NESOSILIKATE - Überblick Silikatstrukturen mit isoliert (nicht

Nesosilikate
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NESOSILIKATE - Überblick
Silikatstrukturen mit isoliert (nicht verknüpft) auftretenden SiO4 -Tetraedern
Olivin-Gruppe, orthorhombisch
Forsterit
Mg2 SiO4
Fayalit
Fe 2 SiO4
siehe Einf. Min. Pet!
Granat-Gruppe, kubisch
siehe Einf. Min. Pet!
Pyrop
Mg3 Al2 [SiO4]3
Almandin Fe3 Al2 [SiO4]3
Spessartin Mn3 Al2 [SiO4]3
„Pyralspit-Reihe“
Uwarowit
Grossular
Andradit
„Ugrandit-Reihe“
Zirkon,
Ca3 Cr2 [SiO4]3
Ca3 Al2 [SiO4]3
Ca3 Fe2 [SiO4]3
Zr[SiO4], tetragonal
Al2SiO5-Gruppe
Andalusit
Sillimanit
Kyanit (Disthen)
Topas,
Al2[(F2)/SiO4], orthorhombisch
Staurolith, orthorhombisch
Chloritoid, monoklin bzw. triklin
Titanit (Sphen) monoklin
Mineralogie LV 620.074
J.G. Raith
Nesosilikate
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Olivin-Gruppe
(Mg,Fe)2 SiO4 orthorhombisch
2 2 2
mmm
Ausbildung und Eigenschaften: siehe Einführung M.P. und Übungsunterlagen!
Struktur: annähernd hexagonal dichteste Kugelpackung der Sauerstoffe // (100); Si [4] in
kleineren tetraedrischen, Fe und Mg [6] in den größeren oktaedrischen Lücken.
Kristallform und Struktur von Olivin (aus Matthes, 1996).
Chemismus: isomorphe Mischkristallreihe (engl. solid solution) zwischen den beiden
Endgliedern
Forsterit
Mg2 SiO4
Fayalit
Fe2 SiO4
In den meisten Gesteinen ist Olivin Mg-reich (70-90 Mol. % Fo); diadocher Einbau von Ni2+
und Mn2+in die Struktur.
Mineralogie LV 620.074
J.G. Raith
Nesosilikate
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Das binäre System Forsterit – Fayalit
Das binäre System Forsterit – Fayalit (bei 1 atm). aus Matthes (1996).
Vorkommen:
Magmatisch: wichtiges gesteinsbildendes Mineral in dunklen magmatischen Gesteinen
Hauptmineral im oberen Erdmantel!
•
ultramafische Gesteine (vor allem Peridotite; z.B. „Olivinbomben“ von
Kapfenstein, Oststeiermark
•
mafische Plutonite (Gabbro) und Vulkanite (Basalt)
Metamorph: in Mg-reichen Kalksilikatgesteinen
Umwandlung: Er wandelt sich unter H2O-Aufnahme leicht in Serpentin-Minerale (siehe
Phyllosilikate) und bei Vorhandensein von CO2 auch in Magnesit um.
Verwendung:
Mg-reicher Olivin als Rohstoff für die Feuerfestindustrie (Forsteritziegel; Sande)
Schmuckstein: sog. Chrysolith oder Peridot
Mineralogie LV 620.074
J.G. Raith
Nesosilikate
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Granat-Gruppe
4 −2
kubisch 3
m m
Ausbildung und Eigenschaften: siehe Einführung M.P. und Übungsunterlagen!
Struktur und Chemismus:
2+
3+
Allgemeine Formel: A3 B2 [SiO4]3
2+
2+
A = Mg, Fe , Mn , Ca in [8] Koordination;
3+
3+
B = Al, Fe , Cr in [6] Koordination
Endglieder:
Pyrop
Almandin
Spessartin
Mg3 Al2 [SiO4]3
Fe3 Al2 [SiO4]3
Mn3 Al2 [SiO4]3
„Pyralspit-Reihe“
Uwarowit
Grossular
Andradit
Ca3 Cr2 [SiO4]3
Ca3 Al2 [SiO4]3
Ca3 Fe2 [SiO4]3
„Ugrandit-Reihe“
Darstellung wichtiger Mischkristallbildungen der Granat-Gruppe (aus Klein, 2002)
Hydrogrossular: Einbau von bis 8.5 % Wasser möglich, 4(OH)<->SiO4
Mineralogie LV 620.074
J.G. Raith
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Vorkommen:
Almandin-reicher Granat ist ein weit verbreitete gesteinsbildendes Mineral, vor allem in
Metamorphiten mit mittlerem Metamorphosegrad (Schiefer, Gneis, Amphibolit) gemeinsam
mit Glimmern, Al2SiO5-Mineralen, Staurolith etc.; wichtiges Indexmineral für die
Gliederung der Metamorphose; als Schwermineral auch in daraus durch Verwitterung
gebildeten klastischen Sedimenten
Pyrop-reicher Granat in Mantelgesteinen (Granat-Peridotit, Kimberlit) und metamorphen
Hochdruckgesteinen (Eklogit)
Spessartin-reicher Grant in Pegmatiten, in Skarngesteinen und Mn-reichen Metamorphiten
Grossular- und Andradit reicher Granat entsteht bei der Regional- und Kontaktmetamorphose
von unreinen Ca-reichen Gesteinen z.B.
3CaCO3 +3SiO2+Fe2O3 = Ca3Fe2SiO3 + 3CO2
Melanit ist ein Ti-reicher Andradit, in Alkali-reichen Magmatiten
Uwarowit: Metamorphose von Cr-reichen Gesteinen, vor allem in metamorphen CrLagerstätten
Verwendung:
Schmuckstein: vor allem Pyrop (Trachtenschmuck; „Böhmischer Granat“); Demantoid
(grüner Andradit) ist wegen der gelbgrünen Farbe geschätzt;
wichtig als Abrasiva für Schleifmittelindustrie
Mineralogie LV 620.074
J.G. Raith
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Zirkon
Zr[8] [SiO4] tetragonal
4 2 2
mmm
Ausbildung: kurzsäulig prismatische Kristalle meist eingewachsen in Gestein; häufig
Kombinationen von Prisma und Dipyramide
Eigenschaften:
•
•
•
•
•
Spaltbarkeit, Bruch: {100} unvollkommen; muschelig
Härte: 7.5
Dichte: 4.7 g/cm3
Farbe, Glanz: braun, farblos, gelb, orange; Diamant – Fettglanz
Strich: farblos; durchscheinend, selten durchsichtig
Kristallstruktur und Morphologie von Zirkon (aus Klockmann, 1980)
Struktur: Zr4+ in [8] Koordination mit den Sauerstoffen der Tetraeder, die spiegelsymmetrisch
und nach vierzähligen Schraubenachsen angeordnet sind; Gitter wird durch radioaktive
Strahlung zerstört –> Metamiktisierung
Chemismus: Einbau von U, Th und Pb -> Bedeutung für die Altersbestimmung
zirkonführender Gesteine; auch Einbau des sehr seltenen Elementes Hafnium (Hf), das keine
eigenen Minerale bildet. Thorit ThSiO4 ist isotyp mit Zirkon.
Vorkommen: weit verbreitet als akzessorischer Gemengteil im intermediären bis sauren
Magmatiten und Metamorphiten; als Schwermineral in Sedimenten und Seifen
Verwendung: Gewinnung von Zr und Hf; Zr als Legierungsmetall (Ferrozirkon),
Reaktormaterial, ZrO2 als säure- und hochfeuerfestes Material; Glasuren für Keramik und
Glas; Edelstein (rot-oranger Hyazinth)
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Topas
Al2[6] [F2/SiO4] orthorhombisch
Ausbildung: flächenreiche rhombische Kristalle, Tracht und Habitus sehr verschieden; oft
längsgestreifte Vertikalprismen, Längsprismen und rhombische Dipyramide; stengelige
Aggregate (Varietät: Pyknit); derb, körnig
Kristallformen von Topas (aus Matthes, 1996)
Eigenschaften:
•
•
•
•
Spaltbarkeit, Bruch: {001} vollkommen; muschelig
Härte: 8! Defintionsmineral
Dichte: 3.5 g/cm3
Farbe, Glanz: farblos, hellgelb, weingelb, hellblau etc.; Glasglanz; durchsichtig bis durchscheinend
Struktur und Chemismus: dichte Packung von Sauerstoffen und F-Anionen; Si in
tetraedrischen [4], Al in oktaedrischen [6] Lücken; wichtiges F-Mineral!
Vorkommen: typisches Mineral pneumatolytischer Prozesse: gemeinsam mit Kassiterit, LiGlimmern etc. an Granite, Pegmatite, Greisen gebunden; sekundär in Seifen
Verwendung: Edelstein: Edeltopas (Anmerkung: die Farbe der hellblauen Edeltopase ist fast
immer auf künstliche Bestrahlung zurückzuführen)
Mineralogie LV 620.074
J.G. Raith
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Al2SiO5-Gruppe
(Aluminium-Silikate) - Überblick
trimorphe Gruppe mit den Mineralien
Andalusit
Al[6]Al[5] [O|SiO4]
orthorhombisch
Sillimanit
Al[6]Al[4] [O|SiO4]
orthorhombisch
Kyanit (Disthen)
Al[6]Al[6] [O|SiO4]
triklin
Eigenschaften:
Härte
Dichte g/cm3
Andalusit
6.5-7.5
3.1
grau, rosa, rot
Sillimanit
6.5-7.5
3.2
weiß, braun
Kyanit
5.5-7 !
3.6
blau
Farbe
Struktur:
Strukturen der Al2SiO5 Modifikationen (aus Klockmann, 1980)
Mineralogie LV 620.074
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Stabilitätsdiagramm:
Stabilitätsdiagramm der Al2SiO5 Minerale (aus Matthes, 1996)
Vorkommen: generell in Al-reichen Metamorphiten (Metapelite etc.); siehe unten
Verwendung: Brennen bei 1100 – 1650 °C führt zur Bildung von Mullit
3Al2SiO5 = Al6Si2O13 + SiO2 (Al2SiO5 = Mullit + Glas)
Mullitkeramik: porzellanartige, feuerfeste Keramik (bis 1800 °C); Isolatoren
Stahlindustrie: Brennstein, Stopfen und Ausgüsse von Stahlpfannen etc.
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Andalusit
Al[6]Al[5] [O|SiO4]
orthorhombisch
Ausbildung:
prismatische quaderförmige Kristalle mit fast quadratischem Querschnitt; oft rosa bis rötlich;
in der Varietät Chiastolith wird kohliges Pigment kristallographisch orientiert in Form eines
„Kreuzes“ eingewachsen.
Andalusit: Kristallform und Schnitte durch Chiastolith (aus Klockmann, 1986; Klein, 2002)
Strukturmodell von Andalusit (aus Klein, 2002)
Vorkommen:
•
in Gesteinen der Kontaktmetamorphose und Temperatur betonten Regionalmetamorphose
•
max. 760°C, max. 4 kbar; also im niedrig gradigen Metamorphosebereich!
•
Porphyroblasten mit fast quadratischen Querschnitten in Andalusit (- Cordierit etc.)
Schiefern; auch derb-massig verwachsen in Andalusit-Cordierit Hornfels
Mineralogie LV 620.074
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Sillimanit
Al[6]Al[4] [O|SiO4]
orthorhombisch
Ausbildung:
langprismatische, nadelförmige, harte Kristalle in metamorphen Gesteinen eingewachsen; als
Fibrolith feinfaserig, filzige Aggregate bildend
Struktur von Sillimanit (aus Klein, 2002)
Vorkommen:
•
in Gesteinen der Kontaktmetamorphose und Temperatur betonten Regionalmetamorphose
•
Hochtemperaturmodifiaktion!
•
feinfasrig-filziger Fibrolith oft mit Muscovit in Al-reichen Schiefern;
nadelige farblos-weiße Kristalle mit rechteckigen Querschnitten in granulitfaziellen
Peliten (ohne Muscovit, mit Granat, Cordierit, Biotit, Orthopyroxen, Spinell etc.)
Mineralogie LV 620.074
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Kyanit (Disthen)
Al[6]Al[6] [O|SiO4] triklin
Ausbildung: prismatische, tafelige Kristalle in metamorphen Gesteinen oder metamorphem
Quarz eingewachsen; Pinakoid oft gut ausgebildet, oft gekrümmt und quergestreift;
Zwillingsbildung wäßrig-blaue Kristalle, grau-farblos, oft sehr schön blau (Spuren von Fe3+)!
Kyanit: Kristallformen und Verzwilligung
Struktur von Kyanit
Eigenschaften:
Spaltbarkeit in mehrere Richtungen! {100} vollkommen, {010} deutlich; faseriger Bruch
nach [001] und Wellung
Härte; extreme Anisotropie der Härte (davon alter Name!)! Härte ~4.5 // [001] bzw. ~6.5 //
[010]
Vorkommen:
• in Gesteinen der Regional- und Hochdruckmetamorphose
• Hochdruckmodifikation!
• oft mit Granat, Biotit, Muscovit ± Staurolith in Al-reichen
Glimmerschiefern und Gneisen; in Al-reichen Eklogiten und
Hochdruckgranuliten
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Staurolith
(Fe, Mg)2Al9 [O6(O, OH)2/SiO4)4] orthorhombisch
Ausbildung:
relativ flächenarme meist prismatisch-stengelige Kristalle, immer im Gestein eingewachsen;
charakteristische Durchkreuzungszwillinge (90° bzw. 60°)!
Staurolith. a. Einzelkristall mit stengeligem Habitus; b. rechtwinkeliger Durchkreuzungszwilling nach
(032) c. 60° Durchkreuzungszwilling nach (232) (aus Matthes, 1996).
Eigenschaften:
H = 7-7.5; D = 3.7-3.8; gelbbraun, braun, schwarzbraun, rotbraun;
Struktur: komplexe Struktur ähnlich Kyanit
Vorkommen:
in Glimmerschiefern und Gneisen der Amphibolitfazies (mit Fe-reichem Granat, Biotit, ±
Kyanit etc.); stabil zwischen ca. 550- 670 °C
Schweremineral in kalstischen Sedimenten (Anzeiger metamorpher Liefergebiete)
Mineralogie LV 620.074
J.G. Raith
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Chloritoid
(Fe2+, Mg, Mn)2(Al, Fe3+ )(OH)Al3O2[SiO4]2, monoklin oder triklin
Ausbildung: tafelige Kristalle nach {001} mit guter Spaltbarkeit // Basisflächen; meist
eingewachsen im Gestein
Eigenschaften:
Spaltbarkeit: nach {001)! weniger deutlich als bei Glimmer; spröde
Härte, Dichte: H = 7-7.5; D = 3.7-3.8 g/cm3
Farbe: dunkelgrün, grüngrau; Perlmuttglanz; farbloser Strich
Struktur: komplexe schichtartige Struktur oktaedrischer Lagen von O und OH mit isolierten
SiO4-Tetraedern (siehe Abb.).
Struktur von Chloritoid (aus Klein, 2002)
Vorkommen: in schwach metamorphen Al-reichen Metapeliten der Grünschieferfazies (mit
Granat, Biotit, Muscovit, Chlorit etc); makroskopisch schwer zu erkennen und leicht mit
Chlorit zu verwechseln.
Mineralogie LV 620.074
J.G. Raith
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Titanit (Sphen)
CaTi[O|SiO4], monoklin
Ausbildung: häufig kuvertartige Kristalle („Briefkuvertform“); Rhombenquerschnitte;
Zwillinge
Formen und Zwillinge von Titanit (aus Klockmann, 1986)
Eigenschaften:
• Spaltbarkeit: nach {100) deutlich.
• Härte, Dichte: H = 5.5.5; D = 3.4-3.5 g/cm3
• Farbe: grau, braun, grün, gelb, schwarz;
• hohe Licht- und Doppelbrechung nur im Mikroskop erkennbar
Chemismus: Einbau von Y3+, Ce3+ statt Ca; OH, F statt O
Vorkommen: häufiges akzessorisches Mineral in Magmatiten (Granit, Syenit) und
Metamorphiten (Gneis, Chloritschiefer, Marmor etc.); schöne Kristalle vor allem in alpinen
Klüften
Verwendung: untergeordnet zur Ti-Gewinnung (Abbau von Titanit aus Syenit, Kola);
Schmuckstein
Mineralogie LV 620.074
J.G. Raith