opal
SiO2
SiO2
SiO2*nH2O
mikrokristalliner, faseriger Qz
amorph, geringe Dichte
Feldspäte:
Orthoklas (K-Fsp)
Albit (Na-Fsp)
Anorthit
KAlSi3O8
NaAlSi3O8
CaAl2Si2O8
Glimmer:
Muskovit
Tonminerale:
K2Al4[Si6Al2O20](OH)4
Schichtsilikate
Verschiedene Tonmineralgruppen (2-Schicht, 3 Schicht, Di-oktaedrisch, Tri-oktaedrisch)
sehr feinkörnig, (<2µm), Tonminerale sind mit bloßem Auge oder mikroskopisch nicht
unterscheidbar. Unterscheidung erfolgt meist röntgenographisch
Kaolinit
Al4[Si4O10](OH)8
Di-oktaedrisch, 2-Schicht
alternierende Schichten aus SiO4 Tetraedern und Al(O,OH)6 Oktaedern
Sehr wichtiges technisches Mineral:
- zur Herstellung von Papier (Füllmittel)
- Porzellanherstellung: sehr reiner Kaolinit zur Herstellung von weißem Porzellan
Montmorillonit
bzw.
(Na,Ca)x(Al,Mg)4[Si8O20](OH)4 * nH2O
(Na,Ca0.5)xMgxAl4-x[Si8O20](OH)4 * nH2O
Durchschnitt: x=0.7
Di-oktaedrisch, 3-Schichtsilikat,
Na, Ca, H2O zwischen TOT Schichten (SiO4 Tetraeder und Al,Mg(O,OH)6 Oktaeder)
kann unterschiedliche Mengen H2O einbauen Æ mehrere Schichten H2O zwischen TOT
Æ innerkristalline Quellung
Illit
K1-1.5Al4[Si7-6.5Al1-1.5O20](OH)4
Di-oktaedrisch, 3-Schichtsilikat,
"schlechte" Glimmer, dem Muscovit ähnlich aber mit K und Al Defizit
Übergang Tonmineral – Glimmer
Hydro-Muskovit
(H3O+,K)2Al4[Si6Al2O20](OH)4
+
Substitution von K durch H3O+
44
Oxide, Hydroxide
Hämatit
Fe2O3
stahlgrau – rotbraun - schwarz
hohe Dichte, roter Strich
halbmetallischer – metallischer Glanz
Limonit Minerale:
Goethit
α-FeOOH
Lepidokrokit
γ-FeOOH
Bauxit Minerale:
Gemenge aus folgenden Mineralen
Gibbsit
Böhmit
Al(OH)3
α-AlOOH
Diaspor
γ-AlOOH
"Nadeleisenerz", kann mit Hämatit verwechselt werden,
Unterscheidung:
gelb-brauner Strich
gelbbraun – dunkelbraun oder schwarz
"Rubinglimmer", weniger häufig als Goethit
Bauxit = weich, gelb-brauner Strich durch FeOOH
Verunreinigung
weich (H=2.5-3.5)
hart (H=6.5-7), relativ dicht (D=3.4), sehr gute
Spaltbarkeit, Glasglanz
relativ weich (H=3-4), oft mikrokristallin
Karbonate
Calcit Gruppe:
Calcit
CaCO3
geringe Härte (H=3); perfekte Spaltbarkeit (Rhomboeder),
braust mit kalter, verdünnter HCl
farblos, weiß, gelblich - rötlich
Magnesit
MgCO3
härter als Cc (H=4-5); perfekte Spaltbarkeit (Rhomboeder),
braust nicht mit verdünnter HCl
weiß, gelblich, bräunlich
kann massiv, dicht ausgebildet sein Æ porzellanartig
Siderit
FeCO3
hohe Dichte (D=4); perfekte Spaltbarkeit (Rhomboeder)
hell-dunkelbraun
braust mit warmer, verdünnter HCl
relativ geringe Härte (H=3.5-4)
Dolomit Gruppe
Dolomit
CaMg(CO3)2
Aragonit Gruppe
Aragonit
CaCO3
perfekte Spaltbarkeit (Rhomboeder),
braust nicht mit verdünnter HCl (nur wenn gemahlen)
weiß, gelblich – rötlich
kann leicht mit Calcit verwechselt werden
orthorhombisch, pseudohexagonale Ausbildung
relativ geringe Härte (H=3.5-4)
braust mit kalter, verdünnter HCl; farblos, weiß, gelblich
kann leicht mit Calcit verwechselt werden, hat aber nicht die
rhomboedrische Spaltbarkeit
45
zu MINERALE und GESTEINE 16
klastische Sedimente
Klastische Sedimente entstehen durch mechanische Ablagerung von detritischen Körnern oder
Gesteinsfragmenten, die durch verwitterungsbedingten Zerfall und Erosion aus älteren Gesteinen
freigesetzt worden sind und/oder aus Mineralneubildungen, die bei der Verwitterung entstanden
sind.
Prozesse zur Bildung klastischer Sedimente
1. Verwitterung
2. Erosion / Abtragung
3. Transport der
Einzelkörner/Klasten
4. Sedimentation, Ablagerung
5. Diagenese, Verfestigung
aus Press, Siever, Grotzinger & Jordan (2003)
Verwitterungsprozesse und ihre Produkte
1. Physikalische Verwitterung
Æ mechanische Zerkleinerung
2. Chemische Verwitterung
Æ Lösung, Mineralneubildung,
Verwitterungsrest
3. Biologisch-chemische Verwitterung
aus Open University, S260, Block 2, Earth Materials (1999)
46
Frühkristallisate (Ol, An, Pyr, Hbl, Bt) sind besonders anfällig für chemische Verwitterung
(Æ umgekehrtes Bowen Schema)
Neubildung von Mineralen: Fe-Oxide, AlHydroxide, Qz, Tonminerale
Reaktionen sind pH-Wert abhängig.
Beispiele
Saures Milieu (pH<7):
• K-Feldspat Æ Muskovit Æ Kaolinit Æ Gibbsit
•
Plagioklas Æ Montmorillonit
• Hämatitbildung durch Verwitterung und
Oxidation von mafischen Mineralen
Basisches Milieu (pH>7):
• Bildung von Bauxit aus Aluminosilikat
(Lösung von Alkalien und SiO2)
Klassifizierung klastischer Sedimente
1. Korngröße
2. Mineralogie
3. Bindemittel
zu 1) Korngröße
Übersicht der klastischen Sedimente nach Korngrößen (aus Rothe, 2002)
weitere Kriterien: Rundungsgrad, Sortierung, Gradierung
47
Bilder zur visuellen Abschätzung der Kornrundung, Sortierung und Gradierung
Kornrundung:
nach Open University, S260, Block 2, Earth Materials (1999)
Kornsortierung:
Gradierung:
Klastische Sedimentgesteine (nach Korngröße und –form klassifiziert)
Konglomerate: verfestigte Kiese und Schotter aus überwiegend rundlichen (>50%) Mineralund Gesteinsbruchstücken (>2 mm), schlecht sortiert, Matrix kann sandig-siltig-tonig sein.
Breccien: bestehen hingegen aus überwiegend eckigen Komponenten > 2 mm, schlecht
sortiert. Sie sind i.d.R. schneller abgelagert als Konglomerate.
Sandsteine (0.063-2 mm): bestehen überwiegend aus Quarzkörnern (neben Feldspäten und
Gesteinsbruchstücken). Die Körner sind noch mit blossem Auge erkennbar.
Siltsteine (0.063-0.002 mm) stellen eine Übergangsgruppe dar. Die kleinen Körner werden meist
als Schwebfracht transportiert. Die Körner lassen sich noch mit der Lupe erkennen, beim
unverfestigten Sediment lassen sich Körner beim Zerreiben zwischen den Fingern spüren.
Tonsteine (<0.002 mm) bestehen überwiegend aus Tonmineralen. Auch mit dem Mikroskop
lassen sich die Körner nicht mehr auflösen, beim Zerreiben von Ton sind die Mineralkörner nicht
zwischen den zu Fingern spüren.
48
zu 2) Mineralbestand
Quarz = Hauptmineral in Sandsteinen (Quarzsandsteinen). Helle Glimmer (Muskovit) sind
ebenfalls häufig (Glimmersandsteine). Sandsteine mit Glaukonit (grünes, z.T.: körnig
vorkommendes Schichtsilikat) nennt man Glaukonitsandsteine.
Arkosen: Sandsteine mit mehr als 25% Feldspatgehalt (oft zu Tonmineralen umgewandelt); oft
rötlich gefärbt, z. T. schlecht sortiert und bestehen aus eckigen Körnern.
Grauwacken: meist graue bis dunkelgraue, oft schlecht sortierte Sandsteine mit hohem
Matrixanteil, wobei die eckigen bis subangularen (beginnende Kantenrundung) Körner in der
größtenteils tonigen Matrix schwimmen.
Eines von vielen unterschiedlichen
Diagrammen zur mineralogischen
Klassifizierung von Sandsteinen
(aus Matthes, 2001)
Nomenklatur der klastischen Sedimente mit karbonatischem Anteil
49
Übergänge zwischen Kalken und Tonen und deren technische Verwendung
zu 3) Bindemittel
Bindemittel zwischen den Körnern werden durch Prozesse der Diagenese (Zementation) gebildet
und bestimmen zu einem großen Teil die Härte des Gesteines.
Körner
Quarz
Bindemittel
SiO2 (Zement)
Gestein
Quarzsandstein
Quarz
CaCO3
(Zement oder Matrix)
Fe2O3, FeOOH (Zement
oder Matrix)
Kalksandstein
Eisenschüssiger
Sandstein
Ton (Matrix)
Toniger Sandstein
Quarz
Quarz
Drucklösung, Anwachssäume, sehr
harte Gesteine
Test mit HCl
rötliche Sandsteine, Häutchen von
Hämatit um Quarzkörner, Fe-Gehalte
aber gering (<1%)
Matrix in erster Linie nicht klastisch,
Illit-Kaolinit-Neubildungen, oft porös,
wenig fest, Körner abreibbar
Matrix: Körner <30 µm
Sonstiges
Dendriten im Sandstein: keine Fossilien, sondern anorganische Ausfällungen von Eisenoxid / hydroxid (braun) und/oder Manganoxid / -hydroxid (schwarz)
Weitere Eigenschaften zur Klassifizierung von klastischen Sedimenten
- verschiedene Schichtungsgefüge (Parallel-, Schrägschichtung, Gradierung) Æ geben Hinweise
zur Interpretation des Ablagerungsraumes.
- können Fossilien führen (Muscheln, Gastropoden, Crinoiden oder Brachiopoden und
Mikrofossilien).
Verschiedene Lebensspuren (Ichnofossilien), Sedimentstrukturen (Rippelmarken, Trockenrisse
etc.) oder auch Konkretionen (Toneisenstein-K.) kommen vor.
50
zu MINERALE und GESTEINE 17+18
Minerale d. Sedimente 2 + chem.-biogene Sedimente
Chloride
Halit
NaCl
kubisch
farblos, weiß, kann gefärbt sein: rötlich, bläulich, gelblich
Glasglanz
sehr gute würfelige Spaltbarkeit, sehr weich (H=2.5)
geringe Dichte (D=2.1-2.2 g/cm3),
salziger Geschmack, löslich in H2O
kann mit Sylvin verwechselt werden, hat aber einen weniger
bitteren Geschmack,
Sylvin
KCl
kubisch
farblos, weiß, kann gefärbt sein: rötlich, bläulich, gelblich
Glasglanz
sehr gute würfelige Spaltbarkeit, sehr weich (H=2),
geringe Dichte (D=2.0 g/cm3),
bitter-salziger Geschmack, löslich in H2O
kann mit Halit verwechselt werden, hat aber einen bitteren
Geschmack
Sulfate
wasserfreie Sulfate
Baryt
BaSO4
Anhydrit
CaSO4
wasserhaltige Sulfate
Gips
CaSO4 * 2H2O
orthorhombisch
weiß – grau, gelblich
Glasglanz, Perlmutterglanz
hohe Dichte (D=4.5 g/cm3)
gute Spaltbarkeit, oft tafelige Form
Härte=3-3.5
orthorhombisch
weiß - grau, häufig bläulich, rötlich
Glasglanz, Fettglanz, Perlmutterglanz
relativ dicht (D=3-3.5 g/cm3)
gute Spaltbarkeit (würfelähnlich),
oft massig, körnig, selten gut ausgebildete Kristalle
Härte=3-3.5
monoklin
farblos, weiß, gelblich
Glasglanz, Perlmutterglanz
sehr weich (H=2)
3 sehr gute Spaltbarkeiten
Phosphate
Apatit
Ca5[PO4]3(F,OH,Cl)
Unterscheidung in
Fluor-, Hydro- und Chlorapatit
hexagonal
viele unterschiedliche Farben: farblos, grünlich, gelblich, rötlich
Strich: weiß
Fettglanz auf muscheligem Bruch, keine ausgeprägte
Spaltbarkeit
Härte=5,
im Handstück oft schwierig zu identifizieren
51
Chemisch - biogene Sedimente
zu Minerale und Gesteine 15
Chemisch – biogene Sedimente entstehen entweder auf anorganischem Wege durch Ausfällung
von gelöstem Material oder unter Mitwirkung von Organismen
Chemische Sedimente
(Ausfällungsgesteine)
Karbonatgesteine
Kieselige Sedimente
Evaporite (u.a. Salzgesteine)
sedimentäre Eisenerze
Biogene Sedimente
Karbonatgesteine
Kieselige Sedimente
Phosphatische Gesteine
Kohle
Ölschiefer
Karbonatgesteine
vorwiegend anorganisch gebildet
Kalksinter (Kalktuff, Travertin, Tropfsteine)
Kalkoolith
vorwiegend organisch gebildet
Korallenkalk
Muschelkalk
Foraminiferenkalk
Kalkschlamm (verfestigt zu Kalkstein)
Anorganisch gebildete Karbonatgesteine
Von maßgeblicher Bedeutung für die Bildung kalkiger Ablagerungen ist das
Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht:
CO2 + H2O = H2CO3 (Kohlensäure) = H+ + HCO3CaCO3 (fest) + CO2 + H2O <-> Ca(HCO3)2 (gelöst)
Dieses Gleichgewicht wird vor allem von der
Wassertemperatur und dem Druck, aber auch
durch Pflanzenaktivität (Photosynthese) bestimmt.
T-Erhöhung Æ Löslichkeitserniedrigung
P-Erhöhung Æ Löslichkeitserhöhung
aus Correns (1968)
52
Spezielle Karbonatgesteine:
anorganisch gebildete Karbonatgesteine
Kalksinter: Oberbegriff für festländische Kalksteinbildungen (Süßwasserkalk):
Kalktuff, Travertin, Tropfsteine
Kalktuff : poröser, wenig fester Kalkstein (überwiegend calcitisch, bei heißen Quellen auch
Aragonitausscheidung). Kalkausscheidung durch Temperaturerhöhung oder Druckentlastung
Travertin: poröse, aber feste Quellauscheidung von Kalkstein (schleif- und polierfähig).
Bei einigen Typen u.U. nachträgliche, diagenetische Ausfüllung der Poren von Kalktuff mit
Kalkzement
Tropfsteine: Säulenartige oder vorhängeähnliche Karbonatausscheidungen in Höhlen,
Kalkausscheidung durch Temperaturerhöhung (Verdunstung) oder Druckentlastung. Meist
calcitisch, in Dolomitgebirgen aber auch dolomitisch.
Oolithe (Rogensteine): Gesteine, die aus einzelnen Ooiden aufgebaut sind.
Ooide: massive Kügelchen (wenige mm groß), die lagig konzentrisch aufgebaut sind, rund oder
oval, mit Kristallisationskern, Ausfällungen von Aragonit (Genese noch nicht völlig geklärt, u.U.
durch Mikroorganismen. Später oft in Calcit umgewandelt und radialstrahlig, Entstehung im sehr
flachen Bewegtwasser.
Rauhwacke: poröses Karbonatgestein
Æ Hohlräume entstanden durch Auflösung von
evaporitischen Mineralen: Salze wie Anhydrit, Gips, Steinsalz. Æ Lösungshohlräume sind oft
eckig
Dolomit: Beim Dolomit wird 50% des Ca durch Mg ersetzt (CaMg(CO3)2; Dolomitisierung).
Dolomit ist meist eine sekundäre Bildung, Ca-Austausch durch Mg im Meer- oder Porenwasser
Æ schwachbraune bis gelbliche Sedimente mit hoher Porosität (Porenraumerweiterung durch
Volumenverkleinerung: Dichte von Dolomit (ca. 3.0 g/cm3) ist höher als von Calcit (um ca 10%))
Mit verdünnter Salzsäure (10%) brausen diese Gesteine schwächer als andere Karbonate.
organisch gebildete Karbonatgesteine
Mineralogie: Calcit, Aragonit
Viele Organismen bilden Schalen aus Aragonit, nicht aus Calcit (z.B. Schnecken, Ammoniten,
Korallen)
Fossilien führende Kalksteine: Korallenkalk, Muschelkalk, Ammonitenkalk etc.
Dichter Kalkstein: verdichteter, mariner Kalkschlamm: Mikroorganismen oder Reste (Detritus)
größerer, höherer Organismen. Schalenreste können völlig zertrümmert sein oder bei
diagenetischer Umkristallisation (z.B. Aragonit Æ Calcit) zur Unkenntlichkeit verwischt worden
sein.
Plattenkalk: dünnschichtiger Kalkstein, Schichten können plattenartig abgenommen werden
53
Kieselige Sedimente
vorwiegend anorganisch gebildet
Kieselsinter
Flint, Feuerstein
vorwiegend organisch gebildet
Kieselgur (verfestigt zu Diatomit)
Radiolarit (verfestigt zu Kieselschiefer)
Lydit (schwarzer Kieselschiefer)
Mineralogie:
Opal: SiO2 * nH2O, ca. 10% Wasser, hart (6-7), muscheliger Bruch, amorph, instabil
Æ Umwandelung in Chalcedon (mikrokristalliner Quarz)
Zwei Haupttypen von kieseligen Bildungen:
1. Gebankte kieselige Bildungen: primäre Ablagerung opal-produzierender Organismen
(Radiolarien, Diatomeen) am Meeresboden oder in Seen (Gesteine: ‘Kieselschiefer’, Radiolarite,
Lydite, Diatomite).
Kieselgur / Diatomeenerde: verfestigter, aber wenig komprimierter Diatomeenschlamm.
(Süßwasserablagerungen), hochporös, Dichte <1 g/cm3
2. Knollige kieselige Bildungen (Feuersteine, Flint) sind hingegen diagenetische, konkretionäre
Bildungen.
SiO2 wird bei erhöhtem pH im Porenwasser gelöst und an anderer Stelle wieder um einen Keim
herum ausgefällt.
Löslichkeit von SiO2 in Wasser bei 25°C
aus Tucker, Sedimentary Petrology (2001)
54
Salzgesteine (Evaporite)
Marine Evaporite
Zu den Salzgesteinen gehören Bildungen aus leicht löslichen Mineralen wie Gips, Halit, Sylvin,
Carnallit, Kieserit, etc. (Zusammensetzungen siehe Tabelle), die durch rein chemische Fällung aus
dem Meerwasser entstanden sind.
Hauptbestandteile des Meerwassers bei 35‰ Salzgehalt (aus Correns, 1968)
Kationen
Na+
K+
Mg2+
Ca2+
Sr2+
g/kg
10.750
0.390
1.295
0.416
0.008
Anionen
ClBrSO42HCO3BO33-
g/kg
19.345
0.065
2.701
0.145
0.027
Durch Eindunstung von Meerwasser (35‰ Salzgehalt) werden die folgenden Minerale bzw.
Gesteine nacheinander ausgefällt (Ausfällungsreihe):
1.
2.
3.
4.
Karbonate (Kalk, Dolomit), CaCO3, CaMg(CO3)2
Gips* und Anhydrit, CaSO4*2H2O, CaSO4
Steinsalz* , NaCl
Edelsalze (Na, Mg, K-Wasser-Mischsalze, z.B: Sylvin, Carnallit, Kieserit, Polyhalit)
Salzabscheidung bei vollständiger Evaporation einer 1000 m mächtigen Meerwassersäule (nach
Zeil, 1990):
Salz
Mg-Sulfate und -Chloride
K-Sulfate und -Chloride
NaCl
CaSO4
CaCO3
Gesamt
Mächtigkeit (m)
2.40
0.40
12.40
0.50
0.05
15.75
55
Terrestrische Evaporite
Die chemische Zusammensetzung der terrestrischen Oberflächenwasser unterscheidet sich im
Gesamtsalzgehalt, als auch Verhältnis der gelösten Ionen vom Meerwasser. Da die im Süßwasser
gelösten Ionen in erster Linie aus Verwitterungslösungen von magmatischen, metamorphen und
sedimentären Gesteinen stammen, sind kontinentale Salzabscheidungen stark von den im
Einzugsgebiet anstehenden Gesteinen abhängig.
wesentliche Ionen im Süßwasser: Ca2+, HCO3-, SO42-
Klassifikation der Evaporite:
Die Gesteine werden in erster Linie aufgrund ihres Mineralbestands unterschieden:
Bsp: Steinsalz, Gips, Anhydrit
56
Minerale der metamorphen Gesteine
SiO2 Minerale
Quarz
Coesit
Minerale und Gesteine 20+21
SiO2
SiO2
Hochdruck-Polymorph (P>25 kbar)
Feldspäte
Anorthit
Albit
Orthoklas / Kalifeldspat
CaAl2Si2O8
NaAlSi3O8
KAlSi3O8
Plagioklas
Alkalifeldspat
Pyroxene
OPX
Enstatit
Hypersthen
Ferrosilit
Mg2[Si2O6]
(MgFe)2[Si2O6]
Fe2[Si2O6]
CPX
Diopsid
Hedenbergit
Jadeit
Ägirin
Omphazit
CaMg[Si2O6]
CaFe[Si2O6]
NaAl[Si2O6]
NaFe[Si2O6]
(Na,Ca)(Mg,Fe,Al)[Si2O6]
Diopsid
enthält oft Fe
Kristallsystem:
Ausbildung:
Bruch:
Härte:
Glanz:
Farbe:
CaMg[Si2O6]
Æ Diopsid – Hedenbergit Mischungsreihe
monoklin (Klasse 2/m)
stänglige Kristalle; auch körnig und dicht,
uneben, teils faserig wirkend; zwei Spaltbarkeiten mit ca 90°
5–6
Glasglanz, (bei faserigen Aggregaten Seidig)
grau – blassgrün - dunkelgrün
Omphazit
(Na,Ca)(Mg,Fe,Al)[Si2O6]
Mischung aus Jadeit und Augit.
Farbe
grün
Typisches Mineral in Eklogit (Hochdruckgestein)
Wollastonit
Kettensilikat
Kristallsystem:
Ausbildung:
Bruch:
Härte:
Glanz:
Farbe:
Vorkommen:
Verwendung:
CaSiO3
(3er Einfachkette), kein Pyroxen
monoklin (Klasse 2/m)
oft nadelige Kristalle, die zu feinfaserigen Aggregaten vereint sein
können; auch körnig und derb
splitterig, faserig, zwei sehr gute Spaltbarkeiten mit ca 90°
4.5 – 5, oft schwer bestimmbar
Glasglanz, auch perlmuttartig; bei faserigen Aggregaten Seidenglanz
durchscheinend weiß bis leicht gefärbt
in kontaktmetamorphen Kalken; selten vulkanisch (z.B. Vesuv)
v.a. Rohstoff für die Feuerfestindustrie
Kann mit Tremolit verwechselt werden
57
Amphibole
Tremolit
Aktinolith
Hornblende
Glaukophan
Ca2Mg5[Si8O22](OH)2
Ca2(Mg,Fe)5[Si8O22](OH)2
Ca2(Mg,Fe,Al)5[(Si,Al)8O22](OH)2
Na2(Mg,Fe2+)3Al2[Si8O22](OH)2
Tremolit
Ausbildung:
Bruch:
Härte:
Glanz:
Farbe:
Ca2Mg5[Si8O22](OH)2
prismatisch, stengelig, nadelig
splitterig, faserig, zwei sehr gute Spaltbarkeiten (ca 120°)
5-6
Glasglanz auf Kristallflächen, Seidenglanz wenn faserig
durchscheinend weiß, grau, grünlich
Aktinolith
(Strahlstein)
Ausbildung:
Bruch:
Härte:
Glanz:
Farbe:
Ca2(Mg,Fe)5[Si8O22](OH)2
prismatisch, stengelig, nadelig
splitterig, faserig, zwei sehr gute Spaltbarkeiten (ca 120°)
5-6
Glasglanz auf Kristallflächen, Seidenglanz
hell- bis dunkelgrün
Glaukophan
Na2(Mg,Fe2+)3Al2[Si8O22](OH)2
Ausbildung:
Bruch:
prismatisch, stengelig-körnig, nadelig, faserig
splitterig, faserig, zwei sehr gute Spaltbarkeiten (ca 120°)
Farbe:
blau – blaugrau - schwarzblau
Æ Hochdruckmineral
58
Schichtsilikate
Serpentin
Mg6[Si4O10](OH)8
strukturelle Varianten: Antigorit, Lizarit, Chrysotil,
Kristallsystem:
monoklin, trigonal, orthorhombisch
Antigorit (Blätterserpentin)
Ausbildung:
Kristalle meist sehr feinkörnig; mikrokristalline, makroskopisch dichte
Aggregate;
Bruch:
muschelig, splitterig
Härte:
3-4
Farbe:
grünlich, gelblich, in dichten Massen auch schwarz bis schwarzgrün
Glanz:
matt, fettig
Chrysotil (Faserserpentin, Chrysotil-Asbest)
Ausbildung:
faserige Aggregate
Bruch:
faserige Spaltbarkeit
Farbe:
weiß, gelblich-grünlich
Glanz:
matt, seidig (Aggregate)
Vorkommen:
Verwendung:
metamorph; bildet oft nahezu monomineralische Gesteine (Serpentinite)
Serpentinite als Schottermaterial; die Verwendung von Chrysotilasbest ist in
der EG bis Ende 2007 noch sehr eingeschränkt erlaubt;
Pyrophyllit
Al4[Si8O20](OH)4
Talk
Kristallsystem:
Ausbildung:
Mg6[Si8O20](OH)4
monoklin (Klasse 2/m)
tafelige Kristalle; oft blättrige bis schuppige Aggregate; auch dichte Massen
(= Speckstein)
eine sehr gute Spaltbarkeit; schuppt beim Reiben ab
1
Perlmutterglanz
weiß bis lichtgrün
metamorph
in der Papierindustrie (Füllmaterial), Kosmetikindustrie, als Schmiermittel,
Bruch:
Härte:
Glanz:
Farbe:
Vorkommen:
Verwendung:
59
Kristallsystem:
Ausbildung:
Bruch:
Farbe:
Härte:
Dichte:
Vorkommen:
Mg6[Si8O20](OH)4 * 6Mg(OH)2
= Mg12[Si8O20](OH)16
MgÆFe2+, MgÆAl3+ + SiÆAl3+
Chlorit allg. (Mg,Fe,Al)12(Si,Al)8O20(OH)16
monoklin (Klasse 2/m)
tafelige bis blättrige Kristalle
eine vollkommene Spaltbarkeit (wie Glimmer)
grün bis schwarz
2 – 2.5
2.6 – 3.3
metamorph; sedimentär
Muscovit
K2Al4[Al2Si6O20](OH)4
Biotit
K2(Mg,Fe)6[Al2Si6O20](OH)4
Prehnit
Schichtsilikat
Kristallsystem:
Ausbildung:
Ca2Al2[Si3O10](OH)2
Chlorit
Bruch:
Glanz:
Farbe:
Härte:
Dichte:
Vorkommen:
Rutil
Kristallsystem:
Ausbildung:
Härte:
Bruch:
Farbe:
Glanz:
Strich:
Dichte:
Verwendung:
orthorhombisch
tafelig, oft gekrümmt, meist zu fächerförmigen oder hahnenkammartigen oder kugeligen Gruppen vereint
uneben; gute Spaltbarkeit
Glasglanz, Fettglanz
farblos, gelblich-grünlich,
6-6.5
2.9
schwach metamorph, sekundäre Bildung in Blasenhohlräumen und Klüften
TiO2
tetragonal (Klasse 4/mmm)
stängelig, nadelig
6 – 6.5
eine mäßig gute Spaltbarkeit
(rot)braun bis schwarz
halbmetallisch
gelb-braun
4.2
wichtiger Rohstoff (v.a. Rutil aus Seifenlagerstätten) für die Gewinnung des
Leichtmetalls Ti; reines TiO2 als weißes Pigment (Farbenindustrie)
60
Aluminosilikate
Andalusit
Kyanit / Disthen
Sillimanit
Al2SiO5
Al2SiO5
Al2SiO5
Inselsilikate
Wichtige Mineralgruppe für metamorphe Gesteine. Die drei verschiedenen Polymorphe von
Al2SiO5 sind bei unterschiedlichen, für die Metamorphose relevanten P-T Bedingungen stabil
(siehe Phasendiagramm).
In Al2SiO5-führenden Gesteinen tritt in
der Regel nur jeweils ein Al-Silikat auf; es
gestattet Rückschlüsse auf die bei der
Entstehung (Metamorphose)
herrschenden P–T-Bedingungen.
Andalusit
Kristallsystem:
Ausbildung:
Bruch:
Glanz:
Farbe:
Härte:
Dichte:
orthorhombisch (Klasse mmm)
lang- dicksäulige Kristalle mit viereckigem (quadratisch oder
rautenförmig) Querschnitt, der oft ein dunkles Kreuz aufweist (= Varietät
Chiastolith)
auch massige oder strahlig-stengelige Aggregate
schlechte Spaltbarkeit
Glasglanz, etwas fettig; oft jedoch auch trüb
grau bis graublau, weiß, rötlichgrau bis rosa; Oberfläche der Kristalle oft
mit Muskovit überzogen
7.5 (meist niedriger infolge Umwandlung)
3.2
Chiastolith:
Anreicherung von kohligen
Verunreinigungen in bestimmten
Sektoren des Kristalls
61
Disthen / Kyanite (kyanos (griech.) = blau)
Kristallsystem:
triklin (Klasse 1)
Ausbildung:
Kristalle sind oft breitstängelig bis leistenförmig, linealartig, meist ohne
Endflächen
Bruch:
fasriger Bruch; eine sehr gute Spaltbarkeit
Glanz:
Glasglanz, Perlmutterglanz; kantendurchscheinend - durchsichtig
Farbe:
weiß bis blau, meist scheckig
Härte:
Anisotropie der Härte: längs = 4, quer = 6.5 – dadurch praktisch
unverwechselbar (Disthen: Dis = zwei, Sthenos = Stärke (griech.))
Dichte:
3.6
Vorkommen:
oft zusammen mit Staurolith und Almandin
Sillimanit
Kristallsystem:
Ausbildung:
Bruch:
Glanz:
Farbe:
Härte:
Dichte:
orthorhombisch (Klasse mmm)
stängelige bis kleinnadelige Kristalle; auch faserige, filzige Aggregate (=
Varietät Fibrolith), dann nur mikroskopisch erkennbar
eine Spaltbarkeit
Seidenglanz
weiß bis grau, selten auch gelbgrau
6 bis 7
3.2
Granate
Pyralspit-Gruppe (lückenlos mischbar)
Pyrop
Mg3Al2Si3O12
Almandin
Fe3Al2Si3O12
Spessartin
Mn3Al2Si3O12
Ugrandit-Gruppe (lückenlos mischbar)
Uvarovit
Ca3Cr2Si3O12
Grossular
Ca3Al2Si3O12
Andradit
Ca3Fe2Si3O12
Die Mischbarkeit zwischen Pyralspit- und Ugrandit-Gruppen ist begrenzt
Inselsilikate
Kristallsystem:
Ausbildung:
Glanz:
Farbe:
Härte:
Bruch:
kubisch (Klasse m3m)
oft gut ausgebildete Kristallflächen: Rhombendodekaeder {110},
Ikositetraeder {211} und Kombinationen aus beiden;
auch derb, körnig bis dicht
Glasglanz bis Fettglanz, durchsichtig bis undurchsichtig
rosa, rot, braun bis braunrot
- Pyralspite
gelblich, grünlich, braun
- Grossular, Andradit
smaragdgrün - Uvarovit
schwarz
- Melanit (CaNa2Ti2 Si3O12);
7
muschelig; keine Spaltbarkeit
Form {110}: Rhombendodekaeder
Form {211}: Ikositetraeder
62
Andere Silikate
Zoisit
Gruppensilikat
Ca2Al3[Si3O12](OH)
Kristallsystem:
Ausbildung:
orthorhombisch (2/m m)
prismatische, oft gestreckt und in Längsrichtung gestreifte Kristalle, die zu
strahligen oder spießigen Büscheln aggregiert sein können; auch körnig oder
dicht und derb
weiß - grau, grünlich, gelblich, rosa
Glasglanz
6–7
3.2
uneben, eine sehr gute Spaltbarkeit
metamorph, in Grünschiefern und in Amphiboliten und Eklogiten;
Zersetzungsprodukt von Plagioklas
Farbe:
Glanz:
Härte:
Dichte:
Bruch:
Vorkommen:
Epidot
Ca2(Al,Fe3+)3[Si3O12](OH)
Gruppensilikat
Die Fe3+-arme Varietät heißt Klinozoisit (monoklin);
Kristallsystem:
Ausbildung:
Farbe:
Glanz:
Härte:
Dichte:
Bruch:
Vorkommen:
Vesuvian (Idokras)
Gruppensilikat
Kristallsystem:
Ausbildung:
Bruch:
Glanz:
Farbe:
Härte:
Dichte:
Vorkommen:
monoklin (Klasse 2/m)
prismatisch, flächenreich; gestreckt und in Längsrichtung gestreift,
körnige, stengelige Aggregate, mitunter in Büscheln; auch körnig oder dicht
und derb
oft gelbgrün bis dunkelgrün, pistaziengrün („Pistazit“), rosa (Mn-reicher
Piemontit), Klinozoist: grau
Glasglanz auf Kristallflächen
6–7
3.4
uneben, muschelig, splitterig; eine sehr gute Spaltbarkeit
metamorph (vor allem in Grünschiefern),oft in Klüften; Zersetzungsprodukt
von Plagioklas
Ca10(Mg,Fe)2Al4Si9O34(OH)4
tetragonal (Klasse 4/m m)
kurz- und dicksäulig, seltener langsäulig und dipyramidal; oft flächenreich
uneben, splittrig, keine Spaltbarkeit
starker Glasglanz (funkeln); auf Bruchflächen Fettglanz
gelb, braun, grün,
6-7
3.4
kontaktmetamorph
63
Cordierit
(Mg,Fe)2Al4Si5O18
Ringsilikat / Gerüstsilikat
Kristallsystem: orthorhombisch (Klasse mmm)
Ausbildung:
oft prismatische bis säulige Kristalle, aber auch körnig
Bruch:
muschelig, splitterig; eine gute Spaltbarkeit
Glanz
auf Bruchflächen fettig
Härte:
7
Farbe:
grau-gelblich, bräunlichblau, violett, tiefblau bis schwarz; durchsichtige
Kristalle zeigen auffallenden Dichroismus (violettblau – gelb, braun)
Vorkommen:
metamorph; sehr selten magmatisch (Granite)
Verwendung:
Rohstoff für Keramiken (v.a. synthetisch hergestellt); wegen hoher
Temperaturwechselbeständigkeit Trägermaterial für Automobilkatalysatoren
und für feuerfestes Haushaltsgeschirr
wenn nicht blau, kann Cordierit leicht mit Quarz verwechselt werden
Staurolith
Name
Kristallsystem:
Ausbildung:
Bruch:
Farbe:
Härte:
Dichte:
Vorkommen:
(Fe,Mg)4Al18Si7.5O44(OH)4
griech. stauros = Kreuz
pseudorhombisch (Klasse mmm, eigentlich monoklin 2/m)
breitstängelige bis langprismatische Kristalle; Durchkreuzungszwillinge
sind relativ häufig; oft rauhe Oberfläche
keine Spaltbarkeit, aber Querbrüche der Stängel
braun bis schwarz
7
3.7
metamorph; oft von Disthen begleitet und manchmal mit diesem verwachsen
64
Metamorphose
Minerale und Gesteine 22+23
Definition Metamorphose:
Mineralogische und/oder strukturelle Umbildung von Gesteinen im festen Zustand infolge
sich ändernder physikalisch-chemischen Bedingungen der Umgebung (Druck, Temperatur,
Fluidzusammensetzung).
Veränderungen:
a) Gefüge
Umkristallisation (Blastese): Kornvergrößerung,
Kornverkleinerung, Foliation, Faltung
b) Mineralbestand
Phasenumwandlungen Æ Änderung der Mineralparagenesen
(Paragenese: Gesamtheit der im GGW nebeneinander
vorkommenden Minerale)
c) chemische Zusammensetzung Æ Metasomatose
z.B. Eindringen einer fluiden Phase
Æ Zufuhr oder Abtransport von Elementen
Bestimmende Faktoren der Metamorphose
1. Temperatur:
Steigende T: Umkristallisation Æ Kornvergröberung;
Triebkraft für Phasenumwandlungen
2. Druck:
Triebkraft für Phasenumwandlungen;
Einregelung von Kristallen bei gerichtetem Druck
3. Ausgangsgestein
Die Zusammensetzung des Ausgangsgestein legt fest, welche
metamorphen Mineralreaktionen unter bestimmten P,T Bedingungen
überhaupt ablaufen können.
Die Veränderung eines Kalksteins infolge von P, T Änderungen wird sich deutlich von der eines
tonigen Sediments oder eines Basalts unterscheiden.
65
Metamorphosegrad
Der Metamorphosegrad beschreibt eine grobe Einteilung der Metamorphosebedingungen im P,TFeld
Metamorphosegrad:
- spezifiziert nicht bestimmte P,T
Felder, sondern hat relativ
unspezifische Grenzen
- höhere Gewichtung der
Temperatur;
Druck spielt keine wesentliche
Rolle.
Metamorphe Fazies
heutige Definition:
Gruppe von Gesteinen, die unter den gleichen metamorphen Bedingungen entstanden sind.
D.h. eine Fazies entspricht einem
Feld von bestimmten P,TBedingungen; die Faziesgrenzen
sind aber unscharf.
Entsprechend dem Ausgangsgestein kann die chemische und
mineralogische Zusammensetzung
unterschiedlich sein.
Ursprünglich wurde der Faziesbegriff für Metabasite eingeführt (Eskola, 1915-1939)
Æ d.h. die Faziesnamen beschreiben nur das Aussehen und Mineralparagenesen von
Metabasiten, nicht aber die metamorphen Produkte anderer Ausgangsgesteine !
z.B. Amphibolit Fazies: Metabasit: Amphibolit (Hbl + Plag, ±Epidot ±Granat ±CPX)
Metapelit: Glimmerschiefer (z.B. Disthen Granat Glimmerschiefer)
66
Das Gefüge der metamorphen Gesteine
Die metamorphen Gesteine sind durch eine Umkristallisation = Blastese gekennzeichnet. Häufig
erfolgt eine Kornvergröberung. Die neugebildeten Minerale werden als Blasten bezeichnet.
Xenoblasten haben keine eigene Kristallform.
Idioblasten sind hingegen idiomorph ausgebildet, also in ihrer Eigengestalt
Porphyroblasten: häufig sind die neugebildeten Kristalle sehr viel größer als die Matrix; diese
sind dann oft auch idiomorph.
Beispiele für das durch Blastese entstehende kristalloblastische Gefüge:
Granoblastisches Gefüge: Mosaik etwa gleich großer, überwiegend isometrischer Mineralkörner
(Abb. a-c)
Porphyroblastisches Gefüge: ein oder mehrere Minerale treten als große, oft auch idiomorphe
Kristalle auf (Abb. d)
Poikiloblasten: Einsprenglinge mit vielen Einschlüssen (Abb. e), geht bis zur Skelettstruktur (Abb.
f)
Foliation: Planares Gefüge, durch Einregelung
blättchenförmiger und/oder prismatischer Minerale.
Ursache: gerichteter Druck bei der Umkristallisation
Aber auch eine lagige Anordnung von anderen Mineralen
führen zur Foliation, z.B. Wechsellagen heller und dunkler
Minerale im Gneis
Tritt in einem Metamorphit kein Parallelgegefüge auf, so wird das Gefüge als richtungslos bzw.
massig bezeichnet.
Kataklastisches Gefüge: das metamorphe Gestein ist durch tektonische Kräfte intensiv
mechanisch zerbrochen und zermahlen
67
Klassifikation und Namensgebung metamorpher Gesteine
mehrere Kriterien:
1. Art des Ausgangsgestein
2. metamorpher Mineralbestand
3. Gefüge
i) Metamorphite mit bzw. überwiegend mit Foliation
ii) Metamorphite ohne bzw. überwiegend ohne Foliation
iii) Kataklastische Gesteine
zu 1) Art des Ausgangsgestein
Die Vorsilbe Meta- kennzeichnet das Ausgangsgestein (Protolith) aus dem das metamorphe
Gestein hervorgegangen ist. Bsp. Metasediment, Metapelit, Metabasit, etc.
Die Vorsilbe Ortho- kennzeichnet ein metamorphes Gestein, das aus einem ehemaligen Magmatit
entstanden ist. Bsp. Orthogneis – aus Granit
Die Vorsilbe Para- kennzeichnet ein metamorphes Gestein, das aus einem ehemaligen Sediment
entstanden ist. Bsp. Paragneis – aus Arkose
zu 2) metamorpher Mineralbestand
Der metamorphe Mineralbestand wird meist nur als Zusatz zum Namen verwendet:
a) um markante Minerale im Gestein hervorzuheben:
- Bsp. Forsterit-Marmor (Fo normalerweise nicht in Marmor vorhanden)
b) um den Metamorphosegrad genauer zu charakterisieren
- Bsp. Granat-Sillimanit Schiefer
Sil= Hoch-T Al2SiO5 Æ T>500°C
zu 3) Gefüge
i) Metamorphite mit bzw. überwiegend mit Foliation
Korngröße, Art der Spaltbarkeit, Bänderung (Lagen aus hellen und dunklen Mineralen) und
Metamorphosegrad entscheiden über die Klassifizierung.
a) Tonschiefer (Slate) sehr feinkörnig, slatey cleavage (perfekte, planare Spaltbarkeit) wie beim
Dachschiefer, matte Schichtflächen, sehr geringer Metamorphosegrad
b) Phyllit (Phyllite) sehr feinkörnig (in der Regel sind die Mineralkörner noch nicht mit dem bloßen
Auge zu sehen), die vor allem aus Quarz und > 20 % Phyllosilikaten (charakteristisch ist Sericit =
feinschuppiger Muskovit) bestehen. Dadurch perfekte, aber nicht mehr planare Spaltbarkeit,
Seidenglanz auf Spaltflächen, geringer Metamorphosegrad
c) Schiefer (Schist): mittel bis grobkörnig, Mineralkörner sind mit dem bloßen Auge zu erkennen,
gute bis sehr gute, aber nicht mehr planare Spaltbarkeit (schistosity), u.U. gebändert
(unregelmäßig wechselnde Lagen aus Glimmern und Qz, Fsp), mittlerer Metamorphosegrad
Glimmerschiefer enthalten vor allem Glimmer (Muskovit, Biotit) und Qz.
Grünschiefer enthalten Chlorit und z. T. noch weitere grüne Gemengteile wie Epidot/Zoisit und
bisweilen auch Aktinolith; weiterer Hauptbestandteil ist Albit.
Blauschiefer enthalten bläuliche Na-Amphibole (Glaukophan bzw. Crossit = Fe3+-haltiger
Glaukophan) sowie Lawsonit (CaAl2Si2O7(OH)2+H2O)
d) Gneis (Gneiss): mittel-grobkörnig, weniger blättrige Minerale (Glimmer), mehr stängelige
Minerale (Hornblende) und Plagioklas Æ schlechte Spaltbarkeit, gebändert Æ unregelmäßig
wechselnde Lagen aus hellen und dunklen Mineralen (gneissic banding), hoher
Metamorphosegrad
Orthogneis: Gneis aus magmatischem Ausgangsgestein
Paragneis: sedimentäres Ausgangsgestein
68
e) Migmatit: Mischgestein mit einem unverändert metamorphen (gneisigen) Anteil, dem
Paläosom, und einem richtungslos-körnigen (granitischen) Anteil, dem Leukosom, an dessen
Rändern häufig dunkle Minerale wie z. B. Biotit, Hornblende und Granat (Melanosom) angereichert
sind. Migmatite entstehen durch teilweises Aufschmelzen von Gneisen: Anatexis.
ii) Metamorphite ohne bzw. überwiegend ohne Foliation
a) Felse sind massig erscheinende Metamorphite.
Hornfelse sind sehr feinkörnige, splittrig brechende Gesteine, die durch Kontaktmetamorphose
von Tonen und Grauwacken entstehen.
Kalksilikatfelse enthalten Kalksilikate (z. B. Tremolit, Diopsid, Grossular, Wollastonit) und < 50%
Karbonate (Calcit, Dolomit).
b) Quarzite bestehen zu > 80 % aus Quarz.
c) Marmore bestehen aus Calcit und/oder Dolomit.
Kalksilikat-Marmore enthalten > 50 % Karbonate und darüber hinaus Kalksilikate.
d) Serpentinite sind feinkörnige oder feinfaserige Gesteine, die überwiegend aus SerpentinMineralen bestehen; sie können auch schiefrig ausgebildet sein.
e) Amphibolite sind mittel- bis grobkörnige Gesteine, die vor allem Hornblende und Plagioklas
enthalten. Teilbarkeit meistens schlechter als bei den Schiefern und Gneisen; die lagige /
schiefrige Ausbildung kann auch fehlen.
f) Granulite sind hoch temperierte Metamorphite der „Granulitfazies“, die überwiegend aus
„trockenen“ Mineralen bestehen. Überwiegend fein- bis mittelkörnige Gesteine mit nicht immer
vorhandenem feinschiefrigen Gefüge.
Helle Granulite wie Charnockite bestehen wie die Gneise überwiegend aus Feldspäten und Quarz
(manchmal lamellar ausgeplättet), sie enthalten jedoch keinen Muskovit; auch die dunklen
Gemengteile sind überwiegend (OH)-frei: Granat und Hypersthen, welcher diagnostisch ist.
Dunkle Granulite wie Pyriklasite enthalten neben Plagioklas als Hauptgemengteile vor allem
Pyroxene (Opx und/oder Cpx) und Granat.
g) Eklogite sind sind mittel- bis grobkörnig, meist massig erscheinende Gesteine, die aus grünen
Pyroxenen (Omphacit) und rotem Granat (Pyrop-reich) bestehen.
Produkte der Hochdruckmetamorphose basischer Gesteine
iii) Kataktastische Gesteine sind überwiegend mechanisch zerscherte und zermahlene Gesteine
wie z. B. tektonischen Brekzien, Kataklasite, Mylonite (auch Ultramylonite, Phyllonite,
Blastomylonite) und Pseudotachylite.
69
Ausgangsgesteine und ihre Produkte bei der Regionalmetamorphose
Vinx (2005)
Leukokrater Granulit
Genese: hochgradige Metamorphose von granitischen = sauren Ausgangsgesteinen in
Abwesenheit von H2O
Aussehen: helles Gestein, meist feinkörnig
oftmals ist eine Foliation vorhanden, die aber weniger auffällig ist als bei Gneisen. Sie entsteht
durch planare Einregelung der dunklen Minerale und durch plattig ausgewälzte Quarze
(Plattenquarze)
Mineralbestand (wegen Feinkörnigkeit makroskopisch schwer zu bestimmen):
Quarz, Feldspat, daneben Granat, u.U. Disthen, Sillimanit, Pyroxene,
Quarzit
Genese: Regional- oder Kontaktmetamorphose von kieseligen Sandsteinen oder Kieselschiefern
bei allem Metamorphosegraden
Mineralbestand: >80% Quarz, enthält oft Hellglimmer, aber auch Feldspat, Chlorit, Magnetit,
Granat, Disthen, Sillimanit
Aussehen: helles Gestein, weiß, grau, gelblich, rötlich (Rotfärbung durch fein verteilten Hämatit)
Gefüge: sehr festes Gestein durch intensive Verzahnung der Quarzkörner
70
Sepentinit
Genese: niedrig- bis mittelgradige Regionalmetamorphose (Subgrünschiefer- bis untere
Amphibolitfazies) von ultramafischen Ausgangsgesteinen (Peridotite, Dunite, Orthopyroxenite)
Umwandlung von Olivin, OPX in Serpentin (Serpentinitisierung), Fe aus Olivin und OPX wird zu
Magnetit umgewandelt, der fein verteilt ist und der das Gestein dann dunkel(grün) bis schwarz
färbt
Mineralbestand: überwiegend Serpentinminerale: Antigorit, Lizardit, Chrysotil (Mg6[Si4O10](OH)8)
Aussehen: hellgrün – dunkelgrün – schwarz,
feinkörnig bis dicht, meist massig, manchmal faserig oder blättrig
matter bis ölig erscheinender Glanz,
relativ weich (Antigorit Härte 3-4)
Marmor
Genese: Regional- oder Kontaktmetamorphose von Kalkstein oder Dolomit bei allem
Metamorphosegraden
Unterscheidung in:
- reiner Marmor: >95% Karbonat (Calcit, Dolomit)
- Marmor: überwiegend Karbonat (Calcit, Dolomit)
wenn Calcit >50% vom Karbonatanteil = Calcitmarmor
wenn Dolomit >50% vom Karbonatanteil = Dolomitmarmor
- Silikatmarmor (unreiner Marmor): 5-50 Vol% Silikatminerale
Aussehen: gleichkörniges, mittel- bis grobkörniges Gestein mit glänzenden Spaltflächen der
Karbonatkristalle
in reinem Zustand weiß, oft durch Verunreinigungen gefärbt: gelb-braun (Limonit), rot (Hämatit),
grün (Chlorit, Serpentin), grau-schwarz (Graphit, kohlige Substanzen)
Marmorierung: schlieriges Aussehen durch tektonisch bedingte, ungleichmäßige Verteilung von
unterschiedlichen farbigen Anteilen
granoblastisches Gefüge, Korngrenzen sind wenig verzahnt
Deformation der Karbonatkristalle führt zu polysynthetischer Zwillingslamellierung
=Druckzwillingslamellierung: Zwillingslamellen auf den Rhomboederflächen.
Kalksilikatgesteine (Kalksilikatfelse)
Genese: Regional- oder Kontaktmetamorphose von unreinen Kalksteinen (kieselige Karbonate:
Kalksandsteine, Mergel)
Viele Mineralreaktionen, insbesondere wenn Dolomit vorhanden ist (Dol Æ Mg-Quelle);
oder wenn das Karbonat mergelig ist (Tonminerale Æ Al-Quelle).
Je nach Ausgangsgestein ist eine Vielzahl von Gesteinen möglich, die von fast reinem Marmor
über Silikatmarmor zu Kalksilikatgestein führen können
kieseliger Kalkstein (ohne Dolomit):
Marmor mit Wollastonit
kieseliger Kalkstein (Cc + Dol):
Marmor mit Cc, Dol, Talk, Tremolit, Diopsid, Forsterit, etc Æ
Ca,Mg Silikate
mergeliger Kalkstein:
Marmor mit Cc, Zoisit, Grossular, Anorthit, Vesuvian, etc. Æ
Ca,(Mg)-Al Silikate
71
Aussehen: mehrfarbig mit lagig streifiger oder fleckiger Farbverteilung
häufigste Farben: außer weiß vor allem helle Tönungen von grau, grün, gelb, braun
granoblastische Gefüge
Granat, Vesuvian: isometrische Porphyroblasten, z.T. idiomorph
Wollastonit: feinfaserige Aggregate
Tremolit: leistenförmig-langgestreckt, idiomorph
Skarn
Vererztes Kalksilikatgestein
Genese: kontaktmetamorph bzw. kontaktmetasomatisch = Zufuhr von fluiden Phasen, die reich an
Si, Fe, Al, Pb, Zn, Cu, S, F, Cl, etc sind (pneumatolytische oder hydrothermale Lösungen)
Æ Bildung von Metallsulfiden, Metalloxiden
aber auch Bildung von Silikaten: Granat, CPX (Diopsid), Amphibole, Epidot, Vesuvian etc.
Kontaktmetamorphose von Tonstein / Tonschiefer
Bei Kontaktmetamorphose: Kornwachstum ohne
Deformation
Intrusion
1
2
Zone 1:
Höchste Temperatur: Bildung von Hornfelsen
T nimmt ab
Æ massige, feinkörnige Gesteine
dicht, hart, unregelmäßiger Bruch, keine Schieferung
Bei sehr hohen Intrusionstemperaturen (z.B. Basalt), kann teilweise Aufschmelzung erfolgen
Æ gefritteter Ton: Porzelanjaspis (Frittung = Zusammenbacken)
Zone 2: Knotenschiefer
Gesteine: Fleck-, Knoten-, Frucht-, Garbenschiefer
Æ unvollständige Umkristallisationsprodukte
Porphyroblasten bzw. Poikiloblasten von Cordierit, Andalusit, Biotit in Form von:
- Flecken:
- Knoten:
- Frucht:
- Garben:
2-dimensionell ausgebildet
3-dimensionell, kugelig ausgebildet
3-dimensionelles, langgestrecktes Ellipsoid (Getreidekorn)
büschelartig (Andalusit, Chiastolith)
Flecken, Knoten und Früchte sind durch Einschlüsse von kohligen Substanzen meist dunkel
gefärbt.
- ENDE 72
ANHANG
WICHTIGE MINERALFORMELN
SILIKATE
Inselsilikate
Olivin
Forsterit
Fayalit
(Mg,Fe)2SiO4
Mg2SiO4
Fe2SiO4
Aluminosilikate
Andalusit
Kyanit / Disthen
Sillimanit
Al2SiO5
Al2SiO5
Al2SiO5
Granate
Pyralspite
Pyrop
Almandin
Spessartin
Mg3Al2Si3O12
Fe3Al2Si3O12
Mn3Al2Si3O12
Ugrandite
Uvarovit
Grossular
Andradit
Ca3Cr2Si3O12
Ca3Al2Si3O12
Ca3Fe2Si3O12
Staurolith
Zirkon
Titanit
Topaz
(Fe,Mg)4Al18Si7.5O44(OH)4
ZrSiO4
CaTiSiO5
Al2SiO4(OH, F)2
Gruppensilikate
Melilithe
Gehlenit
Akermanit
Ca2Al[AlSiO7]
Ca2Mg[Si2O7]
Zoisit
Epidot
Vesuvian
Ca2Al3[Si3O12](OH)
Ca2(Al,Fe3+)3[Si3O12](OH)
Ca10(MgFe)2Al4Si9O34(OH)4
Ringsilikate
Beryll
Turmalin
Cordierit
Al2Be3[Si6O18]
NaMg3Al6[Si6O18](BO3)3(OH)4
(Mg,Fe)2Al4Si5O18
73
Kettensilikate
Wollastonit
CaSiO3
Pyroxene
(Ca,Mg,Fe)2[Si2O6]
Orthopyroxene [Opx]:
Enstatit
Hypersthen
Ferrosilit
Mg2[Si2O6]
(Mg,Fe)2[Si2O6]
Fe2[Si2O6]
Klinopyroxene [Cpx]:
Diopsid
Hedenbergit
Augit
Jadeit
Omphazit
CaMg[Si2O6]
CaFe[Si2O6]
Ca(Mg,Fe2+,Fe3+,Al)[(Si,Al)2O6]
NaAl[Si2O6]
(Na,Ca)(Mg,Fe,Al)[Si2O6]
Amphibole, vereinfacht:
(Ca,Mg,Fe2+)7[Si8O22](OH)2
Anthophyllit
Grünerit
Cummingtonit
Mg7[Si8O22](OH)2
Fe7[Si8O22](OH)2
(Mg,Fe2+)7[Si8O22](OH)2
Tremolit
Aktinolith
Hornblende (vereinfacht)
Glaukophan
Ca2Mg5[Si8O22](OH)2
Ca2(Mg,Fe)5[Si8O22](OH)2
Ca2(Mg,Fe,Al)5[(Si,Al)8O22](OH)2
Na2(Mg,Fe2+)3Al2[Si8O22](OH)2
Schichtsilikate
Kaolinit
Al4[Si4O10](OH)8
Montmorillonit
(Na,Ca0.5)xMgxAl4-x[Si8O20](OH)4 * nH2O
Durchschnitt: x=0.7
Illit
K1-1.5Al4[Si7-6.5Al1-1.5O20](OH)4
Serpentine
Antigorit / Chrysotil / Lizardit
Mg6[Si4O10](OH)8
Pyrophyllit
Al4[Si8O20](OH)4
Talk
Mg6[Si8O20](OH)4
Chlorit
(Mg,Fe,Al)12(Si,Al)8O20(OH)16
Muskovit
K2Al4[Al2Si6O20](OH)4
Biotit
K2(Mg,Fe)6[Al2Si6O20](OH)4
74
Gerüstsilikate
Feldspäte
Anorthit (An)
Monalbit – Analbit - Albit (Ab)
Sanidin – Mikroklin - Orthoklas
Kalifeldspat (Or)
CaAl2Si2O8
NaAlSi3O8
KAlSi3O8
Plagioklas:
Alkalifeldspat
Albit-Anorthit Mischkristalle
Albit-Orthoklas Mischkristalle (bei hohen T)
Foide
Nephelin
Leucit
NaAlSiO4
KAlSi2O6
Sodalith Reihe
Sodalith
Nosean
Hauyn
Lazurit
Na8(AlSiO4)6 (Cl)2
= 6 NaAlSiO4 * 2 NaCl
Na8(AlSiO4)6 (SO4)
= 6 NaAlSiO4 * Na2SO4
(NaCa)8-4(AlSiO4)6 (SO4)1-2
(NaCa)8 (AlSiO4)6 (Cl, S, SO4)1-2
Cordierit
(Mg,Fe)2Al4Si5O18
OXIDE / HYDROXIDE
Quarz
Chalcedon (mikrokristallin)
Opal (amorph):
SiO2
SiO2
SiO2 * nH2O
Magnetit
Hämatit
Fe3O4
Fe2O3
Limonit-Minerale
FeOOH
Bauxit-Minerale
Gibbsit
Böhmit / Diaspor
Al(OH)3
AlOOH
Rutil
Ilmenit
Chromit
TiO2
FeTiO3
FeCr2O4
75
KARBONATE
Calcit / Aragonit
Magnesit
Siderit
Dolomit
CaCO3
MgCO3
FeCO3
CaMg(CO3)2
CHLORIDE
Halit
Sylvin
NaCl
KCl
SULFIDE
Bleiglanz
Zinkblende
Kupferkies
Pyrit
PbS
ZnS
CuFeS2
FeS2
SULFATE / PHOSPHATE
Baryt
Anhydrit
Gips
BaSO4
CaSO4
CaSO4 * 2H2O
Apatit
Ca5[PO4]3(F,OH,Cl)
76