und Gesteine - Die Onleihe

BAND 45
BAND 45
Mineralien
und Gesteine
Die Autoren:
Was haben ein unscheinbarer Kiesel und
Prof. Dr. Werner Buggisch (links), Geologe
Christian Buggisch, Redakteur
ein glitzernder Bergkristall gemeinsam?
Welches Mineral macht unsere Zähne schön weiß?
Wie kommt Vulkangestein in unsere Fußgängerzone?
Steine – die Stoffe, die unsere Welt zusammenhalten!
Mit nützlichen Tipps für Sammler.
In dieser Reihe bereits erschienen:
Band 1 Unsere Erde
Band2
Der Mensch
Band3
Energie
Band4
Chemie
Band5
Entdecker und ihre Reisen
Band6
Die Sterne
Band 7 Das Wetter
Band8
Das Mikroskop
Band
9 Der Urmensch
Band 10 Fliegerei und Luftfahrt
Band 11 Hunde
Band 12 Mathematik
Band 13 Wilde Tiere
Band 14 Versunkene Städte
Band 15 Dinosaurier
Band16
Planeten und Raumfahrt
Band17
Licht und Farbe
Band 18 Der Wilde Westen
Band 19 Bienen, Wespen und
Ameisen
Band 20 Reptilien und
Amphibien
Band21
Der Mond
Band 23 Architektur
Band 24 Elektrizität
Band 25 Schiffe
Band 27 Pferde
Band 28 Akustik
Band 29 Wissenschaften
Band 30 Insekten
Band 31 Bäume
Band 32 Meereskunde
Band 33 Pilze
Band 34 Wüsten
Band 35 Erfindungen
Band 36 Polargebiete
Band 37 Computer und Roboter
Band 38 Säugetiere der Vorzeit
Band 39 Magnetismus
Band 40 Vögel
Band 41 Fische
Band 42 Indianer
Band 43 Schmetterlinge
Band 44 Die Bibel.
Das Alte Testament
Band 45 Mineralien und Gesteine
Band 46 Mechanik
Band 47 Elektronik
Band 48 Luft und Wasser
Band 49 Sport
Band 50 Der menschliche Körper
Band 51 Muscheln, Schnecken,
Tintenfische
Band 52 Briefmarken
Band 53 Das Auto
Band 54 Die Eisenbahn
Band 55 Das alte Rom
Band 56 Ausgestorbene
und bedrohte Tiere
Band 57 Vulkane
Band 58 Die Wikinger
Band 59 Katzen
Band 60 Die Kreuzzüge
Band 61 Pyramiden
Band 62 Die Germanen
Band63
Fotografie
Band 64 Die alten Griechen
Band 65 Eiszeiten
Band 66 Geschichte der Medizin
Band 67 Die Völkerwanderung
Band 68 Natur
Band 69 Fossilien
Band 70 Das alte Ägypten
Band 71 Piraten
Band 72 Heimtiere
Band 73 Spinnen
Band 74 Naturkatastrophen
Band 75 Fahnen und Flaggen
Band 76 Die Sonne
Band 78 Geld
Band 79 Moderne Physik
Band 80 Tiere – wie sie sehen,
hören und fühlen
Band 81 Die sieben Weltwunder
Band 82 Gladiatoren
Band 83 Höhlen
Band 84 Mumien
Band 85 Wale und Delfine
Band 87 Türme und
Wolkenkratzer
Band 88 Ritter
Band 89 Menschenaffen
Band 90 Der Regenwald
Band 91 Brücken und Tunnel
Band 92 Papageien und Sittiche
Band 93 Die Olympischen Spiele
Band 94 Samurai
Band 95 Haie und Rochen
Band 96 Schatzsuche
Band 97 Zauberer, Hexen
und Magie
Band 98 Kriminalistik
Band 99 Sternbilder und
Sternzeichen
Band 100 Multimedia und
virtuelle Welten
Band 101 Geklärte und
ungeklärte Phänomene
Band 102 Unser Kosmos
Band 104 Wölfe
Band 105 Weltreligionen
Band 106 Burgen
Band 107 Pinguine
Band 108 Das Gehirn
Band 109 Das alte China
Band 110 Tiere im Zoo
Band 112 Fernsehen
Band 113 Europa
Band 114 Feuerwehr
Band 115 Bären
Band 116 Musikinstrumente
Band 117 Bauernhof
Band 118 Mittelalter
Band 119 Gebirge
Band 120 Polizei
Band 121 Schlangen
Band 122 Bionik
Band 123 Päpste
Band 124 Bergbau
Band 125 Klima
Band 126 Deutschland
Band 127 Ernährung
Band 128 Hamster, Biber und andere Nagetiere
Band 129 Lkw, Bagger und Traktoren
Band 130 Maya, Inka und Azteken
und Gesteine
Mineralien und Gesteine
Wir leben in einer Welt aus Mineralien und Gesteinen. Sie
begegnen uns als feinster Wüstensand und als gewaltige
Felsformation im Gebirge, als funkelnder Diamant oder
ganz einfach als Kochsalz in der Suppe.
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Mineralien
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Inhalt
Eine Welt aus Stein
4
Die Erde – kleinste Teilchen und
riesige Platten
Woraus besteht die Erde?
6
Was sind Kristalle?
7
Was unterscheidet Mineralien und Gesteine? 8
Mach mit: Kristalle selber züchten
9
Wie entstanden die ersten Mineralien
und Gesteine?
9
Ist die Erde ein starres Gebilde?
10
Die Vielfalt der Mineralien
Welche Formen haben Mineralien?
Was versteht man unter Spaltbarkeit?
Die Dichte der Mineralien
Welche Farben haben Mineralien?
Sind alle Mineralien gleich hart?
Welche weiteren Eigenschaften gibt es?
12
13
13
14
15
16
Edelsteine
16
Die wichtigsten Mineralien
Steine in der Kunst
18-21
22
Gesteine unserer Erde
Welche Gesteinsarten gibt es?
Wie entstehen Gesteinsschmelzen?
Welche Tiefengesteine gibt es?
Was sind Ganggesteine?
24
24
26
27
Die Ergussgesteine
Was geschieht bei einem Vulkanausbruch?
Welche Ergussgesteine gibt es?
Gibt es unterschiedliche Formen von Lava?
28
29
30
Die Absatzgesteine
Wie entstehen Sedimente?
Welche Rolle spielt der Transportweg?
Wie lassen sich Sedimente einteilen?
Was sind chemische und biogene Sedimente?
Wie entsteht Kohle?
32
33
35
36
37
Fossilien – versteinerte Geschichte 38
Metamorphe Gesteine
Wie entstehen metamorphe Gesteine?
Was ist Schiefer?
40
41
Vom Steinbruch zum Handy
42
Mineralien und Gesteine sammeln
Welche Ausrüstung braucht ein Sammler?
Was muss man beim Sammeln beachten?
Gibt es ein bestimmtes System?
Wie bewahrt man seine Sammlung auf?
44
45
46
47
Wie arbeitet die moderne
Geowissenschaft?
Index
48
48
Felsformation aus NavajoSandstein im Canyonlands
Nationalpark, US-Bundesstaat Utah
3
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Azurit weist eine monokline Kristallform auf.
BLEISTIFTMINEN
Wegen seiner hervorragenden
Spaltbarkeit wird Graphit, das
aus reinem Kohlenstoff besteht, auch als Mine in Bleistiften verwendet: Wenn wir
mit einem Bleistift auf einem
Stück Papier schreiben, wer-
14:20 Uhr
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Eine weitere Eigenschaft von
Mineralien ist
ihre Spaltbarkeit.
Was versteht
Damit bezeichman unter der
net man ihre
Spaltbarkeit?
Eigenart, sich
bei Schlag oder
Druck mehr oder weniger gut nach
glatten Flächen aufspalten zu lassen. Ein Beispiel: Wenn wir ein Glas
fallen lassen, zerbricht es in viele
unregelmäßige Stücke. Denn Glas
besitzt kein Kristallgitter und kann
daher beim Bruch keine glatten
Flächen ausbilden. Anders verhält es
sich beim Kalkspat. Wenn wir mit
einem Hammer auf einen Kalkspatkristall schlagen, wird er immer in
Bruchstücke zerspringen, die in ihrer
Form einem Rhomboeder entsprechen. Kalkspat besitzt nämlich eine
ausgezeichnete Spaltbarkeit, die
nicht zuletzt zu seinem Namen
geführt hat.
Es gibt eine ganze Reihe von Mineralien, die der guten Spaltbarkeit
ihre Namen verdanken, wie der
Flussspat, der Schwerspat oder der
Feldspat. Auch blättrige Mineralien
wie Glimmer oder Graphit weisen eine ausgezeichnete Spaltbarkeit auf,
sodass wir sie in immer dünnere
Blättchen aufspalten können.
Anders ist es bei Mineralien, die
wie der Quarz ein gerüstförmiges
Kristallgitter haben, in dem die
Atome in allen Richtungen gut vernetzt und eng miteinander verwoben sind. Man kann diese dichten
Gitter schlecht oder höchstens in
unregelmäßige Bruchstücke aufspalten; daher weisen solche Mineralien
eine schlechte oder gar keine Spaltbarkeit auf.
den feinste Graphit-Plättchen
abgespalten, die am Papier
DIE DICHTE DER MINERALIEN
haften bleiben und die wir
als schwarze Striche sehen.
Ein anderes Merkmal, mit dem man Minerali-
Eisberg
en voneinander unterscheiden kann, ist ihre
Dichte. Darunter versteht man etwas ÄhnliStein
ches wie das Gewicht eines Gegenstandes.
Hierzu ein Beispiel: Zwei Gesteinsbrocken,
die genau gleich groß sind, können dennoch
unterschiedlich viel wiegen. Das liegt daran,
dass die Atome und Moleküle in dem schwereren Brocken „dichter gepackt“ sind als in
KohlenstoffAtome
dem leichten – er hat eine höhere Dichte! Was-
Stein untergeht.
ser hat eine Dichte von 1, denn ein Liter Wasser
Die unterschiedliche Dichte von Mineralien ist
wiegt genau ein Kilogramm. Alle Stoffe mit
also ein gutes Erkennungsmerkmal. Quarz ist
einer größeren Dichte als 1 sind schwerer als
zum Beispiel mehr als doppelt so schwer wie
Wasser und gehen daher im Wasser
Bleistiftmine
und Kristallstruktur des
Graphit
(rechts)
unter. Das ist bei vielen Mineralien der Fall, aber nicht bei allen.
So hat Eis eine Dichte, die niedriger ist als 1. Daher schwimmen Eisberge (rechts oben)
auch an der Wasseroberfläche
Wasser und hat entsprechend eine
höhere Dichte (nämlich 2,6). Beim
Mineral Schwerspat weist schon
der Name auf seine große Dichte
(4,5) hin. Mineralien mit großer
Dichte werden auch als Schwermineralien bezeichnet.
und Eiswürfel im Glas oben,
während ein gewöhnlicher
Schwerspat
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Wie die meisten Gegenstände
haben auch Mineralien verschieWelche
dene Farben. Ein
Farben haben
Beispiel: In der
Mineralien?
Mineralgruppe
der Glimmer gibt
es den silbrigen Hellglimmer oder
Muskovit, der sich deutlich vom
schwarzen Biotit unterscheiden
lässt. Der Olivin ist, wie der Name
sagt, immer olivgrün. Andere Mineralien wie das Steinsalz, der Kalkspat
oder der Schwerspat sind durchsichtig oder weiß. Und Erzmineralien
glänzen metallisch.
Autunit kommt in gelben
Varianten vor.
Torbernit bildet
grasgrüne
Kristalle aus.
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Solche Mineralien, die sich anhand ihrer Farbe gut erkennen lassen, besitzen die Eigenfarbe der
Stoffe, aus denen sie aufgebaut
sind. Man bezeichnet sie daher auch
als „eigenfarbige Mineralien“. Manche Farben verdanken ihre Namen
sogar solchen Stoffen, zum Beispiel
die Farbe Zinnoberrot, die wegen
des roten Minerals Zinnober so genannt wird.
Eine größere Zahl von Mineralien
kann aber in verschiedenen Farben
auftreten. Ein gutes Beispiel ist der
Quarz: Als Bergkristall ist er durchsichtig, als Milchquarz weiß, als
Rauchquarz grau, als Citrin gelb, als
Rosenquarz rosa und als Amethyst
schließlich violett gefärbt. Ein anderes bekanntes Beispiel ist der
Korund. Ist er rot, heißt er Rubin,
ist er blau, wird er als Saphir bezeichnet. Kleinste Verunreinigungen in den Kristallen bewirken die kräftigen Farben der
eigentlich farblosen Mineralien. Solche Mineralien
nennt man „fremdfarbig“.
Rauchquarz ist
Die FARBE VON
GESTEINEN
hängt davon ab, welche Mineralien im Gestein enthalten
sind. Da meistens mehrere Mineralien ein Gestein aufbauen,
hat es häufig keine einheitliche Farbe, sondern wirkt gesprenkelt, gepunktet oder gestreift. Für die verschiedenen
Farbtöne sind dann jeweils die
Mineralien im Gestein verantwortlich. Das kann man zum
Beispiel sehr deutlich beim
Granit sehen, der vor allem
aus den Mineralien Feldspat,
Quarz und Glimmer besteht.
Amethyst, eine
violette Form
des Bergkristalls
grau-braun
verfärbt.
Kupferkies
glänzt
metallisch.
Lazurit hat eine intensiv blaue Eigenfarbe.
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Malachit
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MOHS’SCHE HÄRTESKALA
Härte
Mineral
Vergleichstests
1
2
Talk
Gips
Können mit dem
Fingernagel geritzt werden
3
4
5
Kalkspat Flussspat
Apatit
Können mit einem Taschenmesser geritzt werden
6
Feldspat
Kann mit
Stahlfeile
geritzt
werden
7
8
9
10
Quarz
Topas
Korund
Diamant
Diese Mineralien ritzen Fensterglas
Die Mohs’sche Härteskala reicht von 1 bis 10, wobei das Mineral der Stufe 1 am wenigsten hart ist und von allen anderen Mineralien geritzt werden kann. Stufe 10 kennzeichnet dagegen den höchsten Härtegrad – ein Mineral dieser Stufe lässt sich nicht mit
anderen Mineralien ritzen.
DIAMANT ist das Mineral mit dem höchsten Härtegrad. Im Diamantgitter ist
jedes Kohlenstoff-Atom von
vier anderen KohlenstoffAtomen gleichwertig umgeben, was zu einem sehr stabilen Gitter führt. Schleifscheiben, Sägeblätter und
Bohrkronen (unten) für besonders harte Gesteine werden aus diesem Grund mit
Diamanten besetzt.
Wenn ein Brot ausgetrocknet ist,
sagen wir, es sei
steinhart. Aber
Sind alle
sind wirklich alle
Mineralien
Mineralien gleich
gleich hart?
hart? Ein einfacher Versuch mit
zwei Mineralien beweist uns das Gegenteil: Wenn wir mit einem Diamanten auf einer Glasfläche reiben,
entstehen Kratzer. Das liegt daran,
dass Diamant härter ist als Glas.
Wenn wir dagegen die gleiche Glasfläche mit dem Mineral Kalkspat zerkratzen oder ritzen wollen, passiert
gar nichts, denn Kalkspat ist weniger
hart als Glas. Genauso ist es möglich,
ein Mineral mit einem anderen zu
zerkratzen, wobei immer das härtere
Mineral in der Lage ist, das weichere
zu ritzen. Auf diese Weise lässt sich
eine Härteskala (oben) aufstellen.
Die Härte der Mineralien ist von
großer praktischer Bedeutung. So
wird das Mineral Korund, weil es so
hart ist, als Schleifpulver verwendet.
Auch in unserem Alltag spielt
die Härteskala eine Rolle –
oft ohne dass wir
uns darüber im Klaren
sind. Unsere Zähne etwa bestehen vorwie-
gend aus Apatit, einem Mineral mit
der Härte 5. In dieses Mineral kann
aber das Element Fluor eingebaut
werden, wodurch es ein wenig härter
wird. Wenn wir daher mit Fluor versetzte Zahnpasta benutzen, wandeln
wir den Apatit unserer Zähne teilweise in Fluor-Apatit um und härten sie
Kalkspat (mit
der Härte 3) lässt
sich gut mit einem
Taschenmesser ritzen.
damit. Unserer Zahnpasta ist außerdem oft feinkörniger Kalkspat, besser
bekannt als Kreide, beigemengt.
Da Kalkspat mit der Härte 3 weicher
ist als Apatit (Härte 5), schadet
Kreide unseren Zähnen nicht. Würde
man der Zahnpasta dagegen feines
Quarzpulver zumischen, würden wir
in Kürze unsere Zähne abschleifen!
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nen bestimmten Brechungsindex: Gase, Flüssigkeiten,
Festkörper – und damit
natürlich auch Mineralien.
Während Kristalle mit einem
niedrigen Brechungsindex
relativ matt wirken, glitzern
solche mit hoher Lichtbrechung. Das Mineral mit der
höchsten Lichtbrechung ist
der Diamant.
Viele Mineralien haben eine
weitere optische Eigenschaft,
Durch einen Kalkspat-Kristall betrachtet erscheint ein Text die mit ihrem Kristallgitter
doppelt – daher nennt man ihn auch Doppelspat.
zusammenhängt, die sogeMineralien besitzen die Fähigkeit, nannte Doppelbrechung. Dabei wird
Licht zu brechen, ein Lichtstrahl, wenn er auf solche
Welche
eine
Erschei- Mineralien trifft, nicht einfach geweiteren
nung, die man in brochen, sondern in zwei Strahlen
Eigenschaften anderem Zusam- zerlegt. Eine besonders hohe Dopmenhang gut bei pelbrechung hat der Kalkspat: Legt
gibt es?
Wasser beobach- man einen klaren Kalkspatkristall auf
ten kann: Wenn wir im Schwimm- ein Blatt Papier, auf dem eine Linie
bad in einem Becken stehen, in dem gezeichnet ist, so sieht man diese
uns das Wasser nur bis zu den Knien doppelt. Wegen dieser Eigenschaft
reicht, wirken unsere Beine unter- werden klare Kalkspatkristalle auch
halb des Wasserspiegels merkwürdig „Isländischer Doppelspat“ genannt.
verschoben und sehen kürzer aus, Die Doppelbrechung ist ein wichtiger
als sie wirklich sind. Die Ursache Hinweis, wenn man Mineralien unter
hierfür ist, dass Lichtstrahlen ihre dem Mikroskop bestimmen will.
Richtung ändern und „abbiegen“,
wenn sie von einem Stoff (hier: Luft)
ordentlicher
in einen anderen (Wasser) geraten.
Strahl
Kurz: Das Licht wird gebrochen.
Dabei ist die Stärke der Brechung
abhängig von der Farbe des Lichtes.
Glas
Weißes Licht ist nämlich aus vielen
verschiedenen Farben zusammengesetzt, die wir normalerweise nicht
sehen können. Bei der Brechung
wird aber das Licht in seine Farben – die sogenannten Spektralaußerordentlicher
Strahl
farben – zerlegt oder aufgefächert.
Alle durchsichtigen Stoffe haben eiordentlicher
Strahl
Doppelbrechung bei Mineralien: Der einfach
gebrochene Strahl wird als „ordentlicher
Strahl“, der abgespaltene Strahl als „außerordentlicher Strahl“ bezeichnet.
Die Lichtbrechung ist der
BERYLL
Grund, warum
kurz- oder weit-
sichtige Menschen mit einer
Brille besser sehen können:
Der Lichtstrahl wird am geschliffenen Glas der Brille so
gebrochen, dass man die Umgebung scharf sehen kann.
Das Wort Brille stammt übrigens von einem Mineral: Es ist
abgeleitet vom Halbedelstein
Beryll, der geschliffen früher
als Sehhilfe
genutzt
wurde.
Seit der Antike wird das Gewicht von Edel-
KARAT
steinen in Ka-
rat gemessen – ein Karat entspricht 0,2 Gramm. Das klingt
nach wenig, doch wer einen
Diamanten mit nur einem Karat kaufen will, muss einen gut
gefüllten Geldbeutel haben.
Der größte bislang gefundene
Diamant stammt aus Südafrika
und hatte 3 106 Karat, er wog
also über 600 Gramm.
EDELSTEINFÖRDERUNG
Edelsteine wachsen in ganz
verschiedenen Gesteinen. So
werden Diamanten aus tiefen
Vulkanschloten gefördert, andere werden aus Flusssand
ausgewaschen. Die bedeutendsten Edelsteinlagerstätten befinden sich neben Südafrika unter anderem in
Mineral
Brasilien, Birma, Madagaskar,
Sri Lanka, Thailand und Australien, das über reiche Opalvorkommen (rechts) verfügt.
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Smaragd
EDELSTEINE
Was
sind Edelsteine? Diese Frage
lässt sich nicht so leicht be-
Viele von ihnen sind sehr hart (das
heißt, sie haben nach der Mohs’schen Härteskala eine Härte von 7
oder mehr). Dadurch sind sie halt-
antworten. Denn eine wissenschaftlich
bar und vor Zerstörung geschützt,
exakte Definition für Edelsteine gibt es
weshalb oft auch von der „Unver-
nicht. Und es ist immer ein wenig An-
gänglichkeit“ der Edelsteine die Re-
sichtssache, ob man einen Stein nun als
de ist. Sie haben schöne Farben und
ein hohe Lichtbrechung, wodurch sie
„Edelstein“, als „Halbedelstein“ oder als
funkeln und glitzern. Da-
„gewöhnliches“ Mineral be-
durch eignen sich Edel-
zeichnen möchte. Immerhin so viel lässt sich sa-
steine besonders gut
gen: Edelsteine sind in der
für Schmuckstücke
Regel Mineralien, die sich
wie Ringe und Anhänger, aber auch
durch bestimmte Eigenschaf-
für Kronen und ande-
ten auszeichnen.
Rohdiamant
Erst durch einen speziellen
Schliff kommt
die hohe Lichtbrechung des Diamanten besonders
gut zur Geltung.
re Herrschaftszeichen.
Eine weitere Eigenschaft von
Edelsteinen: Sie sind selten und dadurch zum Teil sehr teuer.
EDELSTEINE SCHLEIFEN
einen Edelstein zu schleifen und ihm so zu
Edelsteine werden oftmals nicht
in ihrer natürlichen Form verwendet, sondern vorher
bearbeitet und ge-
Blauer Korund
erstrahlt – nachdem er geschliffen
wurde – als kostbarer
Saphir (rechts).
verhelfen. Am häufigsten findet sich heute
der Facettenschliff, bei dem der Stein mit
vielen kleinen glatten Flächen versehen
schliffen. Dabei gibt
wird, die ihn im Licht funkeln lassen. Ein
es viele verschiede-
Beispiel hierfür ist der Brillantschliff
ne Möglichkeiten,
beim Diamanten.
Ein kostbarer Fund:
Rubin als Zwillingskristall (rechts) und
Collier mit geschliffenen Steinen
Opal-Gewinnung in
einer Mine
einem besonders schönen Aussehen zu