8. Silikate

Einführung in die Geowissenschaften I
Mineralogie
Prof. Dr. K. Mengel und Dr. K.W. Strauß
Fachgebiet Mineralogie, Geochemie, Salzlagerstätten
Gliederung
Seite
Vorwort
2
1. Mineralogie nach äußeren Kennzeichen
3
2. Systematik der Minerale
6
3. Mischkristalle und Nebenbestandteile
7
4. Spezielle Mineralogie
8
4.1. Gediegene Elemente
9
4.2. Sulfide und Sulfosalze
19
4.3. Halogenide
33
4.4. Oxide
39
4.5. Karbonate
61
4.6. Sulfate und Wolframate
73
4.7. Phosphate
79
4.8. Silikate
82
5. Kleines Glossar
148
Vorwort:
Minerale sind homogene (= einheitliche) Festkörper, die unter natürlichen, d.h. ohne
Einflussnahme des Menschen, physikalischen und chemischen Bedingungen entstanden sind,
welche der jeweilige geologische Prozess vorgibt. Sie sind meist anorganischer Natur, fest und
kristallin. 2008 waren 4600 definierte Arten von Mineralien bekannt. Es werden pro Jahr circa
100 neue Minerale entdeckt. Nur wenige Minerale davon sind gesteinsbildend und/oder von
wirtschaftlichem Interesse.
Die
wichtigsten
gesteins-
und
erzbildenden
Minerale
sind
Gegenstand
dieser
Lehrveranstaltung. Ohne deren Kenntnis ist eine Befassung mit Gesteinen und Rohstoffen nicht
möglich. In den Vorlesungen werden die Grundlagen der Mineralsystematik behandelt, ein
Grundverständnis für das Vorkommen mineralischer Rohstoffe im Erz- und Gesteinsverband
vermittelt und das mineralogische Grundwissen für weiterführende Veranstaltungen
erschlossen.
In den vorlesungsbegleitenden Übungen wird der theoretische Stoff an praktischen Beispielen
behandelt; hier wird vor allem die Bestimmung von Mineralien mit einfachen Hilfsmitteln
gelehrt. Darüber hinaus werden ausgewählte Anteile der Vorlesung an Beispielen nochmals
aufgearbeitet und vertieft.
Der hier entfaltete Stoffbestand der Mineralogie richtet sich nach den Erfordernissen mehrerer
Studiengänge. Es ist nicht möglich, diesen Stoff weiter einzugrenzen; daher sind alle Minerale
mit den im Skript angegebenen Informationen klausurrelevant. Neben dem Skript sollte
folgende Literatur zur Wiederholung oder Vertiefung herangezogen werden:
-
MEYER, W. & MURAWSKI, H. (2004): Geologisches Wörterbuch, 11. Auflage; Stuttgart (Enke).
-
OKRUSCH, M. & MATTHES, S. (2005): Mineralogie – Eine Einführung in die spezielle
Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde, 7. Auflage; - Berlin (Springer).
-
PRESS F. & SIEVER R. (2007): Allgemeine Geologie, 5. Auflage; - Spektrum
(Heidelberg)
-
DEER, HOWIE, ZUSSMAN (1992): An introduction to rock-forming minerals; Addison-Wesley (Wokingham)
2
1. Mineralogie nach äußeren Kennzeichen
Farbe und Strichfarbe: Ist ein Mineral „weich“, so kann man damit auf härterem Material
einen Strich erzeugen. Ein alltägliches Beispiel ist der Graphit im Bleistift. Die so genannte
Strichfarbe ist für manche Minerale sehr spezifisch, für andere hingegen nicht. Der Strich
wird auf einer weißen Porzellanplatte ausgeführt. Meist gibt seine Farbe die des Minerals
geschwächt wieder. So ist der Strich des gelben Schwefels weißlich, beim gelben Pyrit jedoch
schwarz. Die Farbe eines Minerals ist sehr stark von der Größe des Kristalls, von seiner
Oberfläche und von internen Reflexen an Inhomogenitätsflächen abhängig. Deshalb gilt: Die
Strichfarbe ist spezifischer als die Eigenfarbe des Minerals.
Neben der Farbe fallen die Formen der Minerale zuerst ins Auge. Diese äußeren
Erscheinungsformen heißen Habitus und bilden im Idealfall den Aufbau des Kristallgitters
nach. Die Namen für den Habitus sind von der Anschauung geprägt, z. B. säulig, faserig,
prismatisch, tafelig, nadelig.
Die Spaltbarkeit ist eine wichtige Eigenschaft von Mineralen. Durch eine Verschiebung
bestimmter Gitterebenen gegeneinander (z. B. durch gerichteten Druck) kommt es z. B. beim
Steinsalz zur Annäherung gleichgeladener Atome zweier Netzebenen und dadurch zu einer
Abstoßung. Dies führt zu einer orientierten, makroskopisch erkennbaren Ablösung von
Segmenten innerhalb eines Kristalls, so genannten Spaltebenen. Die alten Bergleute haben
solche Minerale, die auffällig viele Spaltflächen zeigen, als Späte bezeichnet und
zusammengefasst, obwohl die chemische Zusammensetzung und sonstige Kristalleigenschaften
solcher Spatminerale sehr unterschiedlich sein können. So sind die Feldspäte Silikate mit
geringer Dichte ( 2,6 g/cm3), Zinkspat aber gehört zu den Karbonaten (ZnCO3) und besitzt
eine viel höhere Dichte (4,3 g/cm3). Eine völlig andere Substanz ist der Flussspat (CaF2). Bei
einigen Mineralen ist die Spaltbarkeit eine direkte Folge des inneren Aufbaus, wie etwa bei
Glimmern.
Die Dichte ist das nächst wichtigste Kennzeichen eines Minerals. Die Dichte der Erzminerale
beträgt mit durchschnittlich 4,5 bis 7,5 g/cm3 meistens das Doppelte bis Dreifache der Dichte
von Nicht-Erzmineralen, die im Allgemeinen eine Dichte von 2,5 bis 3,5 g/cm3 besitzen.
Dadurch kann bei der Bestimmung des jeweiligen Minerals eine subjektive Einschätzung
3
erfolgen, wie bei dem direkten Vergleich von Calcit (2,7 g/cm3) und Schwerspat (3 bis 3,5
g/cm3).
Ein anderes wichtiges Unterscheidungsmerkmal von Mineralen ist deren Ritzhärte (siehe
Tabelle 1). Mit Hilfe eines Taschenmessers kann man die wichtigsten gesteinsbildenden
Minerale an Hand ihrer Härte auseinander halten. Eine häufige Unterscheidung ist die des
Kalkspats von Feldspat, da diese Minerale an der Erdoberfläche weit verbreitet sind und
einander ziemlich ähnlich sehen. Kalkspat hat eine sehr viel geringere Härte und ist deshalb mit
einer Messerklinge leicht zu ritzen. Feldspat dagegen hat die Härte von Stahl. In den die
Vorlesung begleitenden Übungen wird häufig der Vergleich zwischen den Mineralen Flußspat
und Quarz vorgenommen. Die Abfolge der Härten ist in der so genannten Mohs’schen
Härteskala manifestiert. Die dort enthaltenen Härten von 1 bis 10 sind relative Härten und
meist durch gesteinsbildende Minerale belegt. Der Abstand zwischen den einzelnen
Härtegraden variiert.
Tabelle 1: Mohs’sche Härteskala
1
Talk
Mit Streichholz
ritzbar
2
Steinsalz/Gips
Mit Fingernagel
ritzbar
3
Calcit
Mit Kupfermünze
ritzbar
4
Flußspat
Mit Eisennagel
ritzbar
5
Apatit
Mit Eisennagel
ritzbar
6
Orthoklas
Mit Taschenmesser ritzbar
7
Quarz
Ritzt Glas
8
Topas
Ritzt Glas
9
Korund
Ritzt Glas
10
Diamant
Ritzt Glas
Die äußere Form der Kristalle ist meist wenig hilfreich bei der Identifikation von Mineralen.
Dennoch gehört ein gewisses Verständnis des inneren, atomaren bzw. ionaren Aufbaus von
Kristallen zur Grundlage der Mineralogie.
4
2. Kristalle
Kristalle bestehen aus regelmäßigen Anordnungen von ungeladenen Elementen, von Kationen
und Anionen oder von Molekülen in einem so genannten Kristallgitter, wobei die Bausteine
untereinander genau definierte Abstände besitzen und bei der Betrachtung ihrer räumlichen
Anordnung im Kristallgitter stets im gleichen Winkel auftreten. Die Abstände von Ionen und
Moleküle innerhalb eines Kristallgitters liegen in der Größenordnung 1 Å (100 pm). Die
kleinste Einheit, in die sich ein Kristall zerlegen lässt, ist die Elementarzelle. Sie bildet mit
ihren Kanten unter den Winkeln , ,
in einem Koordinatensystem in der Richtung a, b, c ein
Raumgitter aus unendlich vielen Elementarzellen aus, die zusammen den Kristall ergeben. Die
strenge Ordnung der Kristallbausteine wird manchmal auch in der äußeren Form von Kristallen
sichtbar. Bei der Beschreibung wird von einem Idealkristall ausgegangen, der durch besonders
reine Ausgangsprodukte z. B. in der Industrie hergestellt werden kann. Ein Realkristall hat
immer kleine Baufehler. Ein einzelner Kristall kann mikroskopisch klein oder mehrere Meter
groß sein.
2.1 Achsensysteme
Die große Vielfalt verschiedener Kristallgitter lässt sich mathematisch vereinfachen und auf
sieben kristallographische Achsensysteme beziehen. Im Gegensatz zu dem meist üblichen
kartesischen Koordinatensystem sind die kristallographischen Koordinatensysteme im
allgemeinen schiefwinklig und die Koordinaten der drei Achsen sind nicht gleichwertig. Nur
das kubische Achsensystem entspricht dem kartesischen. Die sieben kristallographischen
Achsensysteme sind hier kurz charakterisiert und dargestellt.
Kristallsystem
Beispiel
triklin
a≠b≠c
monoklin
a≠b≠c
orthorhombisch
Albit
a≠b≠c
α≠β≠γ
α, β, γ ≠ 900
α = γ = 900
β ≠ 900
α = β = γ = 900
Schwerspat
trigonal, rhomboedrisch
a=b=c
α = β = γ ≠ 900
Kalkspat
hexagonal
a=b≠c
Beryll
tetragonal
a=b≠c
α = β = 900
γ =1200
α = β = γ = 900
Zinnstein
kubisch
a=b=c
α = β = γ = 900
Bleiglanz
Gips
5
3. Systematik der Minerale
Die Einteilung der Minerale in Gruppen wird nach chemischen Gesichtspunkten
vorgenommen. Diese Systematik ist elementarer Lernstoff und bildet die Grundlage zum
Verständnis der erz- und gesteinsbildenden Minerale.
1. Elemente
z. B. Gediegene Metalle
Cu, Ag, Au, Pt, Hg
z. B. Nichtmetalle
C, S, Se, Te, As, Sb, Bi
2. Sulfide, Sulfosalze
z. B. Bleiglanz PbS, Zinkblende ZnS
3. Halogenide
z. B. Steinsalz NaCl, Sylvin KCl, Flußspat CaF2
4. Oxide, Hydroxide
z. B. Quarz SiO2, Hämatit Fe2O3
5. Karbonate, Borate
z. B. Calcit CaCO3, Dolomit CaMg(CO3)2
6. Sulfate, Chromate
z. B. Schwerspat BaSO4
7. Phosphate, Arsenate
z. B. Apatit Ca5 [(F,Cl,OH) (PO4)3]
8. Silikate
Inselsilikate
z.B. Olivin (Mg,Fe)2 [SiO4]
Gruppensilikate
z.B. Epidot Ca2 (Fe,Al) Al2 [(O/OH)/SiO4/Si2O7]
Ringsilikate
z.B. Beryll Be3Al2 [Si6O18]
Kettensilikate
z.B. Diopsid CaMg [Si2O6]
Schichtsilikate
z.B. Muskovit KAl2 [(OH)2 AlSi3O10]
Gerüstsilikate
z.B. Alkalifeldspat (K,Na) [Si3O8]
9. Organische Minerale
z.B. Whewellit Ca (C2O4) · H2O
6
4. Mischkristalle und Nebenbestandteile
Die chemischen Bestandteile eines Minerals sind in der Regel durch eine feste Formel
definierbar, in der ein Ladungsausgleich zwischen negativ (Anionen) und positiv (Kationen)
geladenen Kristallbausteinen realisiert und daher eine stöchiometrische Zusammensetzung
garantiert ist.
Fast alle Minerale enthalten neben ihrem über die Formel definierten chemischen Stoffbestand
noch Nebenbestandteile. Diese sind in Skript gesondert aufgeführt. Als Beispiel dient der
Ersatz von Zink (Zn) durch Cadmium (Cd) im Mineral Zinkblende (ZnS). Das Cd hat einen
ähnlichen Ionenradius und ist wie das Zn zweifach positiv geladen. Daher kann Cd auf dem
Gitterplatz des Zn im Mineral ZnS vorkommen. Die Menge dieses Ersatzes richtet sich nach
dem Angebot von Zink gegenüber Cadmium während des Bildungsprozesses des Minerals
Zinkblende.
Sind dagegen zwei oder mehr chemische Elemente mit ähnlicher Ladung und ähnlichem
Ionenradius in einem Mineral vertreten, so lassen sich so genannte Endglieder definieren. Diese
Endglieder sind untereinander im festen Zustand mischbar und bilden auf diese Weise
Mischkristalle. Als Beispiel dient der gleichzeitige Einbau vom Magnesium (Mg) und Eisen
(Fe) im Mineral Olivin, einem Silikat, das als Anion die vierfach negativ geladene Gruppe
SiO44- enthält. Zum Ladungsausgleich werden also vier positive Ladungen benötigt. Fe und Mg
sind als Kationen zweiwertig geladen und haben einen sehr ähnlichen Ionenradius. Olivin hat
daher die allgemeine Formel (Mg,Fe)2SiO4. Das reine Mg-Endglied des Olivins hat die Formel
Mg2SiO4 und das reine Fe-Endglied hat die Formel Fe2SiO4. Beide Endglieder sind
untereinander vollständig mischbar und bilden den Mischkristall Olivin.
7
1. Elemente
Gediegene Metalle:
Gold, Silber, Kupfer, Platin, Eisen, Quecksilber
Halbmetalle:
Arsen, Antimon, Wismut
Nichtmetalle:
Schwefel, Kohlenstoff
Eigene Notizen:
8
Es gibt etwa dreißig Elemente, die in der Natur als Minerale in fester Form vorkommen. Die
einzige Ausnahme ist Quecksilber, es ist sehr selten und kommt unter natürlichen Bedingungen
im flüssigen Zustand vor. Die Minerale dieser Gruppe sind entweder relativ reine Elemente im
gediegenen Zustand oder aber homogene Legierungen. Das nur in Meteoriten auftretende
Nickel-Eisen wird hier nicht behandelt, da es für gesteins- und lagerstättenbildende Prozesse
ohne Bedeutung ist. Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht der wichtigsten Gruppen.
Metalle
Halbmetalle
Nichtmetalle
Gold-Gruppe:
Arsen-Gruppe:
Schwefel S
Gold
Au
Arsen As
Diamant C
Silber
Ag
Antimon Sb
Graphit C
Kupfer
Cu
Wismut Bi
Platin-Gruppe:
Platin
Pt
Eisen-Gruppe:
Eisen
Fe
Quecksilber-Gruppe:
Quecksilber Hg
Die Metalle sind in der Regel in einer hohen Raum-Symmetrie kristallisiert. Die einzelnen
Atome sind dann in dichtesten Kugelpackungen angeordnet. Dies bedingt eine allgemein hohe
Leitfähigkeit, hohe Dichte und das charakteristische mechanische Verhalten. Die ArsenGruppe wird in diesem Skript nicht durchgenommen.
Das Quecksilber (Hg) soll hier nur randlich erwähnt werden. Es kristallisiert bei – 39 °C aus,
hat eine Dichte von 13,6 g/cm3 und ist metallisch glänzend. Es kommt in kleinen Tröpfchen in
den Verwitterungszonen von Zinnober-Lagerstätten (HgS) vor. Gegenüber dem Zinnober ist
metallisches Quecksilber wirtschaftlich unbedeutend. Natürliches Amalgam ist eine Legierung
des Hg mit Ag oder Au.
9
Gold
Au
Nebenbestandteile:
Ag, FeS2, FeAsS
Bruch:
hakig, plastisch verformbar
Farbe:
gelber Metallglanz, durch Ag
heller: keine Anlauffarben
Strich:
goldgelb, metallglänzend
Dichte:
19 - 16 g/cm3 mit Zunahme
des Ag-Gehaltes
Härte:
2,5 – 3
Spaltbarkeit: fehlt
Idiomorphe Kristalle sind selten. Meist kommt das Gold in bizarren blech- oder drahtförmigen
Aggregaten vor. Verbreitet ist es als Einschluss in sulfidischen Erzmineralen wie Pyrit (FeS2)
oder Arsenkies (FeAsS). Gediegen Gold enthält immer Anteile anderer Metalle, vor allem
Silber. Gold kommt auf primären Lagerstätten in Erzgängen vor. Dort wird es aus einem
hydrothermalen Fluid abgeschieden. Das natürliche Gold enthält meist 2-20 Gew.-% Silber.
Primäre Lagerstätten sind die alten Gold-Quarz-Gänge der Hohen Tauern und Siebenbürgens
sowie die Porphyry-Copper-Lagerstätten an aktiven Plattenrändern (Anden, Papua). Auf
sekundärer Lagerstätte ist das Gold als Schwermineral auf sog. Seifen angereichert. Dies sind
Schwemm-Anhäufungen des exogenen Zyklus. Die berühmteste ist die fossile Seife von
Witwatersrand in Südafrika.
Gold wird durch Amalgamierung oder das Zyanidverfahren aus den Erzen gewonnen.
Verwendet wird Gold hauptsächlich als Währungsmetall, daneben unter anderem in der
Medizin, der Elektronik und der Schmuckindustrie.
10
Silber
Ag
Nebenbestandteile:
Au, Hg, Cu, Bi
Bruch:
hakig, plastisch verformbar
Farbe:
frischer Bruch silberweißer
Metallglanz, sonst gelblich bis
schwarz anlaufend durch
Silbersulfid
Strich:
silberweiß bis gelblich
metallglänzend
Dichte:
10 - 12 g/cm3
Härte:
2,5 – 3
Spaltbarkeit: fehlt
Gediegen Silber kommt meist in Form von draht-, haar- oder dendritischen Aggregaten vor. Es
enthält immer etwas Au und in kleineren Anteilen auch Hg und Cu. Das Vorkommen von
gediegen Silber beschränkt sich auf die oberflächennah veränderten Silber-Lagerstätten wie
etwa den Vererzungen im Harzer oder im Erzgebirgischen Gangrevier. Silber wird selten
gediegen abgebaut. Abbauwürdige Vorkommen bilden Ag-Erzminerale aus. Das Sulfid
Bleiglanz ist bis heute das wichtigste Silbererz.
Neben der Nutzung für Schmuck wird Silber unter anderem auch in der Elektrik, der
Elektronik, der Optik, als Geschirr und als Legierung verwendet.
11
Kupfer
Cu
Bruch:
hakig, dehnbar
Farbe:
roter Metallglanz, matte
Anlauffarben durch
Oxidschicht
Strich:
kupferrot, metallglänzend
Dichte:
8,5 - 9 g/cm3
Härte:
2,5 – 3
Spaltbarkeit: fehlt
Wie Au und Ag tritt Kupfer in unregelmäßig geformten Aggregaten auf. Häufigstes
Vorkommen ist die Verwitterungszone großer Cu-Lagerstätten, beispielsweise im Westen der
USA (Bisbee, Arizona) sowie am Lake Superior. Der Hauptproduzent von Kupfer ist Chile
(Stand: 2011), mit der größten im Tagebau betriebenen Kupfermine Chuquicamata.
Als Kupfererz ist gediegenes Kupfer von geringer Bedeutung, weil diese Vorkommen meist
sehr kleinräumig sind. Hauptsächlich werden Kupfersulfide zur Kupfergewinnung abgebaut.
Kupfer bildet eine Paragenese mit vielen sekundären Kupfermineralen wie etwa Azurit und
Malachit und Mineralen wie Calcit, Quarz oder Silber. Kupfer wird unter anderem in der
Elektrik, Elektronik und als Bestandteil von Legierungen verwendet. Als Kupferblech wird es
für Dächer verwendet. Durch die sich bildende Patina schützt sich das Dach praktisch selbst
vor einer weiteren Verwitterung.
12
Eisen
Fe
Bruch:
hakig
Farbe:
stahlgrau bis schwarzgrau
Strich:
stahlgrau
Dichte:
7,9 g/cm3 (rein)
Härte:
4–5
Eisen kommt extrem selten gediegen vor. Eine Ausnahme bilden Eisenmeteoriten. Die Gruppe
der Fe-Meteorite enthält Fe-Ni-Legierungen mit wechselnden Anteilen von Ni im Fe, die aber
immer größer als 5 Gew.-% Ni betragen.
In gesteinsbildenden Prozessen ist Eisen immer an hochofenähnliche Abläufe geknüpft: Wenn
Kohle-Flöze in Kontakt mit basaltischen Schmelzen kommen, wird das in der Schmelze
enthaltene oxidisch gebundene Fe bei der Kristallisation reduziert. Es bilden sich Knollen
gediegenen Eisens. An der Erdoberfläche wird Eisen durch den Kontakt mit der Atmosphäre
oxidiert, besser bekannt als „Rosten“. Wirtschaftlich genutzt werden Eisenerzlagerstätten. Zu
den wichtigsten Eisenerzen gehören unter anderem Hämatit (Fe2O3), Magnetit (Fe3O4) und
Siderit (FeCO3).
Eisen wird hauptsächlich zur Herstellung von Stahl verwendet. Durch seinen starken
Ferromagnetismus ermöglicht es den Einsatz von Elektromagnetismus. In geringen Mengen
findet das Mineral auch Anwendung in der Medizin.
13
Platin
Pt
Nebenbestandteile:
Farbe:
Ir, Os, Rh, Pd, Cu, Au, Fe
stahlgrau, metallisch glänzend,
oxidiert nicht an der Luft
Strich:
silberweiß
Dichte:
15 – 19 g/cm3, je nach FeGehalt
Härte:
4 – 4,5
Spaltbarkeit: fehlt
Gediegenes Platin bildet immer Legierungen mit Eisen, dessen Anteil meist zwischen 4 - 11%
beträgt, und es enthält immer andere seltene Elemente wie Ir und Os, aber auch etwas Cu und
Au. Das Metall wird liquid-magmatisch als Frühkristallisat gebildet.
Das häufigste Vorkommen von Platin ist das in ultramafischen Magmatiten (Merensky Reef,
Bushveld; Ural). Eine sekundäre Anreicherung auf Seifen ist ebenfalls von Bedeutung, werden
heute aber nur noch in Südafrika (Transvaal) abgebaut. Seifen mit Platin-Nuggets von
beachtlicher Größe waren auf beiden Seiten des Urals in Ausbeutung. In den Ultramafititen ist
Platin meist sehr fein im Gestein verteilt. Als Nebenprodukt vom Nickelabbau wird Platin in
Sudbury (Ontario) und Norilsk (Russland) gefördert.
Neben Schmuckgegenständen wird Platin unter anderem auch in der Elektroindustrie, der
Spezialglasschmelze, für physikalische und chemische Geräte und die Medizin (z. B.
Herzschrittmacher, Medikamente) verwendet.
Iridium (Ir), Osmium (Os) und Palladium (Pd) kommen gelegentlich in Form von Nuggets
als eigene Minerale auf Gold- und Platin-Seifen vor. Diese Elemente gehören mit zur
Platingruppe, werden hier aber nicht näher behandelt.
14
Schwefel
Farbe:
S
schwefelgelb, durch Bitumen
braun
Strich:
weiß
Dichte:
2,0 – 2,1 g/cm3
Härte:
1,5 – 2
Spaltbarkeit: angedeutet
Gediegen Schwefel (α-S) ist sehr häufig in vulkanischen Exhalationen vertreten. Bedeutungen
haben bis heute die Lagerstätten in Agrigento, Sizilien. Der β-Schwefel (monoklin) existiert
nur bei hohen Temperaturen (< 95 °C) in aktiven Vulkanbauten und geht bei Abkühlung in den
α-Schwefel (orthorhombisch) über. Er bildet sich aber auch bei der bakteriellen Reduktion
durch das Schwefelbakterium Desulfovibrio desulfuricans von Sulfat-Schwefel in Sedimenten
(Texas, Louisiana). Schwefel bildet oft hübsche Kristalle in bipyramidaler Erscheinung aus. In
sedimentären Vorkommen ist Schwefel massig bis feinkörnig und xenomorph (=
Fremdgestalt). Vulkanisch gebildeter Schwefel ist aus allen rezenten Vulkangebieten (z. B.
Sizilien) bekannt. Weitere Funde gibt es im Gips, Anhydrit und Salz von Stassfurt (SachsenAnhalt).
Elementarer Schwefel wird vor allem als Abfallprodukt bei der Eröl- und Erdgasverwertung
durch das Claus-Verfahren oder durch Rösten von Sulfiden gewonnen. Bergmännisch wird
Schwefel mit Hilfe des Frasch-Verfahrens gefördert.
Verwendet wird Schwefel hauptsächlich für die Herstellung von Schwefelsäure, im geringeren
Umfang für die Vulkanisierung von Kautschuk, die Pyrotechnik und in der Stahlindustrie.
15
Graphit
C
Eigenschaft: sehr gute Leitfähigkeit
Farbe:
schwarz, metallisch
glänzend, opak
Strich:
schwarz
Dichte:
2,25 g/cm3
Härte:
1, schwarz abfärbend
Spaltbarkeit: vollkommen
Graphit besitzt eine für dieses Mineral sehr typische Schichtstruktur, in der in jeder Schicht ein
C – Atom von 3 weiteren C-Atomen umgeben ist. Es werden so zweidimensional unendliche
hexagonale Netze aufgespannt. Dies begründet seine sehr gute Leitfähigkeit.
Das häufigste Vorkommen ist das als Graphit-Schüppchen in metamorph überprägten
Sedimenten. In metamorphen Flözen ist es zu großen Aggregaten von teilweise wirtschaftlicher
Bedeutung gehäuft, seine Form ist immer xenomorph. Klassische Vorkommen sind die in
Marmoren konservierten Graphite von Kropfmühl bei Passau und Pargas in Finnland.
Gelegentlich enthalten sehr mafische Magmen Einschlüsse von Graphit (Beispiel: Harzburger
Gabbro). Wichtige Vorkommen werden in British-Kolumbia (Kanada) im SlocanBergbaubezirk exploriert (Stand: 2011).
Verwendet wird Graphit unter anderem in der Atomindustrie, bei der Bleistiftherstellung, als
Schmiermittel und in der Stahlindustrie.
16
Diamant
C
Eigenschaft: sehr hohe Lichtbrechung
Farbe:
wertvolle Steine sind
farblos
Strich:
weiß
Dichte:
3,52 g/cm3
Härte:
10
Spaltbarkeit: vollkommen
Diamant ist das härteste Mineral. Auf den verschiedenen Flächen und in den verschiedenen
Richtungen auf einer gegebenen Fläche bestehen Härteunterschiede. Diamant kommt in
Kimberlit-Lagerstätten in primärer Lagerung vor, aber auch die Anreicherung als
Schwermineral auf Seifen ist von wirtschaftlicher Bedeutung. Diamant tritt meistens als
Oktaeder und Würfel mit korrodierten Kanten auf. Andere komplizierte Wachstumsformen
werden ebenfalls beobachtet.
Da die Diamanten an die Eruption von Kimberliten gebunden sind, werden nur in den
Bereichen alter Kontinentalmassen, auf die diese Eruptivgesteine beschränkt sind,
nennenswerte Funde erzielt. Die Gehalte von Diamant in Kimberlit können bis zu 200 Karat
pro Tonne Gestein betragen. Die reichsten Vorkommen sind derzeit in Sibirien (Udachnaya,
Mir) und in NW-Australien (Kimberley-Mine) in Abbau. Es werden regelmäßig neue Funde
gemacht, so zum Beispiel bei Archangelsk, in Brasilien, in Indien und in Südafrika. Diamanten
kommen auch in Seifen vor. Industrie-Diamanten können aus der Gasphase im Lichtbogen
oder durch Glimmentladung erzeugt werden. Die größte im Abbau befindliche Diamantenmine
ist die Diavik Mine in Kanada (Stand: 2010). Russland führt bei der Produktion von
Naturdiamanten, die USA bei den synthetischen Diamanten (Stand: 2010).
17
Diamanten werden als Schmucksteine verwendet. Für die Verwendung als Schleifmittel, als
Schutzschicht vor Abnutzung z. B. auf Bohrkronen und die Bearbeitung von Diamanten usw.
werden hauptsächlich Industriediamanten eingesetzt.
Im unten stehenden P-T-Diagramm sind die Stabilitätsbereiche von Graphit und Diamant in der
Erde aufgetragen. Zur Bildung der sehr dichten Diamant-Struktur benötigt man extrem hohe
Drücke, wie sie innerhalb des Erdmantels nur in Tiefen > 130 bis 150 km verwirklicht sind.
Nur die sehr schnelle Extrusion von Kimberliten ermöglicht die oberflächennahe
Konservierung dieses metastabilen Zustands.
18
2. Sulfide, Sulfosalze
Kupferglanz, Silberglanz, Pentlandit, Bleiglanz,
Zinkblende, Kupferkies, Magnetkies, Zinnober,
Antimonglanz, Molybdänglanz, Pyrit, Markasit
Eigene Notizen:
19
In dieser Gruppe sind die natürlichen Schwefelverbindungen vieler Übergangsmetalle (z. B.
Fe, Ni, Cu, Ag, Pb, Zn) und einiger Metalloxide (z. B. As, Sb) zusammengefaßt. Diese
Minerale sind z. T. von großer wirtschaftlicher Bedeutung, sie stellen den größten Teil der
Erzminerale. Andere Sulfide sind auf wenige Lagerstätten begrenzt und nur genetisch
interessant. Diese werden genannt, aber nicht näher betrachtet.
Man unterscheidet die Sulfide chemisch nach dem Verhältnis des Metalls (Me) zum Schwefel
(S). Es gibt Sulfide mit Me/S > 1 (Beispiel: Kupferglanz Cu2S, Bornit Cu5FeS4), solche mit
Me/S = 1 (Bleiglanz PbS, Zinkblende ZnS) und solche mit Me/S < 1 (Beispiel: Pyrit FeS2,
Molybdänit MoS2). Außerdem gibt es noch komplexe Sulfide, die sogenannten Sulfosalze, in
denen außer Schwefel noch Sb und As als Anionen auftreten (Beispiel: Fahlerze wie
Tetraedrit Cu12Sb4S13 und Tennantit Cu12As4S13; Rotgültigerze wie Proustit Ag3AsS3 und
Pyrargyrit Ag3SbS3).
Nicht besprochen werden die auch in die zweite Gruppe gehörenden Arseniden.
20
Kupferglanz (Chalkosin)
Farbe:
Cu2S
bleigrau (frischer Bruch), an
der Luft matt und schwarz
anlaufend
Strich:
grauschwarz
Dichte:
5,5 – 5,8 g/cm3
Härte:
2,5 - 3
Spaltbarkeit: undeutlich nach {110}
Kupferglanz kommt in Form von bleigrauen, feinkristallinen Massen vor. Er wird als
primäres Erzmineral hydrothermal abgeschieden. Große Lagerstätten dieses Typs waren die
von Butte (Montana) und Tsumeb (Namibia). Sekundär tritt es in der Zementationszone von
großen Kupferlagerstätten auf. Es findet sich auch als fein verteiltes Erzmineral in der
Zechstein-Einheit Kupferschiefer in Mitteleuropa. Kupferglanz verwittert leicht unter Bildung
von Rotkupfererz (Cuprit) Cu2O2, gelegentlich von gediegen Kupfer und von den CuHydrokarbonaten Azurit und Malachit. Es handelt sich um ein dimorphes Mineral, da es bei
Abkühlung unter 103 °C von einem hexagonalen Kristallsystem (Hoch-Chalkosin) in ein
monoklines (Tief-Chalkosin) wechselt.
21
Silberglanz (Argentit, Akanthit)
Farbe:
Ag2S
frisch bleigrau, schwarz
anlaufend, pulveriger Zerfall
Strich:
dunkelgrau
Dichte:
7,3 g/cm3
Härte:
2 – 2,5
Spaltbarkeit: fehlt
Primäres, hydrothermal gebildetes Erzmineral sowie als Silberträger im Bleiglanz (PbS). Es
ist eines der wichtigsten Silbererz-Minerale und damit von wirtschaftlicher Bedeutung.
Silberglanz ist verbreitet in den hydrothermalen Gängen des Erzgebirges und Böhmens sowie
besonders reichlich in einigen Lagerstätten Mexikos.
Silberglanz kristallisiert als kubischer Argentit (Hochtemperatur-Modifikation von Ag2S) aus
und geht bei Abkühlung unter 173 °C in die stabile Phase des monoklinen Akanthit
(Tieftemperatur-Modifikation von Ag2S) über. Bei niedrig temperierten hydrothermalen
Lösungen entsteht Akanthit direkt.
22
Pentlandit (Eisennickelkies)
Farbe:
bronzegelb
Strich:
schwarz
Dichte:
4,6 – 5 g/cm3
Härte:
3,5 - 4
(Ni, Fe)9S8
Spaltbarkeit: deutlich nach {111}
Pentlandit
entsteht
zusammen
mit
Magnetkies
(Pyrrhotin)
als
liquidmagmatische
Ausscheidung aus mafischen Schmelzen, wobei Pentlandit zumeist als Einschluß in
Magnetkies auftritt. Diese Entstehung ist besonders gut belegt in der wichtigen Ni-Lagerstätte
von Sudbury, Ontario (Kanada). Eine ähnliche Genese und Bedeutung hat das BushveldMassiv in Transvaal (Südafrika). Pentlandit ist ein Frühkristallisat. Mit einem Nickelgehalt
von ungefähr 34 % gehört Pentlandit zu einem der wichtigsten Nickelerze.
Nickel wird hauptsächlich zur Stahlveredelung und für Legierungen verwendet, in geringerem
Maße auch in der chemischen Industrie und in der Galvanotechnik.
23
Bleiglanz (Galenit)
PbS
Nebenbestandteile
Ag, Au, Se
Farbe:
bleigrau, starker Metallglanz
auf frischen Bruchflächen
Strich:
grauschwarz
Dichte:
7,4 – 7,6 g/cm3
Härte:
2,5 – 3
Spaltbarkeit: vollkommen
Bleiglanz weist gewöhnlich einen schwachen Gehalt an Silber auf, der meist bei 0,01-0,3 %
liegt, aber auch bis zu 1 % betragen kann. In der vorlesungsbegleitenden Übung wird ein
Gehalt von 0,5 % Silber in Bleiglanz angegeben. Das kommt hauptsächlich durch Einschlüsse
verschiedener Silberminerale (siehe Silberglanz), oftmals von silberreichem Fahlerz. Bei
Bleiglanz handelt es sich um das wichtigste und häufigste Pb-Erzmineral, und wegen seiner
Verbreitung ist es auch das wichtigste Silbererz.
Bleiglanz
entsteht
häufig
auf
hydrothermalen
Gängen
und
als
hydrothermales
Verdrängungsprodukt von Kalkstein. Sedimentär wird PbS selten gebildet. Auf Grund
gleicher Bildungsbedingungen bildet Bleiglanz zusammen mit Zinkblende (ZnS) eine
Paragenese. Bleiglanz tritt als sog. Durchläufer in fast allen Gangvererzungen des
europäischen Grundgebirges (Harz, Erzgebirge etc.) auf. Mengenmäßig weniger bedeutend
sind die Imprägnationen in Sandstein (Buntsandstein) und in Kalksteinen.
Neben der Verwendung als Strahlenschutz wird Blei auch als Metall oder Legierung genutzt.
Auf Grund seiner Toxizität wird Blei nicht mehr zur Herstellung von Wasserrohren und
Essgeschirr bzw. Trinkgefäßen verwendet. Weitere Verwendung findet Blei noch in einigen
Ländern als Bestandteil von Kosmetik, Farben und Benzin.
24
Zinkblende (Sphalerit)
ZnS
Nebenbestandteile
Fe, Cd, Mn
Eigenschaft: meist opak
Farbe:
meist bräunlich-rot, gelb,
schwarz, starker
(blendeartiger) Glanz
Strich:
gelb bis braun
Dichte:
3,9 – 4,1 g/cm3
Härte:
3,5 – 4
Spaltbarkeit: vollkommen, jedoch spröde
Fe ist ein Nebenbestandteil, der fast immer in Zinkblende vorhanden ist. Mit zunehmendem
Fe-Gehalt wird die Zinkblende dunkler bis schwarz gefärbt. Neben Fe kommen auch Cd
(circa 0,5 %) und Mn als Nebenbestandteile, sowie auch seltene Metalle wie In, Ga, Tl und
Ge vor.
Zusammen mit Bleiglanz auf fast allen hydrothermalen Gängen des europäischen
Grundgebirges (Harz, Erzgebirge etc.) zu finden. Zinkblende ist das wichtigste
Zinkerzmineral und von großer wirtschaftlicher Bedeutung. Eines der wichtigsten
Vorkommen ist das von Broken Hill (Australien). Außerdem kommt es als synsedimentäreexhalative Bildung in schichtgebundenen Lagerstätten vor, Beispiele hierfür sind der
Rammelsberg in Niedersachsen und Meggen in Westfalen.
Zinkblende enthält als wichtiges Spurenelement das hoch toxische Cadmium. Dieses fällt als
Metall bei der Verhüttung von Zinkerzen an und kann wegen seiner hohen Flüchtigkeit sehr
leicht in der Umgebung verteilt werden.
Zink dient als Korrosionsschutz, wird für Batterien und die Herstellung von Zinkblech (u. a.
für Regenrinnen) verwendet. Cadmium wird als Rostschutz, in Akkus, als Legierung und zum
Färben von Glas verwendet.
25
Kupferkies (Chalkopyrit) CuFeS2
Farbe:
grünlich bis gelb, Metallglanz,
bunt anlaufend
Strich:
schwarz
Dichte:
4,1 – 4,3 g/cm3
Härte:
3,5 – 4
Spaltbarkeit: fehlt
Kupferkies ist das verbreitetste und mit meist 33 % Cu-Gehalt auch eines der wirtschaftlich
wichtigsten Cu-Erzminerale. Kupferkies wird als magmatisches Frühkristallisat zusammen
mit Magnetkies und Pentlandit gebildet. In hydrothermalen Gängen, in Stöcken (sogenannten
Kiesstöcken) und Lagern, auch als Imprägnation. Rezent als submarine-exhalative
Ablagerung an Mittelozeanischen Rücken. Kupferkies ist ein Durchläufermineral. Bei seiner
Verwitterung entsteht ein inhomogenes Verwitterungserz (Kupferpecherz bzw. Ziegelerz),
das aus Azurit Cu3[OH/CO3]2, Malachit Cu2[(OH)2/CO3], Rotkupfererz Cu2O, Kupferindigo
(Covellin) CuS, Buntkupferkies (Bornit Cu5FeS4), viel Brauneisenerz (Limonit FeOOH) und
anderen Mineralen besteht.
Farbe und Habitus können zur Verwechslung mit Pyrit führen. Seltener ist die Verwechslung
mit Gold.
26
Magnetkies (Pyrrhotin)
FeS-Fe1-xS
Nebenbestandteile
Ni, Co
Farbe:
hell bronzefarben, mattbraun
anlaufend, Metallglanz
Strich:
grauschwarz
Dichte:
4,6 – 4,7 g/cm3
Härte:
4
Spaltbarkeit: in grobkörnigen Stücken
deutlich
Zusammen mit Pentlandit auf den großen magmatischen Lagerstätten wie Sudbury (Kanada)
auftretend, dort wird es als Nickelerz abgebaut. Magnetkies entstand in dieser Lagerstätte als
Entmischung des sulfidischen Anteils der mafischen Magmen in Frühstadien der
Kristallisation. Außerdem kommt das Mineral in frühen hydrothermalen Gängen des Harzes
und Erzgebirges vor. Pyrrhotin ist meist ferromagnetisch.
Wirtschaftlich hat Magnetkies eher geringe Bedeutung und wird nur selten als Eisenerz
abgebaut. Verwendung findet es für die Herstellung von Eisenvitriol und als Grundstoff für
Polierrot.
27
Zinnober (Cinnabarit)
Farbe:
rot, rotbraun, schwarz
Strich:
dunkelrot
Dichte:
8,1 g/cm3
Härte:
2 – 2,5
HgS
Spaltbarkeit: nach {1 0 1̄ 0} ziemlich
vollkommen
Zinnober ist mit circa 87 % Hg-Gehalt das wichtigste Quecksilbererz, meist niedrigthermal
ausgeschieden in jungen Vulkanen wie Monte Amiata (Umbrien). Eine große, seit dem
Altertum ausgebeutete Lagerstätte ist die von Almadén (Spanien).
Als schwer wasserlösliches Farbpigment wird es in der Malerei verwendet. Hauptverwendung
findet Hg als Legierungsmetall, u. a. als Silber-Amalgam in der Zahntechnik oder für die
Goldwäsche.
Bedingt durch seine hohe Toxizität wird der Gebrauch von Quecksilber immer weiter
eingeschränkt. Die Nutzungen als Flüssigkeit in Thermometern und als Heilmittel in der
Heilkunde wurden bereits eingestellt.
28
Antimonglanz (Stibnit, Antimonit) Sb2S3
Farbe:
bleigrau, buntfarbig anlaufend
Strich:
dunkelbleigrau
Dichte:
4,5 – 4,6 g/cm3
Härte:
2 – 2,5
Spaltbarkeit: sehr vollkommen nach {010}
Wichtiges Antimonerzmineral, gelegentlich auf den Erzgängen Mitteleuropas. Gebildet wird
Stibnit auf hydrothermalen Gängen, zwischen 300 und 1000 °C. Große Lagerstätten liegen in
China und Japan. Der Antimongehalt kann über 70 % betragen.
Verwendet wird Antimon als Legierungsmetall und als Zusatz zu Akkumulatorenblei sowie
als reinstes Sb in der Halbleiterindustrie.
29
Molybdänglanz (Molybdänit) MoS2
Eigenschaft: unelastisch biegsame
Spaltplättchen
Farbe:
bleigrau, Metallglanz
Strich:
dunkelgrau
Dichte:
4,7 – 4,8 g/cm3
Härte:
1 – 1,5
Spaltbarkeit: vollkommen
Molybdänglanz besitzt meist einen geringen Gehalt an Rhenium von bis zu 0,3 %.
Einziges
wichtiges
Molybdän-Erzmineral,
meist
untergeordnet
in
pegmatitisch-
pneumatolytischen Gängen und Porphyry-Cu-Lagerstätten (Anden). Eine größere Lagerstätte
befindet sich in den Quarz-haltigen Erzen von Climax (Colorado). Es bildet häufig
Paragenese mit Wolframit.
MoS2
findet
als
Schmierstoff
Verwendung.
Mo
ist
ein
Stahlveredelungsmetall
(Molybdänstahl). Darüber hinaus wird es als Reaktormetall und in der Raketentechnik
genutzt.
In Farbe und Habitus kann Molybdänit mit Graphit verwechselt werden. Die Strichprobe kann
bei der Unterscheidung helfen.
30
Pyrit (Eisenkies, Schwefelkies) FeS2
Nebenbestandteile
Ni, Co, Cu, Au
Eigenschaft: opak
Farbe:
messinggelber Metallglanz
Strich:
grün- bis bräunlichschwarz
Dichte:
5 g/cm3
Härte:
6 – 6,5
Spaltbarkeit: sehr undeutlich
Das Eisen in Pyrit kann durch kleinere Mengen von Nickel, Kobalt oder Kupfer ersetzt sein,
mitunter auch kleinere Einschlüsse von gediegen Gold.
Pyrit ist ein außerordentlich weit verbreitetes Mineral, es handelt sich um ein typisches
Durchläufermineral. Ausgedehnte Lagerstätten des sedimentär-exhalativen Typs sind in
Meggen und am Rammelsberg in Abbau gewesen. Hauptsächlich wird Pyrit hydrothermal,
seltener magmatisch gebildet.
Pyrit kann ein wichtiger Goldträger sein und wird auch häufig mit Gold verwechselt, daher
auch die Bezeichnung Katzengold. Gold ist jedoch viel weicher und dehnbar und es hat
goldgelben Strich.
Bedingt durch sein kubisches Kristallsystem bildet Pyrit meist Würfel aus, die im Normalfall
eine typische Streifung (Wachstumsstreifung bzw. die sogenannte Kombinationsstreifung)
aufweisen. Die häufigsten Formen sind neben dem Würfel der Oktaeder sowie vielfältige
Verzwilligungen dieser Formen. Pyrit ist eine Modifikation von Markasit.
Pyrit wird zur Herstellung von Schwefelsäure (H2SO4) genutzt. Der dabei entstehende
Abröstungsrückstand wird dann in der Eisengewinnung, als Polierpulver oder als
Farbbestandteil verwendet. Je nach Gehalt der Nebenbestandteile wird Pyrit auch als Kupferoder Golderz abgebaut.
31
Markasit
FeS2
Eigenschaft: opak
Farbe:
gegenüber Pyrit eher
grünlichgelb, Metallglanz
Strich:
grünlich bis schwarzgrau
Dichte:
4,8 – 4,9 g/cm3
Härte:
6 – 6,5
Spaltbarkeit: unvollkommen
Markasit besitzt eine niedrige Bildungstemperatur und entsteht meist aus sauren Lösungen.
Oberhalb von ca. 400 °C geht der orthorhombische Markasit durch einen Umbau im
Kristallsystem in den kubischen Pyrit über.
Markasit ist nicht so verbreitet wie Pyrit. Auf manchen hydrothermalen Erzgängen
(Clausthal) und als Konkretionen in Sedimenten. Markasit entsteht bei niedrigen
Temperaturen unter 300 oC. Seine äußere Erscheinungsform ist sehr vielfältig. Sie reicht von
sehr kleinen, Himbeer-artigen Gelausscheidungen in Sedimenten (sog. Framboide) bis hin zu
sehr komplizierten Durchwachsungszwillingen in sedimentären Konkretionen. Beim
knollenförmigen Habitus zeigen Bruchflächen einen radialstrahligen (Strahlen, die vom
Mittelpunkt nach allen Seiten ausstrahlen) internen Aufbau. Außerdem gibt es mannigfaltige
Pseudomorphosen des Markasits nach den Formen anderer Minerale.
Die Verwendung ist ähnlich der von Pyrit. Gelegentlich wird er auch als Schmuckstein
verkauft, zerfällt jedoch schnell unter Bildung von schwefliger Säure.
32
3. Halogenide
Halit, Sylvin, Carnallit, Fluorit
Eigene Notizen:
33
Die Minerale dieser Gruppe sind Chloride und Fluoride von Alkali- und Erdalkalielementen.
Brom und Iod bilden keine eigenen Verbindungen als Minerale. Die Kristallgitter der hier
näher betrachteten Minerale Halit, Sylvin und Fluorit sind in der höchstmöglichen Symmetrie
angeordnet. Diese Minerale zeigen eine ausgeprägte Spaltbarkeit. Sie sind entweder farblos
oder allochromatisch, das heißt durch Fremdionen oder Fremdeinschlüsse gefärbt.
Charakteristisch für diese Gruppe ist auch die geringe Dichte der einzelnen Minerale.
34
Steinsalz (Halit)
NaCl
Eigenschaft: durchsichtig, leicht
wasserlöslich, salziger
Geschmack
Farbe:
farblos, bisweilen rot, gelb,
braun, grau durch
Beimengungen
Dichte:
2,1 – 2,2 g/cm3
Härte:
2
Die Färbung von Halit ist bei Einschlüssen von Limonit gelblich und durch Hämatit rötlich,
grau durch Toneinschlüsse, braunschwarz durch Bitumen. Durch radioaktive Bestrahlung
kann es zu Fehlern im Kristallgitter kommen, die als blaue oder violette Verfärbungen in
Erscheinung treten.
Steinsalz ist das Hauptmineral in Evaporit-Lagerstätten. Diese entstehen, wenn in nahezu
abgeschlossenen Meeresbecken die Verdunstung des Meerwassers größer ist als Zufluss plus
Niederschlag und die im Meerwasser gelösten Ionen als Verbindungen ausfallen.
Verwendet wird Halit als Speisesalz und Streusalz.
35
Sylvin
KCl
Nebenbestandteile:
Rb, Cs
Eigenschaft: bitterer Geschmack
Farbe:
mit Halit vergleichbar
Dichte:
1,99 g/cm3, geringer als die
von Halit
Härte:
2
Spaltbarkeit: vollkommen
Unterscheidungskriterien gegenüber Halit sind der bittersalzige Geschmack und die
rötlichviolette Flammenfärbung des Kaliums. Durch Farbe und Habitus kann Sylvin nicht von
Halit unterschieden werden. In Salzlagerstätten enthält der Sylvin nur wenig Na. Es können
anstatt K auch Spuren von Rb oder Cs eingebaut werden. Es handelt sich um ein Kali- oder
Edelsalz.
Wie Steinsalz ist der Sylvin ein Mineral der Evaporit-Lagerstätten und bildet sich dort als
eines der letzten Minerale. Es kann entweder primär durch Evaporation oder aber sekundär
aus Carnallit entstehen. Sylvin und Carnallit sind als Kalium-Träger von großer
wirtschaftlicher Bedeutung und finden z. B. bei der Düngemittel- und in der Glasherstellung
Verwendung.
36
Carnallit
KMgCl3 · 6 H2O
Eigenschaft: stark hygroskopisch, starke
Phosphoreszenz
Farbe:
farblos, meist aber weiß,
rosa, grau, rot, braun, blau
oder gelb, Fettglanz
Dichte:
1,6 g/cm3
Härte:
1,5 – 2
Spaltbarkeit: keine
Carnallit bildet sich als eines der letzten Minerale in der Evaporit-Abfolge und zählt zu den
Kali- bzw. Edelsalzen. Das Vorkommen ist auf sedimentäre Salzlagerstätten beschränkt. Er
bildet zusammen mit Halit (NaCl), Kainit (KMg[Cl|SO4]·3H2O) und Kieserit (MgSO4·H2O)
plus Anhydrit (CaSO4) das K-Salzgestein Carnallitit (Kalisalz). Es ist das wichtigste primäre
Kalisalz in den deutschen Kalisalzlagerstätten. Wichtige Fundorte sind auch Suria (Spanien),
Kalusz (Ukraine) und Benghasi (Libyen).
Es hat einen stark bitteren Geschmack. An der Atmosphäre nimmt Carnallit Wasser aus der
Luft auf und zerfließt unter Abscheidung von Sylvin. Austausch der Cl- - Ionen durch Br- Ionen führt zur Varietät Bromcarnallit. Dieser wurde eine Zeit lang zur Gewinnung von Brom
genutzt, dies ist jedoch nicht mehr wirtschaftlich. Carnallit wird zur Herstellung von
Kaliumdünger verwendet.
37
Fluorit (Flussspat)
Farbe:
CaF2
in fast allen Farben
vorkommend, meist grün,
violett, farblos, gelb, rosa
Dichte:
3 – 3,5 g/cm3
Härte:
4
Spaltbarkeit: vollkommen
Die Färbung von Fluorit ist meist blass. Für die Farbunterschiede gibt es unterschiedliche
Ursachen, z.B. Einbau von Spurenelementen oder radioaktive Bestrahlung.
Flussspat kommt als pneumatolytische Bildung in Gängen und Imprägnationen, in
hydrothermalen Gängen sowie schichtgebunden in Sedimenten vor. Letztere Vorkommen
gewinnen als Lagerstätten immer größere Bedeutung. Vorkommen in Harz und Erzgebirge
auf Gängen. Im Abbau sind große Lagerstätten in China.
Bei xenomorphem Habitus ist die Unterscheidung des kubischen Fluorits von dem trigonalen
Tiefquarz schwierig. Hier hilft die Ritzprobe, da Fluorit deutlich weicher als Quarz ist.
Fluorit wird zur Senkung von Schmelzpunkten, zur Herstellung von Fluorchemikalien (z. B.
Flusssäure) und in der Glasindustrie verwendet.
38
4. Oxide, Hydroxide
4.1 XO2-Verbindungen
Quarz, Rutil, Zinnstein, Pyrolusit, Pechblende,
Wolframit
Eigene Notizen:
39
Quarz
SiO2
Tief-Quarz:
Eigenschaft: Glasglanz, Fettglanz auf
Bruchflächen
Farbe:
reiner Quarz ist farblos
Dichte:
2,65 g/cm3
Härte:
7
Spaltbarkeit: fehlt, bis auf seltene
Ausnahmen
Quarz wird auf Grund seiner chemischen Zusammensetzung zu den Oxiden gestellt, dort
gelegentlich auch als eigene Gruppe („Quarzgruppe“) geführt. Der innere Aufbau von Quarz
entspricht der von Gerüstsilikaten (Tektosilikaten). Durch die elektrostatisch ausgeglichene
Struktur kommt es zu keinem Einbau von Kationen in der Quarzstruktur. Bei allen
Gerüstsilikaten wird neben dem vierwertigen Silizium auch dreiwertiges Aluminium in die
Tetraeder eingebaut. Damit die Struktur wieder neutral wird, werden Kationen eingebaut. Der
innere Aufbau von Quarz führt gelegentlich zu einer Einordnung desselben bei den
Tektosilikaten, dies ist aus oben genannten Gründen jedoch nicht haltbar.
Quarz ist ein sehr weit verbreitetes gesteinsbildendes Mineral der gesamten kontinentalen
Erdkruste. Er kommt in felsischen Magmatiten (Granite etc.), Metamorphiten (Gneise etc.)
und klastischen Sedimenten (Sandsteine etc.) vor. Dort ist er in der Regel xenomorph
ausgebildet und fast immer ein wenig trüb durch Einschlüsse. Klare Kristalle kommen meist
nur als sekundäre Bildungen auf Klüften und in Form anderer Neubildungen in Hohlräumen
vor.
40
Die Quarzgruppe, SiO2
Modifikation
Kristallsystem
Dichte (g/cm3)
Tief-Quarz
trigonal
2,65
Hoch-Quarz
hexagonal
2,53
Tief-Tridymit
monoklin
2,27
Hoch-Tridymit
hexagonal
2,26
Tief-Cristobalit
tetragonal
2,32
Hoch-Cristobalit
kubisch
2,20
Coesit
monoklin
3,01
Stishovit
tetragonal
4,35
Opal (SiO2 · nH2O)
amorph
2,1 – 2,2
p-T-Diagramm der SiO2-Modifikationen
Das Diagramm gibt an, bei welchem Druck und welchen Temperaturen eine bestimmte Modifikation stabil ist.
Nach Farbe, Ausbildung und anderen Aspekten werden unterschiedliche Varietäten des TiefQuarzes unterschieden, wie zum Beispiel:
Bergkristall:
klar, durchsichtig
Rauchquarz:
rauchbraun; Färbung entsteht durch Punktdefekte bedingt durch
radioaktive Strahlung
Citrin:
zitronengelb; Strukturbaufehler und ionisierte Strahlung oder Fe3+
Amethyst:
violett; Einlagerungen von Fe4+ und radioaktive Bestrahlung
41
Rosenquarz:
rosarot; Spuren von Ti4+ und Mn3+
Tigerauge:
bronzegelb schillernd; Oxidation von enthaltenem Amphibolasbest
Milchquarz:
milchig-trüb; Flüssigkeitseinschlüsse
Gemeiner Quarz:
farblos, trüb, grau; durch das Wachstum weitere Unterteilungen in
Varietäten wie z. B. Kappenquarz, Sternquarz
Tridymit und Cristobalit sind selten. Sie kommen in manchen Vulkaniten vor und
gelegentlich in Sedimenten. Coesit und Stishovit sind Hochdruck-SiO2-Modifikationen.
Stishovit entsteht durch den hohen Druck, der beim Aufprall eines Meteoriten in ImpaktKratern auftritt. Coesit tritt in manchen Ultrahochdruckgesteinen auf.
Opal ist eine Gel-artige SiO2-Modifikation, deren Vorkommen auf den sedimentären Bereich
beschränkt ist. Dort findet man ihn in Form von Feuersteinen (Flint) und manchmal als
Edelsteinvarietät in Mergeln (Australien). Die Farben des Edelsteins Opal werden
hervorgerufen durch orientierte Einlagerungen von H2O-Molekülen, die das typische
Opalisieren bewirken.
Chalzedon ist schlecht kristallisierter, faserförmiger Tief-Quarz. Chalzedon-Aggregate in
ehemaligen Blasenräumen von Vulkaniten werden als Achat bezeichnet. Wässrige Lösungen
füllen die Blasenhohlräume aus, kühlen ab, die Flüssigkeit verflüchtig sich und die
Ablagerungen füllen die Gasblase aus. Da sich dieser Vorgang mehrfach wiederholt, kommt
es durch unterschiedliche farbgebende Minerale zu unterschiedlichen Ablagerungsschichten.
Diese Schichten können als Wasserwaage genutzt werden, um die ursprüngliche Lagerung
des Gesteins zu bestimmen. Einlagerungen von Eisen-Oxiden oder –Hydroxiden rufen
vielfältige Färbungen hervor.
Quarz wird in der Glasherstellung, als Baustoff (Sand) und das Silizium aus dem Quarz in der
Halbleiterindustrie verwendet. Auf Grund der vielen Modifikationen und Varietäten wird
Quarz häufig als Schmuckstein verwendet.
42
Rutil
TiO2
Nebenbestandteile
Fe2+, Fe3+, Nb, Ta
Farbe:
dunkelrot, braun, gelblich,
seltener schwarz,
durchscheinend
Strich:
gelblich bis bräunlich
Dichte:
4,2 – 4,3 g/cm3
Härte:
6 – 6,5
Spaltbarkeit: vollkommen
Manche Rutile weisen Gehalte von Fe2+, Fe3+, Nb und Ta auf. Modifikationen von Rutil sind
der Anatas und der Brookit.
Rutil ist ein Durchläufer in vielen felsischen Magmatiten (Granite etc.), dabei ist er meist nur
als ein mikroskopischer Gemengteil sichtbar. In Form von dünnen Nädelchen in
Sedimentgesteinen wie Tonschiefern. In metamorphen Gesteinen können größere Kristalle
wachsen, so auch in manchen Pegmatiten. Auf sekundärer Lagerstätte als Gemengteil von
Sanden.
Das wichtigste Ti-Mineral nach Ilmenit. Industriell hergestellt als weißes Farbpigment
(Titanweiß) genutzt. Synthetischer Rutil wird als Diamantersatz verwendet.
43
Kassiterit (Zinnstein)
SnO2
Nebenbestandteile
Fe2+, Fe3+, Ti , Nb, Ta, Zr
Farbe:
gelbbraun bis schwarzbraun,
auf Bruchflächen Fettglanz
Strich:
gelb bis farblos
Dichte:
6,8 – 7,1 g/cm3
Härte:
6–7
Spaltbarkeit: bisweilen angedeutet
Der Sn-Gehalt ist meist geringer als der theoretische Wert von 78,8 %. Dies liegt an dem
Austausch einiger Sn-Ionen durch Fremdionen wie Fe2+, Fe3+, Ti , Nb, Ta und Zr.
In Pegmatitgängen, als Gemengteil in pneumatolytischen Gängen und als disseminierte
Verteilung in einigen oberflächennahen Magmatiten; gelegentlich auch in hydrothermalen
Gängen zusammen mit Sulfiden (Bolivien), entsteht primär bei der Bildung von Greisen (wie
z. B. in Portugal). Durch die hohe Dichte als Schwermineral auf sekundärer Lagerstätte als
Seifen-Zinn (Malaysia). Wichtigstes Zinn-Erzmineral.
Idiomorphe Kristalle bilden Dipyramiden aus.
Zinn wird zur Herstellung von Weißblech, Lötzinn und als Bestandteil von Bronze verwendet.
44
Pyrolusit
MnO2
(Braunstein, Schwarzer Glaskopf)
Farbe:
dunkelgrau, Metallglanz,
opak
Strich:
schwarz
Dichte:
4,7 – 5,1 g/cm3 je nach
Beschaffenheit
Härte:
nicht bestimmbar, 2 – 6,5
Spaltbarkeit: an Kristallen deutlich
Der Mn-Gehalt kann bis ca. 63 % betragen; meist mit zahlreichen fremden Beimengungen.
Pyrolusit ist Bestandteil von Verwitterungserzen, oft neben dem Mineralgemenge Limonit,
sedimentär. Pyrolusit war ein bedeutendes Erzmineral im Ilfelder Becken, Harz. Aus Gelen
gebildete Pyrolusite treten als sog. Schwarzer Glaskopf auf. Die häufigsten Braunstein-Lager
befinden sich in Form von Mangan-Knollen auf dem Meeresboden fast aller Ozeane.
Es handelt sich um das wichtigste Mn-Erzmineral. Mangan wird als Stahlveredelungsmetall,
für Legierungen und in der chemischen Industrie verwendet.
45
Uraninit
UO2
(Pechblende, Uranpecherz)
Eigenschaft: stark radioaktiv
Farbe:
schwarz, halbmetallischer bis
pechartiger Glanz
Strich:
bräunlichschwarz
Dichte:
10,6 g/cm3
Härte:
5–6
Spaltbarkeit: deutlich
Die Dichte von diesem wichtigsten Uranerz ist bedingt durch das hohe Atomgewicht des U.
Traubig-nierig ausgebildetes Uranpecherz hat 6,5 – 8,5 g/cm3.
UO2 ist ein wichtiges Uran-Erzmineral. Es ist oft an alte Sedimente des Proterozoikums
gebunden. Seine Bildung beruht auf der guten Löslichkeit des Urans im 6-wertigen Zustand
als Uranyl-Komplex (UO22+), welches beim Übergang in reduzierende Milieus als UO2
abgeschieden wird.
Weitere wichtige Vorkommen sind an Granite gebunden (Limosin, Frankreich), auch als
Gangvererzungen im Erzgebirge vorkommend.
46
Wolframit
Farbe:
schwarz, blendeartiger Glanz
Strich:
braun bis braunschwarz
Dichte:
6,7 – 7,5 g/cm3
Härte:
4 – 4,5
(Fe,Mn)WO4
Spaltbarkeit: vollkommen
Wolframit bildet eine vollständige Mischkristallreihe zwischen den beiden Endgliedern
FeWO4 (Ferberit) und MnWO4 (Hübnerit), wobei die reinen Endglieder eher seltener
vorkommen. In älterer Literatur wird Wolframit zu den Wolframaten (6. Klasse Einteilung
der Minerale: Sulfate, Chromate, Molybdate und Wolframate) gezählt. Auf Grund der inneren
Struktur gehört dieses Mineral jedoch zu den 1:2 Oxiden.
Wolframit und Scheelit (CaWO4) sind die bedeutendsten Wolframerzminerale. Wolframit
entsteht in pneumatolytischen Gängen im Bereich felsischer Plutonite (Beispiel: Panasqueira,
Portugal; China) in Paragenese mit Kassiterit (siehe Greise). Begleitminerale sind Molybdänit
und Pyrit. Als Schwermineral auch sekundär in Seifen zu finden.
Wolfram findet Verwendung als Legierungsmetall und in Glühfäden. Als Wolframcarbid für
die Herstellung von Spezialbohrkernen genutzt.
47
4. Oxide, Hydroxide
4.2 X2O3-Verbindungen
Korund, Hämatit, Ilmenit
Eigene Notizen:
48
(gemeiner) Korund
Farbe:
Al2O3
farblos bis gelblich- oder
bläulichgrau (gemeiner Korund)
Rubin: rot
Saphir: blau
Dichte:
3,9 – 4,1 g/cm3
Härte:
9
Spaltbarkeit: sehr schlecht
Korund kommt akzessorisch in Pegmatiten und in Gesteinen der Kontakt- und
Regionalmetamorphose vor. Seine Bildung erfordert hohe Al-Gehalte im Gestein. Edle
Varietäten (Rubin, Saphir) kommen in Metamorphiten (z. B. Kenia) und Kalksteinen vor,
meist aber sekundär als Bestandteil von Edelsteinseifen (Sri Lanka) angereichert
(Schwermineral, sehr hart, verwitterungsbeständig). Durch Chrom fährt sich der Korund rot,
durch die Mischung von Eisen und Titan blau.
Korund wird als Schleifmittel und besonders reine Stücke als Edelsteine verwendet.
Synthetische Korunde dienen als Schmucksteine und werden für Präzisionsinstrumente
genutzt.
49
Hämatit
Fe2O3
(Eisenglanz, Roteisenerz)
Farbe:
in dünnen Blättchen rot
durchscheinend, sonst grau
oder rotbraun
Strich:
kirschrot
Dichte:
5,2 g/cm3
Härte:
5–6
Spaltbarkeit: Ablösung durch Translation
bei blättrigem Hämatit
Kristalle rötlich-grau bis eisenschwarz, mitunter bunte Anlauffarben. Als rot färbendes
Pigment gibt es zahlreichen Mineralen und Gesteinen ihre rötliche Färbung. Kristalle und
Kristallaggregate besitzen Metallglanz und sind opak, die dichten und erdig-zerreiblichen
Massen sind rot gefärbt und nichtmetallisch glänzend (Roter Glaskopf).
Hämatit kommt in hydrothermalen und pneumatolytischen Gängen, metasomatisch in
Kalksteinen (z.B. auf der Insel Elba), als Gemengteil in Banded-Iron-Formationen (z.B. in
Minas Gerais, Brasilien; Hamersley Range, Australien) häufig in Wechsellagerung mit
metamorphen Gesteinen vor. Sekundär kann er sich aus Magnetit bilden. Durch Verwitterung
geht er langsam in das Mineral-Gemenge Limonit über.
Hämatit enthält in reinem Zustand ca. 70 % Fe. Er ist eines der wichtigsten Eisenerze und
wird hauptsächlich zur Gewinnung von Stahl und Gusseisen, in geringerem Umfang als
Grundlage für Farben verwendet.
50
Ilmenit (Titaneisenerz)
FeTiO3
Nebenbestandteile
Mn, V, Al
Farbe:
braunschwarz bis grau, auf
frischem Bruch Metallglanz
Strich:
schwarz
Dichte:
4,5 – 5 g/cm3
Härte:
5–6
Spaltbarkeit: fehlt
Ilmenit ist das wichtigste Ti-Erzmineral.
Als
Kristallisationsprodukt
mafischer magmatischer Gesteine (Tellnes, Norwegen),
akzessorisch in vielen magmatischen Gesteinen; sekundär als Ilmenitsand an Meeresküsten
(z.B. Sri Lanka).
Ilmenit wird als Stahlveredelungsmetall, für Legierungen im Flugzeugbau und als schwarzes
Farbpigment verwendet. Durch das enthaltene Titan wird Ilmenit selten als Eisenerz
verarbeitet, da die Schlacke bei der Verhüttung zu viskos wird.
51
4. Oxide, Hydroxide
4.3 XY2O4-Verbindungen
Spinell, Magnetit, Chromit
Eigene Notizen:
52
Spinell
MgAl2O4
Nebenbestandteile
Fe, Cr, Ni
Farbe:
in vielen Farben durchsichtig
bis durchscheinend, meist
Glasglanz
Dichte:
3,8 – 4,1 g/cm3
Härte:
7,5 – 8
Spaltbarkeit: angedeutet
Durch die unterschiedlichen Farben gibt es verschiedene Varietäten, wie den edlen Spinell,
der besonders rot, blau aber auch grün sein kann. Der tiefrot gefärbte edle Spinell ist ein
wertvoller Edelstein mit Namen Pleonast.
Überwiegend als Durchläufer in metamorphen Gesteinen (z. B. in Sri Lanka und Thailand),
als Schwermineral sekundäre Anreicherung in Seifen.
Fast hauptsächlich wird Spinell als Edelstein verwendet, sehr unreine Stücke werden selten zu
Schleifmittel verarbeitet. Es können Verwechslungen mit Rubinen auftreten.
53
Magnetit
Fe3O4
Nebenbestandteile:
Mg, Al, Cr, Ti
Eigenschaft: stark ferromagnetisch
Farbe:
schwarz, stumpfer Metallglanz
Strich:
schwarz
Dichte:
5,2 g/cm3
Härte:
6
Spaltbarkeit: Teilbarkeit andeutungsweise
Gesamt-Fe bis 72,4 %, häufig etwas Mg oder Mn anstelle von Fe.
Als Differentiationsprodukt basischer Magmatite bildet Magnetit bedeutende Erzlagerstätten,
aber auch mit Hämatit zusammen in BIFs, kontaktmetasomatisch in Skarnen. Ist als
Nebengemengteil in vielen Gesteinen zu finden. Große Lagerstätten in Nordschweden
(Kiruna).
Durch seine weite Verbreitung und die magnetischen Eigenschaften dient es zur
Rekonstruktion von Paläomagnetismus. Nach Hämatit ist Magnetit mit einem Eisengehalt von
bis zu 70 % das zweitwichtigste Eisenerz. Es wird auch im Bereich des Elektromagnetismus
verwendet.
54
Chromit (Chromeisenerz)
FeCr2O4
Farbe:
schwarz bis bräunlichschwarz
Strich:
dunkelbraun
Dichte:
4,6 g/cm3
Härte:
5,1
Spaltbarkeit: fehlt
Der Glanz des Chromits kann halbmetallisch bis metallisch sein; Chromit ist in dünnen
Splittern durchscheinend. In band- oder nesterförmiger Anordnung in ultramafischen
Gesteinen. Chromit wird als magmatisches Frühdifferentiat ausgeschieden und kann wegen
seiner hohen Dichte in tiefen Bereichen von Magmakammern angereichert sein (z.B.
Bushveld-Komplex, Südafrika). Auch als kompakter Chromeisenstein. Es kann in
Serpentiniten vorkommen. Sekundär als Seifenmineral gelegentlich zusammen mit gediegen
Platin.
Chromit ist das wichtigste Chrom-Erzmineral. Chrom wird zur Stahlveredelung, für Fe-NiLegierungen und zum Verchromen verwendet.
55
4. Oxide, Hydroxide
4.4 Hydroxide
Goethit, Lepidokrokit, Limonit, Bauxit
Eigene Notizen:
56
Goethit (Nadeleisenerz)
α-FeOOH
Nebenbestandteile
B, Si, P, Mn, Al, V
Farbe:
schwarzbraun bis lichtgelb,
matt oder erdig, in Splittern
braun durchscheinend
Strich:
braun bis gelblich
Dichte:
4,5 g/cm3 im Mittel
Härte:
5 – 5,5
Spaltbarkeit: vollkommen
Als typische Verwitterungsbildung anderer Eisenminerale, daneben sedimentäre Eisensteine
bildend. Besonders im „Eisernen Hut“ von primären Sulfid-Eisenerzlagerstätten. Der
Eisengehalt von 62 % wird durch absorbiertes und kapillar eingebautes Kristallwasser
verringert.
Historisch als Eisenmineral von Bedeutung, mittlerweile unwirtschaftlich. Vorkommen gibt
es z. B. in Salzgitter (Niedersachsen/Deutschland).
57
Lepidokrokit (Rubinglimmer)
Farbe:
γ-FeOOH
in Splittern gelbrot durchscheinend, metallischer Glanz
Strich:
bräunlichgelb bis orangebraun
Dichte:
4,0 g/cm3
Härte:
5
Spaltbarkeit: vollkommen
Viele Eigenschaften sind denen des Goethit sehr ähnlich. Lepidokrokit ist seltener als Goethit,
entsteht aber ebenso als Verwitterungsprodukt Fe-haltiger Minerale und Gesteine, besonders
im „Eisernen Hut“ von primären Sulfid-Eisenerzlagerstätten.
Bei lokaler Anhäufung als Eisenerz abgebaut.
58
Limonit (Brauneisenerz)
Farbe:
hell- bis dunkelbraun, schwarz
Strich:
gelbbraun
Dichte:
ca. 4 g/cm3
Härte:
5 – 5,5
Spaltbarkeit: keine
Limonit ist ein Mineralgemenge aus FeOOH-Mineralen, Tonmineralen und amorphen
Fe(OH)3 · aq. Es entsteht durch Verwitterung von Eisenmineralen, typisch im Bereich des
„Eisernen Hutes“ zu finden. Wird in subtropischen/tropischen Klimaten auch durch
Verwitterung eisenhaltiger Carbonate und Silikate gebildet.
Das Mineral kann in schlackeartiger Form vorliegen als Brauner Glaskopf oder in derber
Form als Brauneisenstein.
Der Eisengehalt ist mit 30 – 40 % meist sehr gering. Bei Chrombeimengung für die
Verhüttung im Hochofen ungeeignet. Verwendet als Farbpigment (Brauner Ocker).
59
Bauxit
Farbe:
meist braun, gelblichbraun
Strich:
gelblichbraun
Dichte:
variabel
Härte:
variabel
Spaltbarkeit: keine
Bauxit ist ein kompliziertes Mineralgemenge, das als Hauptbestandteile Gibbsit (Al(OH)3),
Diaspor (γ-AlOOH) und Böhmit (α-AlOOH), daneben Tonminerale und Limonit enthält.
Bauxit bildet sich als Verwitterungsrückstand, welcher bei tropischen Bedingungen aus
mafischen Magmatiten unter vollständiger Abfuhr des SiO2, großer Teile des Eisens und
anderer Kationen entsteht. Wichtige Lagerstätten waren die bei Les Beaux (Frankreich).
Heute wird Bauxit in großen Mengen in Queensland (Australien) und in Brasilien abgebaut.
Bauxit dient zur Gewinnung von Aluminium, außerdem wird es für die Herstellung
synthetischen Korunds, von Spezialkeramik und von Schleif- oder Poliermitteln benötigt.
60
5. Karbonate
5.1 Calcit-Reihe
Calcit, Rhodochrosit, Siderit, Magnesit
Calcit-Reihe (Wasserfreie Karbonate):
Ionenradius
Calcit
CaCO3
Ca2+
1,06 Å
Rhodochrosit
MnCO3
Mn2+
0,91 Å
Siderit
FeCO3
Fe2+
0,83 Å
Smithsonit
ZnCO3
Zn2+
0,83 Å
Magnesit
MgCO3
Mg2+
0,78 Å
Eigene Notizen:
61
Calcit (Kalkspat)
CaCO3
Nebenbestandteile
Fe, Mn, Mg
Eigenschaft: starke Doppelbrechung
Farbe:
im allg. farblos, milchigweiß,
durchscheinend bis klar
durchsichtig
Dichte:
2,71 g/cm3
Härte:
3
Spaltbarkeit: vollkommen
Calcit gehört in körnig-spätiger Ausbildung zu den verbreitetsten Mineralen, insbesondere
durch seine Eigenschaft als gesteinsbildendes Mineral in Kalksteinen.
Durch organische Einschlüsse kann der Calcit eine braune bis schwarze Färbung aufweisen.
Gemengteil
in
vielen
Kalksintern
und
Thermalabsätzen,
soweit
nicht
Aragonit
(Hochdruckmodifikation von CaCO3). Als Bestandteil von Tropfstein, als Gangmineral in
Erzlagerstätten und als Kluftfüllung. Gesteinsbildend in Marmoren und Karbonatiten.
Calcit wird chemisch durch Evaporation ausgefällt oder bildet sich biogen als Hartteile von
Organismen. Die Ausfällung im Meer wird durch die CCD begrenzt. Calcit reagiert heftig mit
(verdünnter) Salzsäure unter Bildung von Kohlenstoffdioxid: CaCO3 + 2HCl
CO2 + CaCl2
+ H2O.
Die Varietät Isländischer Doppelspat wird in der optischen Industrie verwendet. Kalkstein
wird in der Bauwirtschaft (Zement, Stuck, Naturstein), in der chemischen Industrie und als
Düngemittel genutzt.
62
Rhodochrosit (Manganspat)
Farbe:
MnCO3
blassrosa über rosarot bis
himbeerfarben
(Himbeerspat)
Dichte:
3,5 – 3,6 g/cm3
Härte:
3,5 – 4
Spaltbarkeit: vollkommen
Strich:
weiß
Vorkommen als hydrothermales Gangmineral, wie z. B. in Butte in Montana (USA). Produkt
der Oxidationszone. Bildet Paragenesen unter anderem mit Baryt, Fluorit und Calcit.
Rhodochrosit bildet eine lückenlose Mischkristallreihe mit Smithsonit (Zinkspat Zn[CO3]).
Selten als Schmuckstein verwendet. In abbauwürdigen Mengen durch den hohen
Mangangehalt von ca. 47 % als Mn-Erz abgebaut. Mangan wird in der Stahlindustrie und für
Legierungen verwendet.
63
Siderit (Eisenspat)
FeCO3
Nebenbestandteile
Mn, Ca, Mg
Farbe:
lichtgraugelb, mit
zunehmender Oxidation
gelblich bis gelbbraun und
später dunkelbraun
Dichte:
3,7 – 3,9 g/cm3
Härte:
3,5 – 4
Spaltbarkeit: vollkommen
Gewöhnlich liegt der Fe-Anteil bei 48,2 % mit zusätzlichen Gehalten von Mn und etwas Ca,
teilweise auch Mg. Mit Rhodochrosit (MnCO3) besteht eingeschränkte Mischbarkeit, mit
Magnesit eine lückenlose Mischkristallreihe.
In hydrothermalen Gängen vorhanden, teilweise auch metasomatisch, metamorph oder
sedimentär. Bei Verwitterung in Limonit übergehend. Lokal angereichert ein wichtiges FeErz. Leicht zu verhütten.
64
Magnesit
Farbe:
MgCO3
farblos, grau - gelblichweiß,
grauschwarz auf Spaltflächen
Dichte:
3,0 g/cm3
Härte:
4 – 4,5
Spaltbarkeit: vollkommen
Dieses Mineral besitzt einen Glas- oder Perlmutterglanz. Fe-haltiger Magnesit wird als
Breunnerit bezeichnet.
Vorkommen als Spatmagnesit im Verband mit Dolomitgestein und Kalksteinen, als
Gelmagnesit
in
Trümmern
oder
Einschaltungen
in
Serpentingesteinen
als
deren
Zersetzungsprodukt. Auf großen metasomatischen Lagerstätten aus der Reaktion von Dolomit
nach: CaMg(CO3)2 + Mg2+
2MgCO3 + Ca 2+. Auch metamorph.
Durch Brennen bei etwa 1800 °C wird Magnesit zu Sintermagnesit MgO und nach
Vermischen mit Wasser zu Ziegeln und Tiegeln geformt. Die Ziegel dienen zum Auskleiden
von Hochöfen, da Magnesit ein sehr feuerfestes Material ist. Durch die Gewinnung von
MgCl2-Lauge aus dem Magnesit (Brennen bei 800 °C + Entfernen des CO2) kann
Sorelzement hergestellt werden. Dieser dient zur Herstellung feuerfester Baumaterialien und
Isoliermassen. Magnesit wird nicht zur Gewinnung von Magnesium verwendet, denn dieses
wird aus Rückständen der K-Mg-Salz-Verarbeitung oder aus dem Meerwasser gewonnen.
65
5. Karbonate
5.2 Aragonit-Reihe
Aragonit
Aragonit-Reihe (Wasserfreie Karbonate):
Ionenradius
Aragonit
CaCO3
Ca2+
1,06 Å
Strontianit
SrCO3
Sr2+
1,27 Å
Cerussit
PbCO3
Pb2+
1,32 Å
Witherit
BaCO3
Ba2+
1,43 Å
Eigene Notizen:
66
Aragonit
CaCO3
Nebenbestandteile
Sr
Farbe:
farblos bis zart gefärbt,
durchsichtig bis
durchscheinend
Dichte:
2,95 g/cm3
Härte:
3,5 – 4
Spaltbarkeit: undeutlich
Durch die dichtere Kristallstruktur von Aragonit ist das Mineral im Vergleich zu Calcit bei
gleichbleibender Dichte etwas härter. Die Reaktion bei Kontakt mit verdünnter Salzsäure
entspricht der von Calcit.
Er ist viel seltener als Calcit und nur begrenzt gesteinsbildend; besitzt Glasglanz auf seinen
Kristallflächen und Fettglanz auf den Bruchflächen; in Hohlräumen vulkanischer Gesteine, als
Bestandteil von Sinterkrusten oder als Sprudelstein aus heißen Quellen oder Geysiren
abgesetzt, organogen als Perlmutterschicht natürlicher Perlen und der Schalen mancher
Mollusken.
Selten als Schmuckstein verwendet.
67
5. Karbonate
5.3 Dolomit-Reihe
Dolomit
Dolomit-Reihe (Wasserfreie Karbonate):
Ionenradius
Dolomit
Ionenradius
CaMg(CO3)2
Ca2+
1,06 Å
Mg2+
0,78 Å
CaFe(CO3)2
Ca2+
1,06 Å
Fe2+
0,83 Å
Eigene Notizen:
68
Dolomit (Bitterspat)
CaMg(CO3)2
Nebenbestandteile
Fe, Mn
Farbe:
farblos, weiß, auch gelblich
bis bräunlich, manchmal
braunschwarz
Dichte:
2,9 – 3 g/cm3
Härte:
3,5 – 4
Spaltbarkeit: vollkommen
Im Gegensatz zu Calcit wird der Dolomit kaum von kalten, verdünnten Säuren angegriffen.
Wichtiges gesteinsbildendes Mineral, in Kalksteinen und Marmoren auch neben Calcit
auftretend, als Gangart in Erzgängen, als metasomatisches Verdrängungsprodukt in Kalkstein,
wobei maximal die Hälfte der Ca-Ionen durch Mg-Ionen ausgetauscht ist. Dieser Vorgang
wird als Dolomitisierung bezeichnet. Dolomite sind Produkte der Diagenese in offenen
Systemen mit Meerwasserzufluss nach der Reaktion: 2CaCO3 + Mg2+
CaMg(CO3)2 + Ca2+.
Die Reaktion von Dolomit mit verdünnter Salzsäure ist deutlich abgeschwächter als bei
Calcit, mit Dolomitpulver deutlich stärker als bei festem Dolomit.
Das Mineral wird als Rohstoff in der Feuerfest- und Baustoffindustrie verwendet. Da Dolomit
sehr porös ist, ist er ein ideales Speichergestein für Kohlenstoffe.
69
5. Karbonate
5.4 Malachit-Azurit-Reihe
Malachit, Azurit
Malachit-Azurit-Reihe (Wasserhaltige Karbonate mit (OH-)):
Malachit
Cu2 [(OH)2 / CO3]
Azurit
Cu3 [(OH) / CO3]2
Eigene Notizen:
70
Malachit
Farbe:
CuCO3 · Cu(OH)2
dunkelgrün bis hellgrün, Glasoder Seidenglanz
Dichte:
4 g/cm3
Härte:
3,5 – 4
Spaltbarkeit: {201} gut, {010} deutlich
Malachit ist ein verbreitetes Kupfermineral mit einem Cu-Gehalt von 57,4 %. Es kommt als
Sekundärmineral in Paragenese mit Azurit in der Oxidationszone von primären Kupfererzen
vor, ist jedoch häufiger als Azurit. Weitere Vorkommen gibt es als Imprägnation von
Sandsteinen. Typisch ist der deutlich ausgebildete Pleochroismus.
Malachit wird als Schmuckstein und zur Herstellung von Ziergegenständen verwendet. Nur
örtlich wichtiges Kupfererz.
71
Azurit
Farbe:
2CuCO3 · Cu(OH)2
azurblau bis hellblau,
Glasglanz, durchscheinend
Dichte:
3,8 g/cm3
Härte:
3,5 – 4
Spaltbarkeit: ziemlich vollkommen
Azurit kommt sekundär als Oxidationsprodukt der Oxidationszone von Kupfererzen und als
Imprägnation von Sandsteinen vor. Durch Wasseraufnahme kommt es häufig zu einem
Übergang zu Malachit. Es gibt Pseudomorphosen von Malachit nach Azurit.
Im Mittelalter als Farbpigment verwendet. Sehr selten genutzt als Schmuckstein.
72
6. Sulfate, Wolframate
6.1 Sulfate
Baryt, Anhydrit, Gips
Wasserfreie Sulfate:
Baryt
BaSO4
Coelestin
SrSO4
Anglesit
PbSO4
Anhydrit
CaSO4
Wasserhaltige Sulfate:
Gips
CaSO4 · 2H2O
Eigene Notizen:
73
Baryt (Schwerspat)
BaSO4
Nebenbestandteile
Sr
Farbe:
farblos, weiß oder in
verschiedenen blassen Farben
Dichte:
4,5 g/cm3
Härte:
3 – 3,5
Spaltbarkeit: sehr vollkommen bis
vollkommen
Die Dichte von Baryt ist auffallend hoch und diagnostisch verwertbar. Meistens körnige,
blättrige oder tafelige Kristalle in halbkugelförmigen Verwachsungen (Barytrosen). Bei der
Bildung von Baryt kann Sr das Ba diadoch ersetzen.
Verbreitetes Mineral, entsteht hydrothermal bei niedrigen Temperaturen, in Gangform oder
als Gangart Bestandteil von Erzgängen und submarin-vulkanogenen Sulfiderz-Lagerstätten, in
flözartigen Lagen oder Nestern, bisweilen durch Bitumengehalt grauschwarz gefärbt. Bildet
Paragenesen mit dem Roten Glaskopf, mit Flussspat und mit Kupferkies aus. Sedimentär in
Kalksteinen, Sandsteinen und Tonsteinen. In Deutschland ist ein Abbau aktiv (Grube Clara,
Oberwolfach / Schwarzwald) und ein weiterer in Aufbau (Niederschlag / Erzgebirge).
Baryt ist ein Bestandteil des Bariumbetons und wird in Form von Bariummehl als
Kontrastmittel in der Medizin verwendet. Es dient als Strahlenschutz in Reaktoren und wird
zum Beschweren des Spülwassers (Bohrlochstabilisierung) bei Erdöl- und Gasbohrungen
genutzt. Weiterhin findet es Verwendung in der Papier- und in der Kosmetikindustrie.
74
Anhydrit
CaSO4
Eigenschaft: auf Spaltfläche
Perlmutterglanz
Farbe:
farblos-trübweiß, häufig
bläulich, grau oder rötlich
Dichte:
2,9 g/cm3
Härte:
3 – 3,5
Spaltbarkeit: fast würfelige Spaltkörper
Das Mineral kann durchsichtig bis durchscheinend sein, ist aber meist trüb und grau. Es
kristallisiert in einem orthorhombischen Kristallsystem.
Vorkommen auf Salzlagerstätten neben Steinsalz, hier metamorph aus Gipsgestein. Unter
dem Einfluss der Verwitterung wandelt sich Anhydrit bei Wasseraufnahme langsam in Gips
(CaSO4 ⋅ 2H2O) um, was zu einer Volumenzunahme von etwa 60 % führt.
Anhydrit wird zur Schwefelsäureherstellung verwendet, sowie als Zusatz zu Baustoffen.
75
Gips
Farbe:
CaSO4 · 2H2O
farblos, häufig gelblich,
rötlich
Dichte:
2,3 g/cm3
Härte:
2
Spaltbarkeit: bildet biegsame Spalttafeln
aus
Das Mineral kann durchsichtig bis durchscheinend sein, sowie durch Bitumeneinschlüsse grau
bis braun. Gips hat ein monoklines Kristallsystem. Die Kristalle sind meist tafelig ausgebildet.
Gut ausgebildete Kristalldrusen oder Kristallrasen in Hohlräumen. Größere durchsichtige
Spalttafeln werden als Marienglas bezeichnet.
Vorkommen in Salzlagerstätten, sekundäre Bildung aus Anhydrit durch Wasseraufnahme
unter Verwitterungseinfluss in humidem Klima, konkretionäre Ausscheidung im Ton oder
Mergel, Ausblühung aus sulfathaltigen Lösungen in Salzwüsten.
Durch Erhitzen verliert Gips Kristallwasser und geht dabei in Halbhydrat (CaSO4 · ½ H2O)
über. Halbhydrat wird zur Herstellung von Modell- und Stuckgips, sowie von Gipsplatten
verwendet. Die unterschiedlichen Brenntemperaturen zur Steuerung des Wasserverlustes
variieren je nach späterem Verwendungszweck. Als Alabaster im Kunsthandwerk genutzt.
76
6. Sulfate, Wolframate
6.2 Wolframate
Scheelit
Eigene Notizen:
77
Scheelit
CaWO4
Eigenschaft: prismatische Kristalle
Farbe:
gelblich-, grünlich- oder
grauweiß;
kantendurchscheinend
Dichte:
6 g/cm3
Härte:
4,5 - 5
Spaltbarkeit: deutlich
Vorzugsweise pegmatitisch-pneumatolytische Bildung, zur Zinnstein-Paragenese gehörig,
kontaktpneumatolytische, schichtgebundene Bildung in metamorphem Kalkstein (Skarn).
Bei Einwirkung von kurzwelligem ultraviolettem Licht in der Dunkelheit ist eine starke
blauweiße Fluoreszenz sichtbar; diese charakteristische Eigenschaft stellt in der Praxis eine
wichtige diagnostische Methode dar. Auch diagnostisch wichtig ist die auffällig hohe Dichte.
Nach Wolframit das wichtigste Wolfram-Erzmineral.
78
7. Phosphate, Arsenate
Apatit, Pyromorphit
Eigene Notizen:
79
Apatit
Ca5 [(F, Cl, OH) / (PO4)3]
Eigenschaft: prismatische Kristalle
Farbe:
farblos und in vielen zarten
Farbtönen
Dichte:
3,2 g/cm3
Härte:
5
Spaltbarkeit: undeutlich
Bei den Färbungen kann gelblich-grün, bräunlich, blaugrün, violett, etc. auftreten. Auf
manchen Kristallflächen tritt Glasglanz auf, Fettglanz auf Bruchflächen. Das Mineral ist klar
durchsichtig bis kantendurchscheinend. Wegen seines Formenreichtums kann es leicht mit
anderen Mineralen, wie etwa Beryll oder Turmalin, verwechselt werden.
Als
akzessorischer
Gesteinsgemengteil
sehr
verbreitet,
seltener
Hauptgemengteil.
Anreicherung von Apatit vorzugsweise in den sedimentären Phosphoritlagerstätten. Substanz
von (fossilen) Knochen und Kotmassen (Guano), Gemengteil pegmatitisch-pneumatolytischer
Gänge und Imprägnationen sowie als flächenreiche, klare Kriställchen auf Klüften und in
Drusenräumen. Bestandteil der Zahn- und Knochen-Substanz bei Wirbeltieren.
Rohstoff für Düngemittel. Gewinnung von Phosphorsäure und Phosphor.
80
Pyromorphit
Pb5 [Cl / (PO4)3]
(Grün- oder Braunbleierz)
Eigenschaft: prismatische Kristalle
Farbe:
meist grün (apfelgrün),
braun oder gelb, grau oder
farblos, seltener orangerot
Dichte:
6,7 – 7,0 g/cm3
Härte:
3,5 - 4
Spaltbarkeit: fehlt
Pyromorphit ist ein Sekundärmineral in der Oxidationszone von sulfidischen Bleilagerstätten.
Es handelt sich um ein wirtschaftlich relativ unwichtiges, aber bei Sammlern sehr beliebtes
Mineral.
81
8. Silikate
Eigene Notizen:
82
Früher wurden Silikate als Salze der Kieselsäure H4SiO4 bezeichnet. Solche Kieselsäure gibt
es jedoch in der Natur nicht, schon gar nicht entstehen aus ihr die Silikate. Im deutschen
Sprachgebrauch sind Worte wie ´kieselsauer´ oder ´kieselig´ nur schwer auszurotten.
Kieselsäure bezieht sich aber auf immer denselben Begriff, nämlich die SiO44- - Gruppe, aus
der alle Silikate aufgebaut sind.
Silikate bilden die häufigste Mineralgruppe der Erde. Dies ist begründet in der kosmischen
Häufigkeit der chemischen Elemente Si und O, die sehr hoch ist gegenüber den jeweils
benachbarten Elementen. So konnte sich bereits in der Frühphase der Akkretion unseres
Planeten ein silikatischer Mantel ausbilden, der im Laufe der geologischen Zeit die Erdkruste
hervorgebracht hat.
Silizium nimmt zum Sauerstoff vier extrem stabile Bindungen auf. Dabei gehen vier O-Atome
mit jeweils einer Bindung an das Si-Atom. Die Bindungen vom Si zu den 4 O-Atomen weisen
in Richtung der Ecken eines Tetraeders, wobei das Si-Atom in der räumlichen Mitte des
Tetraeders steht. Für die Darstellung von Silikaten in der Ebene bedient man sich der
Projektion aus Richtung einer Tetraeder-Ecke auf die gegenseitige Basis-Fläche. Es bleibt
also die Draufsicht auf ein Dreieck mit dem Si in der Mitte und den drei O-Atomen an den
Spitzen. Die Striche, die das Dreieck aufspannen, stellen natürlich nicht die Bindungen des Si
zum O dar. Vielmehr umreißen sie nur die SiO4-Gruppe als Baueinheit einfacher und
komplizierter Silikate. Man kann mit Dreiecken als projizierten Tetraedern hantieren, wenn
man nicht vergißt, daß immer eine O-Bindung senkrecht aus der Ebene ragt.
Da die Sauerstoffe mit jeweils nur einer Bindung am Si hängen, haben sie noch eine Valenz
für Bindungen außerhalb des Tetraeders frei. Diese Valenzen können in zwei
unterschiedlichen Weisen abgesättigt werden:
Durch Kationen wie Na+, K+, Ca2+, Al3+ etc.; durch Verknüpfung mit einem weiteren SiO4Tetraeder, wobei ein Sauerstoff-Atom die Tetraeder über die gemeinsame Ecke verknüpft.
Dieses O-Atom gehört dann den beiden benachbarten SiO4-Tetraedern jeweils zur Hälfte. Die
Einheit hat die Formel [Si2O7]6-. Es resultiert das Verhältnis Si:O = 2:7. Die –O-Si-OVerknüpfungen können räumlich ausgedehnte Formen erreichen. Diese Formen der SiO4Polymerisierung sind die Grundlage für die Einteilung der Silikate in Insel-, Gruppen-, Ringusw. –Silikate.
83
Bei Insel-Silikaten werden alle 4 O-Valenzen des Tetraeders von Mg2+ und Fe2+ gesättigt.
Formel: M1 M2 SiO4
Beispiel: Mg Fe SiO4 Olivin
In Gruppen-Silikaten sind 2 SiO4-Tetraeder über ein O-Atom verknüpft. An den 6 freien OValenzen sitzen Kationen wie Ca(M1), Fe oder Al (M2).
Formel: M12 M2 Al2 [(OH)
O
/(SiO4) (Si2O7)]
Beispiel: Ca2 (Al,Fe) Al2 [(OH)O/(SiO4) (Si2O7)] Epidot, Klinozoisit
Ring-Silikate bilden endlich große Tetraeder-Ringe. Bei 6 Tetraedern bleiben 12 Valenzen
für die Kationenbesetzung.
Formel: M1 M2 [Si6O18]
Beispiel: Al2 Be3 [Si6O18] Beryll
Ketten-Silikate bestehen aus der endlosen Verknüpfung von SiO4-Tetraedern in einer
Richtung. Die Endlos-Ketten werden über gemeinsame Kationen verknüpft.
Formel: M1 M2 [Si2O6]
Beispiel: Ca Mg [Si2O6] Diopsid
Doppel-Ketten entstehen, wenn zwei parallele Ketten über Tetraeder-Ecken verknüpft sind.
Formel: X2 Y5 [(OH)2 / Si8O22]
Beispiel: Ca2 Mg5 [(OH)2 / Si8O22] Aktinolith
Schicht-Silikate enthalten zu unendlich zweidimensionalen Schichten verknüpfte SiO4Tetraeder. Die Schichten werden über Kationen zusammengehalten.
Formel: M16 M24 [(OH)4 / Si8O20]
Beispiel: Mg6 [(OH)4 / Si8O20] Talk
Beispiel: K2 Al4 [(OH)4 / Al2Si6O20] Glimmer
In Gerüst-Silikaten sind SiO4-Tetraeder zu räumlichen Strukturen verknüpft, freie Valenzen
der O-Atome werden durch Alkalien oder Erdalkalien gesättigt.
Formel: M1 [AlSi3O8]
M2 [Al2Si2O8]
Beispiel: Na [AlSi3O8] Albit
Ca [Al2Si2O8] Anorthit
84
8. Silikate
8.1 Nesosilikate
(Silikatische Inselstrukturen)
Olivin, Zirkon, Granat, Andalusit, Sillimanit,
Disthen, Titanit, Topas, Staurolith, Chloritoid
Die [SiO4]-Tetraeder sind isoliert, sie sind nicht mit anderen verbunden.
85
Wichtige Vertreter sind:
Olivin
(Mg, Fe)2 [SiO4]
Forsterit
Mg2 [SiO4]
Fayalit
Fe2 [SiO4]
Zirkon
Zr [SiO4]
Granat-Gruppe
Al32+ B23+ [SiO4]3
Al2SiO5-Gruppe:
Andalusit
Al[6] Al[5] [O / SiO4]
Sillimanit
Al[6] Al[4] [O / SiO4]
Disthen (Kyanit)
Al[6] Al[6] [O / SiO4]
Titanit (Sphen)
CaTi [O / SiO4]
Topas
Al2 [(F)2 / SiO4]
Staurolith
Fe2 Al9 [O6 (O,OH)2 / (SiO4)4]
Chloritoid
(Fe2+, Mg, Mn)2 (Al, Fe3+) (OH)4 Al2 O3 [SiO4]2
86
Olivin
(Mg, Fe)2 SiO4
Forsterit
Mg2 SiO4
Fayalit
Fe2 SiO4
Nebenbestandteile
Mn, bis 0.5 Gew.-% Ni
Eigenschaft: körnig, selten stengelig
Mg-Olivin:
olivgrün
Fe-Olivin:
dunkelgrün bis schwarz
Dichte:
3,2 g/cm3 (Forsterit)
4,3 g/cm3 (Fayalit)
Härte:
6,5 – 7
Spaltbarkeit: {010} deutlich
Olivin bildet eine lückenlose Mischkristallreihe der beiden Endglieder Fayalit und Forsterit.
Im Olivin überwiegt meist Forsterit mit 70-90 Mol.-% gegenüber Fayalit. Allerdings ist ein
diadocher Einbau von Ni anstatt Mg oder Mn anstelle von Fe möglich.
Es ist ein wichtiges gesteinsbildendes Mineral in ultramafischen Gesteinen, nicht selten als
Einsprenglinge in den Basalten (so genannte Xenolithe). Oft Zonarbau mit Mg-reichem Kern.
Hauptgemengteil im Material des Oberen Erdmantels, Gemengteil von Meteoriten. Unter
Wasseraufnahme Umwandlung in Serpentin.
Besonders reine Varianten (Peridot oder Chrysolith) werden als Schmucksteine verwendet.
Als Dunit (Forsterit-reicher Olivin) wichtiger Rohstoff für Forsterit-Ziegel.
87
Temperatur-Konzentrations-Diagramm („Olivin-Zigarre“) von Olivin (vereinfacht):
Die Solidus-Kurve gibt die Temperaturen an, bei denen das Olivin gerade noch fest ist, die
Liquidus-Kurve die Temperatur, bei der das Olivin gerade flüssig ist. Diese Temperatur
nimmt mit steigendem Fayalit-Anteil ab. Der Bereich zwischen den beiden Kurven besteht
aus einem Gemisch von Schmelze mit festem Material.
Zu lesen ist die Grafik wie folgt: Begonnen wird für dieses Beispiel an Punkt A auf der
Liquiduskurve. Dort beginnt ein Gemisch aus mehr als 80 Gew.-% Fayalit und weniger als 20
Gew.-% Forsterit auszufallen. Um von der Schmelze auf die Zusammensetzung des
Festkörpers zu kommen wird Punkt A horizontal mit Punkt B auf der Soliduskurve
verbunden, beide Punkte liegen auf gleicher Höhe. Danach wird der Punkt B senkrecht auf die
x-Achse übertragen (hier: Punkt C), anschließend kann die Zusammensetzung des Festkörpers
mit ca. 60 Gew.-% Fayalit und ca. 40 Gew.-% Forsterit abgelesen werden. Bei gleicher
Temperatur liegen demnach Festkörper und Schmelze in unterschiedlicher Konzentration vor.
Die Abkühlung der Schmelze (Wanderung des Ausgangspunktes A auf der Liquiduskurve
nach unten) dauert so lange an, bis Schmelze und Festkörper die gleiche chemische
Zusammensetzung haben. Gleiches gilt für das Aufschmelzen des Festkörpers.
88
Zirkon
Zr [SiO4]
Nebenbestandteile
Th, U, Hf
Farbe:
gewöhnlich braun, farblos,
gelb, orangerot, seltener
grün
Dichte:
4,7 g/cm3
Härte:
7,5
Spaltbarkeit: unvollkommen
Zirkon ist ein weit verbreiteter mikroskopischer Gemengteil besonders in magmatischen
Gesteinen, am häufigsten in Nephelinsyeniten und Pegmatiten, in letzteren auch in größeren
Kristallen und lagerstättenkundlich bedeutsamer Anreicherung. Verbreitet als Schwermineral
in verschiedenen Sanden und Sedimentgesteinen, angereichert in Seifen, auch Edelsteinseifen.
Die sogenannten pleochroitischen Höfe um mikroskopisch kleine Zirkoneinschlüsse,
vorzugsweise im Glimmer, gehen auf die radioaktive Einwirkung von Thorium und Uran
zurück. Die Härte und die relativ hohe Dichte nehmen bei metamiktem Zerfall merklich ab.
Wichtiges Erz für Zr- und Hf-Gewinnung. Hafnium wird hauptsächlich in der Kernenergie,
seltener als Legierungsmetall verarbeitet. Zirkon wird in Kernreaktoren und bei
durchscheinenden Stücken als Edelstein verwendet. Durch die enthaltenen radioaktiven
Isotope werden Zirkone auch in der Geochronologie genutzt. Mit 4,4 Mrd a gelten Zirkone als
die ältesten Minerale der Welt.
89
Granat
A32+ B23+ [SiO4]3
Endglieder der „Pyralspit“-Gruppe:
Pyrop
Mg3Al2[SiO4]3
Almandin
Fe3Al2[SiO4]3
Spessartin
Mn3Al2[SiO4]3
Grossular
Ca3Al2[SiO4]3
Andradit
Ca3Fe2[SiO4]3
Endglieder der „Grandit“-Gruppe:
Eigenschaft: je nach Mischkristall sind
Dichte und Härte
unterschiedlich
Farbe:
meist rotbraun
Dichte:
3,5 – 4,5 g/cm3
Härte:
6,5 – 7,5
Spaltbarkeit: Teilbarkeit angedeutet
Die Färbung des Granats hängt von der Zusammensetzung der Mischkristalle ab. Pyropreicher Granat ist tiefrot, ein Almandin-reicher Granat ist bräunlichrot. Bei Spessartin-reichen
Granaten gibt es eine gelbliche bis bräunliche Färbung. Lückenlose Mischkristallreihen gibt
es z.B. zwischen den Endgliedern Almandin-Pyrop und Almandin-Spessartin.
Granate sind wichtige gesteinsbildende Minerale, vorzugsweise in metamorphen Gesteinen
der tieferen Erdkruste und in Granatperidotiten des Oberen Erdmantels. Schwarzer Ti-haltiger
Melanit (= schwarzer Andradit) ist auf alkalibetonte magmatische Gesteine beschränkt.
Topazolith (= Varietät von Andradit) ist ausschließlich Kluftmineral. Er tritt als Mineralseife
in Flusssedimenten auf.
Granit wird als Schmuckstein und als Schleifmittel verwendet.
90
Al2 [SiO5]-Gruppe
p-T-Diagramm der AlAl[O/SiO4]-Modifikationen:
Univariante Kurve meint, dass bei gegebenem Druck und Temperatur zwei Minerale im
Gleichgewicht stabil sind. Divariantes Feld bezeichnet einen p-T-Bereich, in dem nur ein
Mineral stabil ist. Im invarianten Punkt sind alle drei Minerale stabil bei den gleichen Druckund Temperatur-Bedingungen.
Die Modifikationen der Alumosilikate sind gute Indexminerale zur Bestimmung der DruckTemperatur-Bedingungen, unter denen ein metamorphes Gestein gebildet wurde.
Verwendung finden Andalusit, Sillimanit und Kyanit als Bestandteil der PorzellanHerstellung und bei der Produktion hitzeresistenter Materialien. Besonders reine Formen
werden als Schmucksteine verwendet.
91
Al2 [SiO5]-Gruppe
Andalusit
Al[6] Al[5] [O / SiO4]
Nebenbestandteile
Fe, Mn
Farbe:
grau, rötlich, dunkelrosa
oder bräunlich, Glasglanz
Dichte:
3,2 g/cm3
Härte:
7,5
Spaltbarkeit: mitunter deutlich
Gemengteile metamorpher Gesteine, bisweilen linsenförmig aggregiert. Häufig oberflächlich
in feinschuppigen Hellglimmer umgewandelt, mitunter Pseudomorphosen von Hellglimmer
nach Andalusit. In kohlenstoffhaltigen Tonschiefern, die thermisch überprägt sind, hat sich
häufig die Varietät Chiastolith in langen säulenförmigen Kristallen gebildet.
92
Al2 [SiO5]-Gruppe
Al[6] Al[4] [O / SiO4]
Sillimanit
Farbe:
weiß, gelblichweiß, grau,
bräunlich oder grünlich
Dichte:
3,2 g/cm3
Härte:
6,5
Spaltbarkeit: Prismen besitzen eine
Querabsonderung
Gemengteil metamorpher Gesteine, wie Andalusit knoten- oder linsenförmig aggregiert.
93
Al2 [SiO5]-Gruppe
Disthen (Kyanit)
Al[6] Al[6] [O / SiO4]
Nebenbestandteile
Fe3+, Cr3+
Farbe:
intensiv blau, blauviolett,
grünlichblau, grünlich- bis
bräunlichweiß
Dichte:
3,7 g/cm3
Härte:
{001} 4,5
{010} 6,5
Spaltbarkeit: vollkommen oder deutlich
Ausschließlich auf metamorphe Gesteine beschränkt, sekundär in manchen Sanden
angereichert. Disthen besitzt eine ausgesprochene Anisotropie der Ritzhärte (Name!) auf
{100}, siehe Härte. Im Vergleich zu den anderen Polymorphen der Gruppe hat Disthen eine
deutlich höhere Dichte.
94
Titanit (Sphen)
CaTi [O / SiO4]
Nebenbestandteile
Y, Ce, weitere Selten-Erdelemente, Al,
Fe3+, Nb, Ta, U
Farbe:
gelbgrün bis grün (Sphen),
sonst braun, dunkelbraun;
selten farblos
Dichte:
3,4 – 3,6 g/cm3
Härte:
5 – 5,5
Spaltbarkeit: bisweilen deutlich
Dieses Mineral ist ein sogenannter Durchläufer in sehr vielen magmatischen, metamorphen
und sedimentären Gesteinen, in denen es aber immer nur akzessorisch vorkommt. Gelegentlich tritt der Titanit als idiomorph ausgebildetes Mineral auf alpinen Zerrklüften auf. Das
Kristallgitter kann z. T. erhebliche Mengen anderer Elemente aufnehmen wie z. B. SeltenErdelemente oder Uran. Ein Sauerstoffatom wird oft durch F oder OH ersetzt.
Durch den Uraneinbau kann Titanit für Altersbestimmungen genutzt werden. Als
Schmuckstein Diamantersatz. Bei lokaler Anhäufung auch Ti-Erz zur Herstellung von
Titanoxid.
95
Topas
Farbe:
Al2 [F2 / SiO4]
farblos, hellgelb,
weingelb, meerblau,
grünlich oder rosa
Dichte:
3,5 g/cm3
Härte:
8
Spaltbarkeit: vollkommen
Topas ist ein typisches Mineral pneumatolytischer Vorgänge, oft zusammen mit Kassiterit;
Drusenmineral, in großen Kristallen in Granitpegmatiten, sekundär in Edelsteinseifen.
Topas wird als Edelstein verwendet.
96
Staurolith
Fe2 Al9 [O6 (O, OH)2 / (SiO4)4]
Nebenbestandteile
Mg, Fe3+, Mn, Zn
Farbe:
gelbbraun, braun bis
schwarzbraun, rotbraun
Dichte:
3,7 – 3,8 g/cm3
Härte:
7 - 7,5
Spaltbarkeit: bisweilen deutlich
Charakteristischer
Gemengteil
mancher
metamorpher
Gesteine,
häufig
neben
almandinbetontem Granat und Biotit. Sekundär als Schwermineral in Sanden und
Sandsteinen.
97
Chloritoid
(Fe2+, Mg, Mn)2 (Al, Fe3+) (OH)4 Al2O3 [SiO4]2
Farbe:
dunkelgrün bis schwarz
Dichte:
3,5 – 3,8 g/cm3
Härte:
6,5
Spaltbarkeit: {001} vollkommen
Das Vorkommen von Chloritoid ist beschränkt auf Al-reiche Meta-Sedimente der
Amphibolit-Fazies. Hier kommt er zusammen mit Muskovit und Chlorit vor. Die Farbe von
Chloritoid ist immer grünlich. Er ist häufig knotig ausgebildet (Knotenschiefer), idiomorphe
Kristalle sind selten.
98
8. Silikate
8.2 Sorosilikate
(Silikatische Gruppenstrukturen)
Epidot, Vesuvian, Melilith-Gruppe
Die [SiO4]-Tetraeder sind zu Paaren verbunden, indem sie sich ein Sauerstoffatom teilen. Der
Silikatanteil ist im einfachsten Fall Si2O7.
Eigene Notizen:
99
Ca2 (Fe3+, Al) Al2 [(O/OH)/(SiO4)(Si2O7)]
Epidot
Nebenbestandteile
Farbe:
Ti, Mn, Mg, Cr
gelbgrün bis olivgrün,
kantendurchscheinend bis
durchsichtig
Dichte:
3,3 – 3,5 g/cm3
Härte:
6–7
Spaltbarkeit: vollkommen bis weniger
vollkommen
Die Färbung bei der Fe-reichen Varietät Pistazit ist schwarzgrün, während die Fe-arme
Varietät Klinozoisit eine graue Färbung besitzt. Auf den Kristallflächen ist ein starker
Glasglanz zu sehen.
Verbreiteter Gemengteil in metamorphen Gesteinen, z.B. Grünschiefern. Epidot gehört zu den
häufigsten Mineralen der ozeanischen Erdkruste, wo er zusammen mit Albit und Chlorit ein
Produkt der hydrothermalen Überprägung der Basalte durch Meerwasser bildet. Als
Kluftmineral mitunter in sehr gut ausgebildeten, flächenreichen Kristallen.
100
Vesuvian (Idokras)
Ca19 (Al, Fe)10 (Mg, Fe)3 [Si2O7]4 [SiO4]10 (O, OH, F)10
Nebenbestandteile
Li, Na, K, Mn, Be, Pb, Sn, Ti, Cr, Ce,
andere Seltene Erden, B, F
Farbe:
blassgelb, grün, braun,
gelegentlich rosa
Dichte:
3,3 – 3,5 g/cm3
Härte:
6–7
Spaltbarkeit: kaum erkennbar
Dieses Ca-reiche Mineral kommt in kontaktmetamorphen Kalksteinen und Skarnen vor. Dort
ist es vergesellschaftet mit Grossular, Diopsid, Wollastonit. In vulkanischen Auswürflingen
(z. B. am Vesuv) und als Kluftmineral. Die Struktur des Vesuvians ähnelt der des Grossulars,
weswegen er auch in der Gruppe der Inselsilikate angesiedelt werden könnte.
101
Melilith-Gruppe,
Endglied Gehlenit
Ca2 [Al2 SiO7]
Endglied Åckermanit
Ca2 Mg [Si2O7]
Farbe:
farblos, häufiger gelb, braun,
weiss-grau
Dichte:
2,9 - 3,0 g/cm3
Härte:
5-6
Spaltbarkeit: {001} oft deutlich, {110}
gelegentlich
Die Gruppe der Melilithe bildet in der Natur Mischkristalle der beiden o.g. Endglieder.
Gehlenit tritt nur in sehr Ca-reichen kontaktmetamorphen Gesteinen sowie in Schlacken auf.
Åckermanit-reiche Melilithe sind als Gemengteil von einigen Vulkaniten bekannt. Hier kann
der Melilith-Anteil bis zu 50 % des Gesteinsanteils betragen. Des weiteren kommt er in Careichen kontaktmetamorphen Gesteinen zusammen mit Diopsid und Vesuvian vor.
Als technisches Produkt Bestandteil von Hüttenschlacken und Zementklinkern.
102
8. Silikate
8.3 Cyclosilikate
(Silikatische Ringstrukturen)
Beryll, Cordierit, Turmalin
Die [SiO4]-Tetraeder sind zu Ringen verbunden, in denen jeder Tetraeder je ein
Sauerstoffatom mit zwei benachbarten Tetraedern teilt. Der Silikatanteil wird durch die
Formel SinO3n beschrieben. Es gibt 3er-, 4er- und 6er-Ringe.
Eigene Notizen:
103
Beryll
Farbe:
Al2 Be3 [Si6O18]
je nach Varietät farblos,
gelblich, grünlich, tiefgrün,
meergrün, blassrosa und
blaugrün
Dichte:
2,7 – 2,8 g/cm3
Härte:
7,5 – 8
Spaltbarkeit: unvollkommen
Wegen der Verknüpfung der [SiO4]-Tetraeder durch [BeO4]-Tetraeder kann man Beryll auch
als Gerüstsilikat auffassen. Die Einlagerung großer Alkali-Ionen in die Gitterstruktur hat nur
eine geringe Wirkung auf deren Geometrie und dient nicht wie bei den Gerüstsilikaten dem
elektrostatischen Valenzausgleich. Deshalb zählt Beryll weiterhin zu den Ringsilikaten.
Es gibt verschiedene Varietäten des Beryll, die nach Farbe und Durchsichtigkeit
unterschieden werden: Gemeiner Beryll, Aquamarin, Smaragd, Rosaberyll, Goldberyll.
Lokal massiertes Auftreten in Pegmatitkörpern oder in deren Umgebung. Vorkommen auch in
Drusenräumen, Smaragd als Einzelkristalle im Gestein.
Der Beryll ist das wichtigste Berylliummineral. Beryllium wird zusammmen mit Al und Mg
als Legierung im Flugzeugbau verwendet. Als Legierung mit Cu und Fe wird es als
Hülsenmaterial für Brennstoffstäbe verwendet. Durch die geringe Absorption von
Röntgenstrahlen findet Berylliumglas Verwendung als Austrittsfenster von Röntgenröhren.
Als Edelstein, vor allem als Smaragd, ist Beryll ein wichtiges Mineral für die
Schmuckindustrie.
104
(Mg, Fe2+)2 [Al4Si5O18] · n H2O
Cordierit
Farbe:
grau bis gelblich, zart
blaßblau bis violett
Dichte:
2,6 g/cm3
Härte:
7
Spaltbarkeit: bisweilen angedeutet
Der Aufbau von Cordierit bildet ein dreidimensionales Gerüst, bei dem die Sechserringe aus
[SiO4]- bzw. [AlO4]-Tetraedern untereinander durch weitere Tetraeder miteinander verbunden
sind. Auf Grund des Aufbaus dieses Gerüstes und des Fehlens großer Alkali- und ErdalkaliIonen wird Cordierit weiterhin als Ring- und nicht als Gerüstsilikat aufgefasst.
Vorzugsweise in metamorphen Gesteinen; in Plutoniten; durch Wasseraufnahme Übergang in
ein Gemenge von Hellglimmer und Chlorit (Pinit). Vorkommen in aluminiumreichen
Gesteinen.
Bei stärker gefärbten Individuen mit bloßem Auge sichtbarer Pleochroismus. Gelegentlich
Nutzung als Edelstein. Synthetischer Cordierit wird für die technische Keramik verwendet.
105
Turmalin
XY3 Al6 [(OH)4/(BO3)3/(Si6O18)]
In dieser Formel sind im Wesentlichen:
X
= Na, Ca
Y
= Al, Fe2+, Fe3+, Li, Mg, Ti4+,Cr3+
Al6
= Al, Fe3+, Mn
Eigenschaft: starker Pleochroismus
(Turmalinzange!)
Farbe:
Farbe wechselt stark mit der
Zusammensetzung
Dichte:
3,0 – 3,3 g/cm3
Härte:
7 – 7,5
Spaltbarkeit: mitunter Absonderung
Bei der Färbung gibt es sehr viele Nuancen, gesteinsbildend meist schwarz (Schörl). Turmalin
hat durch die verschiedenen Färbungen oft einen gut sichtbaren Zonarbau, z.B. einen roten
Kern und grünen Randsaum. Die Enden der Turmalinkristalle weisen ebenfalls häufig eine
abweichende Färbung auf. Auf den Kristallflächen herrscht Glasglanz und der Kristall ist in
Splittern durchsichtig bis kantendurchscheinend.
Turmalin ist häufiger akzessorischer Gemengteil in Pegmatiten oder pneumatolytisch
beeinflussten Graniten, hier auch Drusenmineral; als mikroskopischer Gemengteil in den
verschiedensten Gesteinen sehr verbreitet, auch als Mineralneubildung in Sedimenten,
sekundäres Auftreten als Schwermineral.
Nutzung in der Elektronik (z. B. Präzisionstemperaturmessung) und als Edelstein.
106
8. Silikate
8.4 Inosilikate
(Ketten- und Doppelkettensilikate)
8.4.1 Kettensilikate (Pyroxene)
Enstatit-Ferrosilit-Reihe,
Diopsid-Hedenbergit-Augit-Reihe,
Natriumpyroxen-Reihe
Die [SiO4]-Tetraeder sind zu Ketten oder Doppelketten verbunden. Bei einfachen Ketten zum
Beispiel teilt sich jeder Tetraeder Eckatome mit zwei anderen Tetraedern. Der Silikatanteil
der Formel ist in diesem Fall Si2O6. Zu den Einfachkettensilikaten zählen die Pyroxene, die
durch [SiO3]2--Ketten miteinander verbunden sind.
Eigene Notizen:
107
Enstatit-Ferrosilit-Reihe:
Enstatit
Mg2 [Si2O6]
Ferrosilit
Fe2 [Si2O6]
Diopsid-Hedenbergit-Reihe:
Diopsid
CaMg [Si2O6]
Hedenbergit
CaFe
Augit
(Ca, Na) (Mg, Fe, Al) [(Si, Al)2O6]
[Si2O6]
Natriumpyroxen-Reihe:
Jadeit
NaAl [Si2O6]
Ägirin (Acmit)
NaFe3+ [Si2O6]
Omphacit
(Mischkristall aus Jadeit und Augit)
Ägirinaugit
(Mischkristall aus Ägirin und Augit)
Pyroxenoide:
Wollastonit
Ca [SiO3]
108
Pyroxene werden auf Grund ihres Kristallsystems aufgeteilt. Die Orthopyroxene
kristallisieren in einem orthorhombischen und die Klinopyroxene in einem monoklinen
Kristallsystem.
Alle Pyroxene können in einem Trapez dargestellt werden. Zwischen 5 % und 33 % Ca
entstehen nur selten Pyroxene in der Natur, von 33 % bis 45 % Ca liegt eine Mischungslücke
vor. Der Bereich oberhalb von 50 % Ca existiert praktisch nicht in der Natur. Die einzige
Ausnahme bildet Wollastonit, das die Spitze des Dreiecks bildet. Dieses Mineral wird auf
Grund des inneren Aufbaus der Einfachketten nicht zu den Pyroxenen gezählt, sondern als
Pyroxenoid (Pyroxenverwandter) eingestuft.
109
Orthopyroxene:
Enstatit-Ferrosilit-Reihe
Mischkristalle:
Enstatit
Mg2 [Si2O6]
Ferrosilit
Fe2 [Si2O6]
Eigenschaft: matter Glanz auf
Spaltflächen
Farbe:
graugrün (Enstatit),
dunkelbraun (Hypersthen)
Dichte:
3,2 – 3,6 g/cm3
Härte:
5,5 - 6
Spaltbarkeit: deutlich
Die Dichte nimmt mit steigendem Fe-Gehalt zu. Lückenlose Mischkristallreihe zwischen
Enstatit und Ferrosilit. Reiner Ferrosilit wurde bislang noch nicht in der Natur beobachtet.
Die Mg-reicheren Glieder dieser Pyroxenreihe kommen in ultramafischen magmatischen
Gesteinen vor, ferner in ihren metamorphen Äquivalenten. Wegen einer ausgedehnten
Mischungslücke können Pyroxene der Reihe Enstatit-Bronzit-Hypersthen-Ferrosilit auch
neben Ca-reichen Pyroxenen im gleichen Gestein nebeneinander im Gleichgewicht auftreten.
110
Klinopyroxene:
Diopsid-Hedenbergit-Augit-Reihe
Mischkristalle:
Farbe:
Diopsid
CaMg [Si2O6]
Hedenbergit
CaFe [Si2O6]
Augit
(Ca,Na) (Mg,Fe,Al) [(Si,Al)2 O6)]
grau-graugrün (Diopsid),
schwarzgrün (Hedenbergit)
Dichte:
3,2 g/cm3 reiner Diopsid,
3,55 g/cm3 reiner Hedenbergit
Härte:
5,5 – 6,5
Spaltbarkeit: unvollkommen bis wechselnd
deutlich
Die Varietät „Gemeiner Augit“ ist grün bis bräunlichschwarz, pechschwarz bei Fe- und Tihaltigem basaltischem Augit. Es existiert ein matter Glanz auf den Spalt- und Kristallflächen.
Gesteinsbildend, Diopsid ist Gemengteil in metamorphen dolomitischen Kalksteinen,
Hedenbergit Gemengteil in Fe-reichen kontaktmetasomatischen Gesteinen, die als Skarn
bezeichnet werden. Diopsid-Hedenbergit-Mischkristalle treten als dunkler Gemengteil in
mafischen Magmatiten auf, Augit besonders in basaltischen Gesteinen und Gabbros.
8-eckiger Kopfschnitt in Dünnschliffen sichtbar.
111
Natriumpyroxen-Reihe
Jadeit
NaAl [Si2O6]
Farbe:
blaßgrün bis tiefblau
Dichte:
3,3 – 3,5 g/cm3
Härte:
6,5 – 7 (etwas größer als
die der übrigen Pyroxene)
Spaltbarkeit: gut nach {110}
Jadeit ist ein relativ seltener Pyroxen. Seine Vorkommen beschränken sich auf metamorphe
Gesteine an den Rändern von Kontinentalblöcken (Subduktionszonen) auf Bereiche, die bei
mäßigen Temperaturen sehr hohen Drücken ausgesetzt waren. Omphacit, ein jadeitreicher
Pyroxen, ist neben Granat Hauptgemengteil des Gesteins Eklogit.
112
Natriumpyroxen-Reihe
Ägirin (Akmit)
Farbe:
NaFe3+ [Si2O6]
grün oder rötlichbraun bis
schwarz
Dichte:
3,3 g/cm3
Härte:
6 – 6,5
Spaltbarkeit: nach {110} (deutlicher als bei
den anderen Pyroxenen)
Ägirin und Ägirinaugit sind verbreitete Gemengteile in alkalireichen magmatischen
Gesteinen, besonders solchen mit hohen Natriumgehalten.
113
Pyroxenoide
Wollastonit
Farbe:
gewöhnlich weiß
Dichte:
2,8 – 3,1 g/cm3
Härte:
4,5 - 5
Ca [SiO3]
Spaltbarkeit: {100} und {001} vollkommen
Dieses Mineral hat eine etwas andere Struktur als die vorgenannten Einfachkettensilikate und
wird daher in die Pyroxenverwandten gestellt. Wollastonit ist meist strahlig ausgebildet. Er
kommt häufig in metamorphen Kalksteinen vor, seltener ist er auch in Plutoniten und
Vulkaniten zu finden.
Wird in der Keramikindustrie, als Ersatz für Asbest (Schmelzpunkt 1540 °C) und in der
Kunststoffindustrie verwendet.
114
8. Silikate
8.4 Inosilikate
(Ketten- und Doppelkettensilikate)
8.4.2 Doppelkettensilikate (Amphibol-Gruppe)
Anthophyllit und Cummingtonit-Grünerit-Reihe,
Tremolit-Ferroaktinolith-Reihe,
Hornblende,
Natronamphibol-Reihe
Die [SiO4]-Tetraeder teilen abwechselnd zwei beziehungsweise drei Eckatome mit anderen
Tetraedern und bilden Doppelketten aus.
Eigene Notizen:
115
Anthophyllit und Cummingtonit-Grünerit-Reihe
Anthopyllit
Cummingtonit
(Mg, Fe)7 [(OH)2 / Si8 O22]
(Mg, Fe)7 [(OH)2 / Si8 O22]
Tremolit-Ferroaktinolith-Reihe
Tremolit
Aktinolith
Ca2 Mg5 [(OH)2 / Si8 O22]
Ca2 (Mg, Fe)5 [(OH)2 / Si8 O22]
Hornblende
A0-1 X2 Y5 [(OH)2 / Z8 O22]
Natronamphibol-Reihe
Glaukophan
Riebeckit
Na2 (Mg, Fe)3 Al2 [(OH)2 / Si8 O22]
Na2 (Mg, Fe2+)3 Fe23+ [(OH)2 / Si8 O22]
116
Anthophyllit und Cummingtonit-Grünerit-Reihe
Anthophyllit
(Mg, Fe)7 [(OH)2 / Si8 O22]
Cummingtonit
(Mg, Fe)7 [(OH)2 / Si8 O22]
Anthophyllit
Farbe:
gelbgrau bis gelbbraun, je
nach Fe-Gehalt
Dichte:
2,9 – 3,1 g/cm3
Härte:
5,5
Spaltbarkeit: vollkommen, oft
Querabsonderung der Stengel
Gelegentlicher Gemengteil in Mg-reichen metamorphen Gesteinen. Anthophyllit kristallisiert
in einem orthorhombischen Kristallsystem aus, Cummingtonit in einem monoklinen.
117
Tremolit-Ferroaktinolith-Reihe
Tremolit
Farbe:
Ca2 Mg5 [(OH)2 / Si8 O22]
rein weiß, grau, lichtgrün,
Seidenglanz
Dichte:
3,0 – 3,1 g/cm3 (je nach FeGehalt)
Härte:
5-6
Spaltbarkeit: vollkommen,
Querabsonderung
Verbreiteter Gemengteil in metamorphen Gesteinen, gelegentlich Kluftmineral.
Historisch für die Herstellung von Asbesten verwendet.
118
Aktinolith
Farbe:
Ca2 (Mg, Fe)5 [(OH)2 / Si8O22]
hell-dunkelgrün, bei
feinnadeliger Entwicklung
auch blassgrün
Dichte:
3,0 – 3,2 g/cm3
Härte:
5–6
Spaltbarkeit: vollkommen
Die Ausbildung des Aktinolith ist meist breitstengelig mit Querabsonderung. Büschelig,
strahlig bis grabenförmig, teilweise auch feinnadelig und in wirr-faserig-verfilzten Massen
angeordnet.
Verbreiteter Gemengteil
in metamorphen Gesteinen, insbesondere in der spilitisierten
ozeanischen Kruste; gelegentlich Kluftmineral.
119
Hornblende
(K, Na)0-1 (Ca, Na)2 (Mg, Fe2+, Fe3+, Al)5 [(OH, F)2/(Si, Al)2 Si6O22]
Farbe:
grün, dunkelgrün,
kantendurchscheinend
Dichte:
3,0 – 3,5 g/cm3
Härte:
5–6
Strich:
farblos
Spaltbarkeit: vollkommen, besser als bei
Augit, Spaltwinkel von 124°
Bei der Färbung der Hornblende gibt es auch dunkelbraune bis tiefschwarze Varietäten, bei
denen es sich um „basaltische Hornblende“ handelt. Auf den Spalt- und Kristallflächen
halbmetallischer Glanz. Bei Hornblende handelt es sich um einen Sammelbegriff für CaAmphibole, die eine Mischkristallreihe mit zahlreichen Endgliedern bilden. Die
Zusammensetzung der Hornblende variiert stark. Hornblende ist der wichtigste und am
meisten verbreitete gesteinsbildende Amphibol.
Sie kommt in magmatischen Gesteinen vor. In feinfaseriger Ausbildung sekundär und
pseudomorph nach Augit.
120
Natronamphibol-Reihe
Glaukophan
Farbe:
Na2 (Mg, Fe)3 Al2 [(OH)2 / Si8 O22]
blau, dunkel- bis schwarzblau
mit Zunahme des Fe-Gehaltes
Dichte:
3,1 – 3,3 g/cm3
Härte:
5,5 – 6
Spaltbarkeit: vollkommen
Lokal wichtiger Gesteinsgemengteil, jedoch ausschließlich in metamorphen Gesteinen wie
den Glaukophanschiefern (Blauschiefer), dort seiner Entstehung nach HochdruckNiedrigtemperatur-Mineral, zusammen mit Jadeit.
121
8. Silikate
8.5 Phyllosilikate
(Schicht- bzw. Blattsilikate)
Talk-Pyrophyllit-Gruppe,
Glimmer-Gruppe,
Chlorit-Gruppe,
Serpentin-Gruppe,
Tonmineral-Gruppe,
Prehnit
Eigene Notizen:
122
Strukturtyp
Talk-Pyrophyllit-Gruppe
Dreischicht-Silikate
Talk
Mg3 [(OH)2 / Si4O10]
trioktaedrisch
Pyrophyllit
Al2 [(OH)2 / Si4O10]
dioktaedrisch
Glimmer-Gruppe
Dreischicht-Silikate
Muskovit
KAl2[6] [(OH)2 / Si3Al[4]O10]
dioktaedrisch
Paragonit
NaAl2 [(OH)2 / Si3AlO10]
dioktaedrisch
Phlogopit
KMg3 [(OH, F)2 / Si3AlO10]
trioktaedrisch
Biotit
K(Mg, Fe2+)3 [(OH)2 / Si3AlO10]
trioktaedrisch
Lepidolith
K(Li, Al)2-3 [(OH, F)2 / Si3AlO10]
trioktaedrisch
Chlorit-Gruppe
Chlorit
Drei-/Vierschicht-Silikate
{(Mg, Fe)3 [(OH)2 / (Al, Si)4O10]
di-/trioktaedrisch
· (Mg, Fe, Al)3 (OH)6 (generalisierte Formel)}
Serpentin-Gruppe
Zweischicht-Silikate
Antigorit
Chrysotil
Mg6 [(OH)8 / Si4O10]
trioktaedrisch
Lizardit
Tonmineral-Gruppe
Zwei-/Dreischicht-Silikate
Kaolinit
Al4 [(OH)8 / Si4O10]
dioktaedrisch
Montmorillonit
(Al, Mg)2 [(OH)2 / Si4O10] (Na, Ca)x · nH2O
dioktaedrisch
Prehnit
Ca2Al [AlSi3O10] (OH)2
123
Alle [SiO4]-Tetraeder teilen Eckatome mit drei anderen Tetraedern und bilden auf diese Weise
zweidimensionale unendliche Schichten. Der Silikatanteil der Formel ist Si2O5.
Vereinfacht dargestelltes Schichtsilikat in der Aufsicht:
Darstellung eines Zweischichtsilikats mit den Tetraeder-Schichten (blaue Dreiecke) und den
Oktaeder-Schichten (hellblaue Kreise):
Dabei wechseln sich Tetraeder- und Oktaederschicht ab. Alle freien Tetraederspitzen der
Si2O5-Schichten zeigen nach derselben Seite. Die Formeleinheiten Mg(OH)2 und Al(OH)3 der
einzelnen Schichtsilikate sind jeweils mit einer Si2O5-Schicht verbunden. Die Schichtpakete
werden durch Van-der-Waals-Bindungen zusammengehalten.
Bei den Dreischichtsilikaten gibt es pro Schicht eine Tetraeder-Oktaeder-Tetraeder-Folge. Die
einzelnen Dreischichtpakete werden durch Van-der-Waals-Bindungen zusammengehalten.
Man unterscheidet zwischen dioktaedrischen und trioktaedrischen Schichtsilikaten. Bei
trioktaedrischen Schichtsilikaten sind alle Oktaederzentren von 2-wertigen Kationen besetzt.
Bei dioktaedrischen Schichtsilikaten sind nur etwa
2
3
der Oktaederzentren von 3-wertigen
Kationen besetzt.
124
Ein Dreischichtsilikat kann stark vereinfacht so dargestellt werden:
Glimmerstrukturen sind Dreischichtminerale, bei denen in den Tetraedern das Siliziumatom (4wertig) durch ein Aluminiumatom (3-wertig) ersetzt wurde. Dies kann maximal bis zur Hälfte
aller Tetraeder erfolgen. Damit die Ladungen trotzdem ausgeglichen sind, werden zwischen
den einzelnen Dreischichtpaketen große Kationen (weiße Kreise) eingebaut, wie z.B. K+, Na+
oder auch Ca2+.
125
Talk-Pyrophyllit-Gruppe
Talk
Mg3 [(OH)2 / Si4O10]
Nebenbestandteile
Fe, Al
Eigenschaft: Perlmutterglanz,
durchscheinend
Farbe:
zart grün, grau oder silberweiß
Dichte:
2,7 g/cm3
Härte:
1, fühlt sich fettig an
Spaltbarkeit: vollkommen
In Mg-reichen metamorphen Gesteinen, entsteht auch durch hydrothermale Umwandlung Mgreicher, mafischer bis ultramafischer Gesteine; dabei verdrängt er Amphibol, Pyroxene oder
Olivin. Kann Asbest enthalten.
Verwendung als Talkum, Schmiermittel, in der Papierindustrie, der Medizin und gebrannt in
der Feinkeramik und Elektrokeramik.
126
Glimmer-Gruppe
Muskovit
KAl2[6] [(OH)2 / Si3Al[4]O10]
Nebenbestandteile
Rb, Na, Cs, Mg, Fe
Farbe:
hell silberglänzend, farblos,
gelblich, grünlich,
Perlmutterglanz auf den
Spaltflächen
Dichte:
2,8 – 2,9 g/cm3
Härte:
2 – 2,5
Spaltbarkeit: sehr vollkommen
Muskovit hat nur eine geringe Mischbarkeit mit den anderen Gliedern der Glimmer-Gruppe.
Muskovit ist ein weit verbreitetes gesteinsbildendes Mineral. Die feinschuppige Varietät wird
Sericit genannt. Er ist häufig sekundäres Umwandlungsprodukt von Feldspäten. Illit, ein
Hydromuscovit, entsteht durch Austausch von K+ gegen H3O+ (Bestandteil von Tonen und
Tonsteinen). In Pegmatiten große Tafeln bildend.
Wegen seiner Wärme- und Elektroisolation wird er technisch genutzt, z. B. als „Fenster“ bei
Hochöfen.
127
Glimmer-Gruppe
K(Mg,Fe2+)3 [(OH)2 / Si3(Al, Fe3+) O10)]
Biotit
Farbe:
dunkelgrün, hellbraun,
dunkelbraun bis schwarzbraun
Dichte:
2,8 – 3,2 g/cm3
Härte:
2,5 – 3
Spaltbarkeit: sehr vollkommen, elastisch
biegsame Plättchen
Biotit bildet eine lückenlose Mischkristallreihe zwischen Phlogopit [KMg3(F,OH)2(Si3Al)O10]
und dem Fe-reichen Endglied Annit [KFe32+(OH,F)2AlSi3O10]. Gegenüber Phlogopit ist ein
Teil des Mg durch Fe2+ sowie durch Fe3+, Al und Ti ersetzt.
Biotit ist ein in Magmatiten und Metamorphiten sehr verbreitetes gesteinsbildendes Mineral.
Phlogopit und Biotit kommt in ultramafischen Gesteinen und in metamorphen Kalksteinen
(Marmoren) vor.
Biotit wird in der Elektroindustrie genutzt.
128
Glimmer-Gruppe
Lepidolith
K(Li, Al)2-3 [(OH, F)2 / Si3AlO10]
Nebenbestandteile
Mn2+
Farbe:
weiß bis blass-rosarot
Dichte:
2,8 – 2,9 g/cm3
Härte:
2,5 - 4
Spaltbarkeit: vollkommen
Zusammen mit anderen Li-haltigen Mineralen in Pegmatiten. Als Blättchen oder Schüppchen
ausgebildet.
Erz zur Gewinnung von Lithium. Lithium wird für Legierungen, in der Pyrotechnik, für Akkus
und für Spezialgläser genutzt.
129
Chlorit-Gruppe
Chlorit
(Mg,Fe)3 [(OH)2 / (Al, Si)4O10]⋅⋅(Mg, Fe, Al)3 (OH)6
Nebenbestandteile
Farbe:
Ti, Cr, Ni
grün, durch Spurenelemente
mitunter abweichende
Färbungen
Härte:
2
Spaltbarkeit: sehr vollkommen
Wichtiges gesteinsbildendes Mineral in metamorphen Gesteinen und der ozeanischen
Erdkruste; sekundäres Umwandlungsprodukt aus Biotit, Granat, Pyroxen oder Amphibol.
Chamosit und Thuringit sind Fe3+-reiche Chlorite.
130
Serpentin-Gruppe
Mg6[(OH)8/Si4O10]
Varietäten:
Chrysotil
Antigorit
Eigenschaft: Seidenglanz
Farbe:
hell bis dunkelgrün, gelbgrün
Dichte:
2,5 – 2,6 g/cm3
Härte:
3–4
Spaltbarkeit: oft undeutlich (Chrysotil),
blättrig (Antigorit)
Serpentin bildet meist dichte Aggregate. Antigorit ist blättrig oder schuppig ausgebildet.
Chrysotil ist faserig und bildet selten gute Kristalle aus. Es besteht ein begrenzter Einbau von
Fe und Al.
Beide Serpentin-Arten sind häufige Reaktionsprodukte von Olivin mit hydrothermalen
Lösungen, daneben auch von Pyroxen und Amphibol. Auf Klüften in Form von feinfaserigem
Chrysotilasbest (häufig) oder blättrigem Kluft-Antigorit (seltener).
Chrysotil, Antigorit und der zu den Amphibolen zählende Aktinolith sind so genannte AsbestMinerale. Asbest war ein geschätzter Werkstoff, weil es faserig, feuerfest, gut isolierend und
mechanisch verspinnbar ist. Die Gefährlichkeit von Asbest wurde erst später festgestellt.
Chrysotil zum Beispiel kann sich in der Lunge festsetzen, da die Chrysotilröllchen am Ende
kleine Haken ausbilden (siehe Zeichnung).
Asbest gilt als krebserregend und hat eine zellschädigende Wirkung (Asbestose).
131
Vereinfachte Darstellung der Asbest-Struktur:
Durch das enthaltene Mg2+ kommt es innerhalb der Oktaederschicht zur Aufweitung und damit
passen die Gitterabstände von Tetraeder- und Oktaederschicht nicht mehr perfekt zusammen.
Beim Chrysotil kommt es dadurch zur Krümmung und Einrollung der Schichten. Die
Oktaederschicht befindet sich auf der Außenseite des Chrysotilröllchens. Antigorit hat
demgegenüber eine wellenartige Struktur, die mit periodischem Umklappen der [SiO4]Tetraeder zusammenhängt.
132
Tonmineral-Gruppe
Kaolinit
Farbe:
Al4 [(OH)8 / Si4O10]
reiner Kaolinit ist weiß,
durch Beimengungen gelb,
grünlich oder bläulich
gefärbt
Dichte:
2,1 – 2,6 g/cm3
Härte:
1
Spaltbarkeit: vollkommen
Kaolinit ist ein sehr wichtiges und weit verbreitetes Tonmineral. Es ist ein Gemengteil von
Kaolin (Porzellanerde) und vieler Tone und Tonsteine.
Bildung bei Verwitterungsprozessen oder durch Einwirkung thermaler bzw. hydrothermaler
Wässer auf Silikate, besonders Feldspäte.
Es wird zur Herstellung von Porzellan, in der Papierindustrie und als Bestandteil von
Bohrspülungen verwendet.
133
Tonmineral-Gruppe
Montmorillonit
(Al, Mg)2 [(OH)2 / Si4O10] (Na, Ca)x ⋅ nH2O
Eigenschaft: Fettglanz
Farbe:
weiß, grauweiß, gelb,
bräunlichgelb, grünlichgelb
Strich:
weiß
Dichte:
2,35 g/cm3
Härte:
1,5 – 2
Spaltbarkeit: vollkommen
Montmorillonit ist ein Dreischichtsilikat mit variabler Zusammensetzung. Na wird zum Teil
durch Ca ersetzt. Er ist vorherrschendes Tonmineral im Bentonit, der sich u. a. aus verwitterten
vulkanischen Aschen bildet.
Montmorillonit besitzt eine ausgesprochen hohe Quellfähigkeit. Es wird für Bohrspülungen,
zur
Abwasserreinigung,
zum
Bleichen
oder
Entfärben
und
zur
Abdichtung
von
Schadstoffdeponien eingesetzt.
134
Prehnit
Ca2Al [AlSi3O10] (OH)2
Eigenschaft: Fettglanz
Farbe:
fahl-weiss, grau, grünlich
Strich:
weiß
Dichte:
2,9 – 3,0 g/cm3
Härte:
6 – 6,5
Spaltbarkeit: gut nach {001}; undeutlich
nach {110}
Das Schichtsilikat Prehnit hat nicht die ausgeprägte Spaltbarkeit wie Glimmer oder Talk. Er ist
besonders in Klüften und sekundären Hohlraumfüllungen rosettenartig angeordnet. Prehnit hat
die größte Mohs`sche Härte unter allen häufigen Schichtsilikaten. Sein Vorkommen ist auf
magmatische und metamorphe Bereiche beschränkt. Sedimente enthalten nur sehr selten
Prehnit. In Vulkaniten tritt er als Blasenfüllung zusammen mit Calcit und Zeolithen auf. In
metamorphen Gesteinen beobachtet man Prehnit im niederen und mittleren Temperaturbereich.
135
8. Silikate
8.6 Tektosilikate
(Silikatische Gerüststrukturen)
Feldspat-Gruppe,
Feldspatoide (Foide, Feldspatvertreter),
Zeolith-Gruppe,
Skapolithe
Alle [SiO4]-Tetraeder teilen alle vier Eckatome mit anderen Tetraedern und bilden auf diese
Weise ein dreidimensionales Gerüst. Der Silikatanteil der Formel ist SiO2.
Eigene Notizen:
136
Die Gruppe der Gerüst-(Tekto-)Silikate gehört zu den wichtigsten des gesamten Lernstoffs.
Insbesondere die Feldspäte sind wegen ihrer Häufigkeit in den Gesteinen der Erdkruste von
großer Bedeutung. Die Gruppe der Gerüstsilikate lässt sich zum besseren Lernen in vier
Gruppen unterteilen:
Feldspat-Gruppe
Alkalifeldspäte:
Sanidin
(K, Na) [AlSi3O8]
Orthoklas
(K, Na) [AlSi3O8]
Mikroklin
K [AlSi3O8]
Anorthoklas
(K, Na) [AlSi3O8]
Plagioklas-Reihe:
Albit
Na [AlSi3O8]
Anorthit
Ca [AlSi3O8]
Feldspatoide (Foide, Feldspatvertreter)
Die Feldspatoide unterscheiden sich durch ihren geringeren SiO2-Gehalt von den
Alkalifeldspäten.
Leucit
K [AlSi2O6]
Nephelin
(Na, K) [AlSiO4]
Sodalith-Reihe
Sodalith
Na8 [Cl2 / (AlSiO4)6]
Nosean
Na8 [(SO4) / (AlSiO4)6]
Zeolith-Gruppe (Tektosilikate mit Wasser)
Analcim
Na [AlSi2O6] · H2O
Natrolith
Na2 [Al2Si3O10] · 2H2O
Chabasit
Ca [Al2Si4O12] · 6H2O
Skapolithe
Marialith
Na4 [Al3Si9O24] · Cl
Mejonit
Ca4 [Al6Si6O24] · CO3
137
Alkalifeldspäte
(K, Na) [AlSi3O8]
Typen:
Sanidin
(K, Na) [AlSi3O8]
Orthoklas
(K, Na) [AlSi3O8]
Mikroklin
K [AlSi3O8]
Anorthoklas
(K, Na) [AlSi3O8]
Farbe:
durchscheinend bis
durchsichtig, rot, meist weiß
oder schwarz
Dichte:
2,5 – 2,6 g/cm3
Härte:
~6
Spaltbarkeit: vollkommen
Sanidin (K, Na) [AlSi3O8], (K,Na)- Sanidin
Die farblosen bis grauen Kristalle sind dünntafelig und trüb, seltener durchscheinend bis
durchsichtig. Er kommt in felsischen Vulkaniten (Rhyolithe, Trachyte, Phonolithe) und in
Kimberliten vor. Ausserdem tritt Sanidin in Gesteinen der Hochtemperatur-Metamorphose
auf. Er ist als Hochtemperaturform von Alkalifeldspäten anzusehen.
Orthoklas (K, Na) [AlSi3O8], (K,Na)-Orthoklas
Durch
seine
Mittelstellung
zwischen
der
Hochtemperaturform
Sanidin
und
der
Tieftemperaturform Mikroklin besitzt Orthoklas eine teilweise geordnete Al-Si-Verteilung.
Das Mineral bildet spätige Kristalle von weißer oder roter Farbe aus. Diagnostisch ist eine
einfache Verzwilligung der Kristalle. Orthoklas kommt in hellen Intrusivgesteinen (Graniten,
Granodioriten, Syeniten) und in Metamorphiten vor. Weiterhin tritt er in Pegmatiten auf.
Mikroklin K [AlSi3O8]
Im Mikroklin als Tieftemperaturform des Kalifeldspats ist die Al-Si-Verteilung in höherem
Grade geordnet. In Chemismus und Habitus besteht eine weitgehende Ähnlichkeit mit
Orthoklas. Das Mineral tritt ebenfalls in hellen Intrusivgesteinen, in Sandsteinen und in
138
Metamorphiten auf. Teilweise bildet es sich aus dem primären Orthoklas der felsischen
Plutonite. Idiomorphe Kristalle findet man in alpinen Zerrklüften.
Anorthoklas (K, Na) [AlSi3O8]
Das Natrium-Kalium-Verhältnis kann von Vorkommen zu Vorkommen stark variieren.
Neben der Na- und K- Komponente kommt stets ein deutlicher Gehalt an Ca hinzu. Das
Mineral bildet spätige, bläulich bis fast schwarz gefärbte Kristalle, die oft lebhaft
labradorisieren. Es tritt in Alkalisyeniten und Alkalitrachyten auf.
139
Plagioklas-Reihe
Bestandteile:
Albit
Na [AlSi3O8]
Oligoklas
Andesin
Labradorit
Bytownit
Anorthit
Ca [Al2Si2O8]
Eigenschaft: Glas- oder Perlmutterglanz
Farbe:
farblos, weiß, grau, rötlich
Strich:
weiß
Dichte:
2,62 – 2,76 g/cm3
Härte:
6 – 6,5
Spaltbarkeit: vollkommen
Die Plagioklase bilden eine Mischkristallreihe Albit → Anorthit (NaAlSi3O8 → CaAl2Si2O8),
die nach dem Anorthitgehalt (An) folgendermaßen unterteilt wird:
Albit
An0 - An10
Oligoklas
An10 - An30
Andesin
An30 - An50
Labradorit
An50 - An70
Bytownit
An70 - An90
Anorthit
An90 - An100
Die Plagioklase bilden spätige Kristalle von weißer, gelblicher, grünlicher, selten auch
violetter Farbe. Diagnostisch ist eine polysynthetische Verzwilligung, häufig ist allerdings
makroskopisch keine solche zu sehen.
Die Plagioklase sind sehr häufige gesteinsbildende Minerale. Albit und Oligoklas treten in
felsischen Magmatiten und in Metamorphiten niedriger Bildungsbedingungen auf. Andesin
kommt in Andesiten und Dioriten sowie in Metamorphiten mittlerer Bildungsbedingungen
vor. Labradorit und Bytownit sind Minerale mafischer Magmatite und Metamorphite hoher
Bildungsbedingungen. Plagioklase treten auch im Detritus klastischer Sedimentgesteine auf.
140
141
Feldspatoide (Foide, Feldspatvertreter)
Leucit
K [AlSi2O6]
Eigenschaft: Glas- oder Fettglanz
Farbe:
farblos, grauweiß bis weiß,
gelblich, trüb
durchscheinend
Dichte:
2,5 g/cm3
Härte:
5,5 – 6
Spaltbarkeit: fehlt
Leucit ist ein typisches Mineral SiO2-untersättigter K-reicher vulkanischer Gesteine (z. B. am
Vesuv) und tritt in der Natur dort im Wesentlichen auf. In Plutoniten und metamorphen
Gesteinen fehlt Leucit völlig.
142
Feldspatoide (Foide, Feldspatvertreter)
Nephelin
Farbe:
(Na, K) [AlSiO4]
grau, grünlich oder rötlich,
auf Kristallflächen
Glasglanz, auf Bruchflächen
Fettglanz
Dichte:
2,6 g/cm3
Härte:
5,5 – 6
Spaltbarkeit: unvollkommen
Wie Leucit ist auch Nephelin ein wichtiges gesteinsbildendes Mineral in SiO2-untersättigten
magmatischen Gesteinen. Im Unterschied zu Leucit tritt Nephelin auch in seltenen Plutoniten
wie Nephelinsyeniten und deren Pegmatiten auf.
143
Feldspatoide (Foide, Feldspatvertreter)
Sodalith-Reihe
Sodalith
Na8 [Cl2 / (AlSiO4)6]
Merkformel: 3Na[AlSiO4] (Nephelin) · NaCl
Nosean
Na8 [(SO4) / (AlSiO4)6]
Farbe:
farblos bis tiefblau
Dichte:
2,3 g/cm3 Sodalith
2,3 – 2,4 g/cm3 Nosean
Härte:
5-6
Spaltbarkeit: {110} vollkommen
Als Gemengteil besonders in alkalibetonten Plutoniten (Nephelinsyeniten und deren
Pegmatiten), als mikroskopischer Gemengteil in vulkanischen Gesteinen (Phonolithen und
Alkali-Basalten), aufgewachsene Kriställchen in vulkanischen Auswürflingen.
144
Zeolith-Gruppe
Beispiele:
Analcim
Na [AlSi2O6] · H2O
Natrolith
Na2 [Al2Si3O10] · 2H2O
Chabasit
Ca [Al2Si4O12] · 6H2O
Eigenschaft: manchmal Glas- bis
Seidenglanz
Farbe:
klar, weiß, farblos bis leicht
gefärbt, durchscheinend
Dichte:
~ 2,25 g/cm3
Härte:
~ 5,5
Spaltbarkeit: fehlt
Analcim
Analcim ist klar oder weiß und bildet auf Klüften in Tonsteinen gelegentlich Kristalle mit 24
gleichen Flächen, sog. Ikositetraeder. Analcim ist ein häufiges Mineral der sehr niedrig
temperierten Metamorphose. Aus Analcim und Quarz bildet sich bereits bei ca. 150 °C das
Mineral Albit nach der Gleichung:
Na [AlSi2O6] · H2O + SiO2
Analcim
+ Quarz
→ Na [AlSi3O8]
→
Albit
+ H2O
+ Wasser
Weiterhin kommt er in vulkanischen Gesteinen als Sekundärmineral vor. In tonigen
Sedimenten kann er als authigenes Mineral auftreten.
Natrolith
Langprismatisch-nadelige und haarförmige Kristalle, meistens zu Büscheln oder radialstrahlig
bis kugelig gruppiert. Muscheliger Bruch, meistens farblos, weiß, seltener zart gefärbt, Glasbis Seidenglanz, durchsichtig bis durchscheinend. Natrolith tritt als hydrothermales
Zersetzungsprodukt in vulkanischen Gesteinen auf.
145
Chabasit
Spaltbarkeit bisweilen deutlich, sonst muscheliger Bruch. Farblos oder weiß, seltener zart
gefärbt. Glasglanz, durchsichtig bis durchscheinend. Ebenso wie Natrolith in vulkanischen
Gesteinen, auf Kluftflächen und in Hohlräumen.
146
Skapolithe
Endglieder:
Marialith
Na4 [Al3Si9O24] · Cl
Mejonit
Ca4 [Al6Si6O24] · CO3
Farbe:
meist weiss oder grau, auch
grünlich, rötlich, ziegelrot
Dichte:
2,5 – 2,8 g/cm3
Härte:
5-6
Spaltbarkeit: {110} vollkommen, {100}
deutlich
Die Gruppe der Skapolithe ist eine Mischung der beiden Endglieder Marialith und Mejonit.
Mejonite können neben der CO3-Komponente auch SO4-Moleküle enthalten. Ausserdem kann
in beiden Endgliedern das CO3 und das Cl durch OH oder F ersetzt werden.
Am einfachsten kann man sich die Formeln an Hand der Genese dieser Endglieder in
metamorphen Prozessen merken, bei denen Feldspat mit Halit oder Calcit reagiert:
3 NaAlSi3O8
+ NaCl
→
Na4 [Al3Si9O24] · Cl
3 Albit
+ Halit
→
Marialith
3 CaAl2Si3O8
+ CaCO3
→
Ca4 [Al6Si6O24] · CO3
3 Anorthit
+ Calcit
→
Mejonit
Das Vorkommen von Marialith ist beschränkt auf Chlorid-reiche Sedimente und deren
metamorphe Äquivalente. Mejonit-reicher Skapolith dagegen tritt häufig in mafischen
Metamorphiten auf, deren Ausgangsgesteine etwas Calcit enthalten. Die Bildungstemperaturen von Mejonit nach der obigen Reaktionsgleichung betragen ca. 600 bis 700 °C.
In magmatischen Gesteinen ist Skapolith praktisch nicht zu finden.
147
Kleines Glossar
BIF:
BIFs (= banded iron formation) entstanden vor ca. 3,5 bis 1,5 Mrd.
Jahren im Präkambrium. In der Atmosphäre war wenig Sauerstoff
vorhanden. Eisen konnte in gelöster Form ins Meer transportiert
werden.
Durch
lokale
Sauerstoffbildung,
zum
Beispiel
durch
Cyanobakterien, wurde das Eisen ausgefällt (Oxidation). Dabei bildete
sich vor allem Hämatit (Eisenglanz). In den Hämatitlagen ist häufig
auch Magnetit enthalten. Zwischen den Eisenlagern erfolgte die
normale Sedimentation im Meeresbereich, die als Hornsteinlagen
(mikrokristalliner Quarz) erhalten ist. Mit der Erhöhung des
Sauerstoffes auf ca. 5 % des heutigen Levels in der Atmosphäre wurde
die Bildung von BIFs beendet, da das Eisen nun auch auf dem Festland
oxidierte.
CCD:
(=Calcit
Compensation
Depth
/
Calcit-Kompensationstiefe)
Meerestiefe, in der Calcit aufgelöst wird und nur kieselige Organismenund Sedimentreste erhalten bleiben. Ihre Lage ist regionalen und
erdgeschichtlichen Schwankungen unterworfen. In heutigen Meeren
liegt sie zwischen 3500 m und 5500 m Tiefe und wird durch den Druck
und Chemismus der Wassermassen bestimmt. Unterhalb dieser Grenze
wird Calcit vollständig im Meerwasser gelöst.
Differentiate:
Magmen, die durch Ausscheiden von Kristallen aus Primärmagmen
eine veränderte Zusammensetzung erreichen und meist innerhalb der
Erdkruste durch Aufnahme von Fremdgesteinen kontaminiert werden.
Durchläufer:
Nicht nur bei diskreten (engen) p-T-Bedingungen auftretendes Mineral.
Druse:
Als Druse wird ein mit Mineralen unvollständig ausgefüllter ehemaliger
Hohlraum im Gestein bezeichnet.
Erdkruste:
äußere
Erdschale
unterscheidet
die
über
der
kontinentale
Mohorovi i -Diskontinuität.
Ober-
und
Unterkruste,
Man
die
verschiedentlich durch eine Diskontinuität getrennt sind. Während die
kontinentale Kruste normalerweise eine Dicke von 30-50 km (selten bis
zu 70 km) besitzt, hat die ozeanische Kruste nur Dicken von 5-10km.
Beide unterscheiden sich in ihrer petrographischen Zusammensetzung.
Die ozeanische Erdkruste besteht überwiegend aus tholeiitischen
148
Basalten
bzw.
Spiliten.
Die
kontinentale
Erdkruste
ist
aus
verschienenen metamorphen Gesteinen, Graniten und Granodioriten
zusammengesetzt, die oft von km-mächtigen Sedimentgesteinsmassen
bedeckt werden.
Erdmantel:
zwischen der Mohorovi i - und der dem Erdkern in 2900 km Tiefe
gelegene Erdschale. Man kann zwischen einem Oberen und einem
Unteren Erdmantel unterscheiden. Die Grenze liegt bei ca. 700 km
Tiefe. Der Obere Erdmantel besteht aus peridotischen Gesteinen mit
Anteilen von Olivin > Ortho- > Klinopyroxenen sowie Granat oder
Spinell.
Eruptivgestein:
Erstarrungsgestein, Massengestein, Magmatit bzw. magmatisches
Gestein, durch Auskristallisation (= Erstarrung) aus silikatischer
Schmelze (Magma) entstandenes Gestein. Verschiedentlich jedoch nur
für
vulkanische
Gesteine
(=
Vulkanit;
Erguss-,
Effusiv-,
Oberflächengestein), d.h. für Gesteine, die an der Oberfläche erstarrt
sind, verwendet.
Erz:
Gesteine oder Minerale, aus denen Metalle gewonnen werden (z.B.
Hämatit).
Evaporation:
Der Evaporationszyklus beginnt mit dem Ausfällen des Calcits. Bei
weiterer Verdunstung des Meerwassers fallen Gips, dann Halit und
zuletzt die Kalisalze bzw. Edelsalze aus. Es handelt sich um eine
chemische Sedimentation.
felsisch:
Felsische Gesteine sind reich an den hellen Gemengteilen Quarz
und/oder Feldspat. Das häufig gebrauchte Wort „saure“ Gesteine ist
inkorrekt.
Gang:
Ausfüllung von Spalten in der Erdkruste durch Mineralabsätze oder
Gesteine in Gestalt meist plattenförmiger Körper (Eruptivgang,
Erzgang, Mineralgang). Mineralgänge können mit Quarz, Fluss-,
Schwer-, Kalkspat usw. gefüllt sein, Erzgänge mit einer Gangfüllung
von Erzmineralen und Gangmitteln. Als Eruptivgänge treten Pegmatite
sowie verschiedene vulkanische Gesteine auf.
Gangart:
(taubes Gestein); Umgebungsgestein von Erzen, das durch besondere
Aufbereitungsverfahren von diesem getrennt werden muss.
149
Greise:
Die Entstehung von Greisen findet in der Dachregion granitischer
Plutone
statt.
Dabei
wirkt
die
wässrige
Restphase,
eine
höchsttemperierte hydrothermale Lösung, auf den magmatischen
Körper ein. Unter anderen sind dabei sehr aggressive Gase, wie etwa
Fluorwasserstoff, am Prozess beteiligt. Das Einwirken der Gase und
Fluide führt zur Mineralneubildung. Dabei kann neben Zinnstein,
Wolframit und Quarz auch aus dem Aluminium der Feldspäte Topas
gebildet werden.
hydrothermal:
Stadium im Bereich der magmatogenen Erzlagerstättenbildung, für das
ein wässriges Transportmedium mit Temperaturen unter 580°C und
unterschiedliche Drücke charakteristisch sind. Die Hydrothermen
enthalten Metallionen und Komplexe, aus denen sich bei Abkühlung
und Druckabnahme (Erz-) Minerale bilden können.
Hypidiomorph:
Mischung aus Fremd- und Eigengestalt eines Minerals, z. B. in
magmatischen Gesteinen.
Idiomorph:
Eigengestalt eines Minerals.
Kimberlit:
Ultramafisches, häufig diamantenreiches Gestein, auf alte Kratone
beschränkt. Vermutet wird ein Aufschmelzen der Magma in 150 – 200
km Tiefe im Erdmantel. Durch bislang noch nicht eindeutig geklärte
Vorgänge steigt die 1200 °C heiße Schmelze entlang eines Bruchsystem
explosionsartig auf. Für den Aufstieg wird eine Dauer von weniger als 2
Tagen angenommen.
Kumulate:
Lagige oder irreguläre Anhäufung von Mineralen, die aus einer
Schmelze – oft in einem frühen Stadium der Abkühlung –
ausgeschieden wurden.
Liquidus-Kurve:
Trennt den teilflüssigen Zustand (Schmelze plus Kristalle) eines
Systems vom flüssigen Zustand. „Oberhalb“ der Liquidus-Kurve ist das
System im flüssigen, „unterhalb“ davon in einem teilflüssigen Zustand.
Frühkristallisation: Beim Abkühlen eines Plutons kristallisieren die Minerale unterschiedlich schnell aus. Die zuerst ausfallenden Minerale sinken auf den Boden
der Magmakammer und bilden dort ein Frühkristallisat, das auch als
Kumulat bezeichnet wird. Für den Begriff Frühkristallisat wird auch
Frühdifferentiat verwendet.
150
mafisch:
Mafische Gesteine sind reich an dunklen Gemengteilen wie Olivin,
Pyroxene, Amphibole, Biotit und evtl. Granat. Das häufig gebrauchte
Wort „basische“ Gesteine ist inkorrekt.
Metamikt:
Zerfall der Kristallstruktur eines Minerals durch radioaktive Strahlung
Metasomatose:
Vorgang, bei dem ein Gestein ganz oder teilweise durch ein
Reaktionsprodukt aus dem Material des vorhandenen Gesteins und
einer zugeführten mobilen Phase im Austausch ersetzt wird. Auf diese
Weise sind z.B. die metasomatischen oder Verdrängungslagerstätten
entstanden.
Minette:
Minette ist die Bezeichnung für oolithische Eisenerzlager des unteren
Doggers (vor ca. 175 Mio. Jahren) in Lothringen und Luxemburg. Die
Ooide entstehen, wenn sich um kleine Partikel, wie Quarzkörner oder
Bruchstücke von Schalen, konzentrisch neue Schichten von Kalk
ablagern. Dabei kann auch gelöstes Eisen mit eingebaut werden. Ooide
entstehen
in
warmem
kalkübersättigtem
Wasser
mit
starker
Wellenbewegung. Sind die Ooide zu schwer geworden, um weiter in
der Schwebe gehalten zu werden, sinken sie auf den Meeresboden ab.
Modifikation:
Bei gleicher chemischer Formel die Ausbildung unterschiedlicher
Kristallsystem und dadurch auch ein verändertes Erscheinungsbild,
gelegentlich deutliche Veränderung der Härte. Beispiele: Pyrit-Markasit
oder Graphit-Diamant.
Paragenese:
Bestimmte
Bildungsbedingungen
führen
durch
ein
zeitgleiches
Ausfällen von Mineralen zum Nebeneinander-Vorkommen bestimmter
Mineraltypen
Pegmatit:
„Schicksalsverbundenheit“.
groß- bis riesenkörniges magmatisches Gestein, das aus einer an
flüchtigen Bestandteilen reichen Restschmelze plutonischer Magmen
erstarrt ist (z.B. Granitpegmatit); Hauptbestandteile: Quarz, Feldspäte,
Glimmer (vor allem Muskovit); Nebenbestandteile: Apatit, Beryll,
Molybdänglanz, Zinnstein u.a.
Plutonit:
Tiefengestein; Gruppe in der Erdkruste aus Magmen erstarrter Gesteine,
z.B. Granit, Diorit, Syenit, Gabbro.
pneumatolytisch:
Bezeichnung
für
gasförmige
oder
liquide
magmatogene
Transportmedien, die hohen Temperaturen (ab 374°C bis 500°C) und
hohen Drücken, die abhängig vom Bildungsort sind und tiefer als der
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Druck des auflagernden Gesteins/Gebirges sind, ausgesetzt sind. Die
pneumatolytische Bildung wird heute meist mit zur hydrothermalen
gezählt.
Porphyry copper ores:
Hochhydrothermale
Imprägnationslagerstätten
des
Cu,
gebunden an die Dachbereiche von magmatischen Intrusionen, meist
Graniten, Granodioriten, Tonaliten, seltener auch von Monzoniten und
Dioriten. Oft sind die subvulkanischen bis vulkanischen Ausläufer
dieser Plutone vererzt, besonders Trachyandesite, Dacite und Andesite
mit typisch porphyrischem Gefüge. Daraus leitet sich die Bezeichnung
Porphyry copper ores für diese Lagerstätten ab. Die Erze treten nicht
massiv, sondern in feiner Verteilung auf; sie füllen ein feines Kluftnetz
aus oder imprägnieren das Gesteins; daneben gibt es vererzte
Breccienzonen, die in den vulkanischen Bereich überleiten können..
Porphyry Copper Ores sind die größten und wirtschaftlich bedeutensten
Kupfererz-Lagerstätten, die mehr als die Hälfte der derzeitigen
Weltproduktion an Kupfer liefern. Daneben werden teilweise noch Mo
sowie Au und Ag gewonnen. Hauptminerale sind Chalkopyrit,
Molybdänit sowie Pyrit.
SEDEX:
Abkürzung für sedimentär-exhalativ; Mineralhaltige hydrothermale
Lösungen werden am Meeresgrund durch den raschen Temperatursturz
durch das kalte Meerwasser ausgefällt. Die dabei entstehenden
Erzkörper enthalten neben Sulfiden auch Edelmetalle.
Sediment:
Produkt der Verwitterung von Gesteinen, das nach Transport abgelagert
wurde.
Transportmedien
sind
fließendes
Wasser
oder
Wind,
untergeordnet Eis. Durch mechanischen Absatz fester Teilchen aus Luft
oder Wasser entstehen die klastischen Sedimente. Die durch chemische
Abscheidung in Gewässern gebildeten werden als chemische und
diejenigen organischer Herkunft als organogene oder biogene
Sedimente bezeichnet. Alle Prozesse, die mit der Kompaktion und
Verfestigung von Sedimenten und damit deren Überführung in
Sedimentgesteine verbunden sind, werden als diagenetische Vorgänge
bezeichnet.
Seife:
Örtliche Anreicherung von spezifisch schweren oder besonders
widerstandsfähigen
Mineralen
im
Sedimentationsprozess.
Bei
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Verwitterung eines Gesteins kann die Anreicherung dadurch erfolgen,
dass die weniger widerstandfähigen Komponenten zerstört und
zusammen mit den spezifisch leichten Bestandteilen fortgeführt werden,
die Seifenminerale wie z. B. ged. Gold, ged. Platin, Diamanten,
Zinnstein sich dagegen relativ anreichern.
Solidus-Kurve:
Trennt in einem p-T-Diagramm den festen Zustand eines Systems vom
teilflüssigen Zustand. „Unterhalb“ der Solidus-Kurve ist das Gestein im
festen – wenngleich oft plastisch deformierbaren – Zustand. „Oberhalb“
der Solidus-Kurve tritt eine Teilschmelze innerhalb der FestkörperMatrix auf.
ultramafisch:
Ultramafische Gesteine enthalten weniger als 10 Vol.-% helle
Gemengteile und sind reich an Olivin, Pyroxenen, Amphibolen und
Biotit.
Varietät:
Bei gleichem Chemismus und gleichem Kristallsystem kommt es durch
die Einlagerung von Fremdionen zu deutlich unterschiedlich gefärbten
Varianten desselben Minerals. Beispiel: Quarz (Citrin, Amethyst, etc.).
Vulkanit:
vulkanisches Gestein
Xenolith:
Einschlüsse von magmafremden Gesteinen, die als Bruchstücke des
Eruptivgestein
Nebengesteis (aus dem Förderschlot oder aus der Dachregion eines
magmatischen Körpers) mechanisch aufgenommen werden.
Xenomorph:
Fremdgestalt eines Minerals.
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