Einführung in die Geologie Übersicht
Werbung
Einführung in die Geologie Teil 4: Minerale - Baustoffe der Gesteine Prof. Dr. Rolf Bracke FH Bochum GeothermieZentrum Lennershofstraße 140 44801 Bochum Übersicht • • • • • Definition der Minerale Minerale und Kristalle Kristallbildung Kristallsysteme Gesteinsbildende Minerale Definition der Minerale • Natürlich vorkommend • Kristalliner Festkörper • Feste anorganische Verbindungen • Bestimmte chemische Zusammensetzung Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Minerale und Kristalle • Minerale entstehen durch den Prozess der Kristallisation, bei dem aus einer gasförmigen oder fluiden Phase Festkörper entstehen • In einer Kristallstruktur sind die Atome, Ionen oder Molekülgruppen periodisch zu Raumgittern angeordnet • Flächen und Symmetrien der Kristalle hängen direkt mit der Anordnung von Atomen in ihrem Kristallgitter zusammen Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Kristallbildung • Kristallisation beginnt mit Bildung mikroskopisch kleiner Kristallisationskeime • Wachstum der kleinen Kristalle unter Beibehaltung der Kristallflächen • Sind die Räume zwischen den wachsenden Kristallen ausgefüllt werden die Kristallflächen überwachsen • Die ursprünglichen Kristalle vereinigen sich zu einer festen Masse kristalliner Teilchen, sogenannte Kristallaggregate Kristallgeometrie • Symmetrieoperationen – – – – Spiegelungen Zwei-, drei-, vier- oder sechszählige Drehungen Translationen (Verschiebungen) Gleitspiegelungen – Spiegelung und Translation werden verknüpft – Inversion (Punktspiegelungen) – Schraubungen – Drehinversion Symmetrieoperationen Quelle: Minerale und Gesteine; Verlag: Spektrum Kristallsysteme • Gestalt eines Kristalls: Habitus • Gesamtheit der entwickelten Flächen: Tracht Quelle: Minerale und Gesteine; Verlag: Spektrum Beispiele von natürlichen Kristallen für verschiedene Kristallsysteme Quelle: Minerale und Gesteine; Verlag: Spektrum Kriterien zur Bestimmung von Mineralen • Optische Eigenschaften: – – – – – Farbe Strich Glanz Form der Kristalle Bruch • Physikalische und chemische Eigenschaften – Spaltbarkeit – Härte – Dichte Farbe Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK Strich Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK Glanz Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK Spaltbarkeit Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Härte Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Chemische Einteilung der Minerale Quelle: Die Erde; Verlag: DK Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer Gediegene Elemente • Gediegene Elemente sind chemische Elemente, die in der Natur in reiner Form vorkommen. Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer Kupfer Platin Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK Eisen Silber Gold Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK Graphit Schwefel Arsen Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK Diamant Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK Sulfide • In Sulfidmineralien ist Schwefel mit einem oder mehreren Metallen verbunden. • Zu dieser Mineralklasse gehört die größte Anzahl der Erzminerale. • Eigenschaften: Gleichen denen von Metallen z.B. Metallglanz und elektr. Leitfähigkeit Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer Pyrit Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK Oxide und Hydroxide • Dicht gepackte Sauerstoffatome, in deren Hohlräume Metall- oder Halbmetallatome eingeschlossen sind Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer Spinell Korund: Saphir Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK Karbonate, Nitrate und Borate • Chemisch sind Karbonate Salze der Kohlensäure H²CO³ • Karbonate bedeutende Mineralgruppe in der Erdkruste Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer Calcit Dolomit Aragonit Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK Sulfate und Chromate Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer Baryt Gips Anhydrit Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK Phosphate • Phosphate enthalten Phosphor und Sauerstoff im Verhältnis 1:4 • Unterteilung: Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer – Primäre Phosphate (Kristallisieren aus wässrigen Lösungen) – Sekundäre Phosphate (Entstehen in Gegenwart von Wasser aus primären Phosphaten) Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK – Feinkörnige gesteinsbildende Phosphate (Entstehen aus phosphorhaltigen organischen Stoffen) Silikate • Natürliche Silikate sind mit etwa 90 Vol.-% am stofflichen Aufbau der Erde beteiligt • Si stets von 4 O-Atomen umgeben • Aufteilung in 6 Silikatgruppen Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK Inselsilikate • Isolierte Gruppen von Siliciumtetraedern • Meist hohes spezifsches Gewicht und große Härte Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer Olivin Zirkon Topas Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK Gruppensilikate Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer Epidot Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK Ringsilikate Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer Beryll: Aquamarin Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK Ketten- und Doppelsilikate • Unterteilung in: Pyroxene (Einfachketten) Amphibole (Doppelketten) Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer Schichtsilikate Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer Talk Muskovit Kaolinit Biotit Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK Gerüstsilikate SiO2-Minerale Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer Feldspate Heulandit Zeolithe Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK Mineralverteilung innerhalb der Erdkruste Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer Quelle: Minerale und Gesteine; Verlag: Spektrum Quelle: Minerale und Gesteine; Verlag: Spektrum Einführung in die Geologie Teil 5: Plattentektonik Prof. Dr. Rolf Bracke International Geothermal Center Lennershofstraße 140 44801 Bochum Übersicht • Lithosphärenplatten • Konvektionsströmungen • Paläomagnetismus Beginn der Diiferentiation Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Die Entstehung des inneren Aufbaus Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Lithosphärenplatten der heutigen Erde Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Lithosphärenplatten der heutigen Erde Quelle: Geodynamics; Verlag: Cambridge Mantelkonvektion Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Erdmagnetismus Quelle: Geodynamics; Verlag: Cambridge Paläomagnetismus Quelle: Geodynamics; Verlag: Cambridge Polwanderung Quelle: Geodynamics; Verlag: Cambridge Magnet. Anomalien Mittelozeanischer Rücken Quelle: Geodynamics; Verlag: Cambridge Alter von Ozeanböden Quelle: Geodynamics; Verlag: Cambridge Wilson-Zyklus Quelle: Geodynamics; Verlag: Cambridge Kontinentaldrift Plattenbewegung 170 Mio J. Quelle: Geodynamics; Verlag: Cambridge Plattenbewegung 100 Mio J. Quelle: Geodynamics; Verlag: Cambridge Plattenbewegung 50 Mio J. Quelle: Geodynamics; Verlag: Cambridge Vulkanismus an den Plattengrenzen Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer Quelle: BGR Einführung in die Geologie Teil 6: Gesteine - Dokumente geologischer Prozesse Prof. Dr. Rolf Bracke FH Bochum GeothermieZentrum Lennershofstraße 140 44801 Bochum Übersicht • Kreislauf der Gesteine • Kristallisation in Gesteinsschmelzen • Magmatische Gesteine Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Anteile der Gesteinsarten an der Erdkruste Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Quelle: Minerale und Gesteine; Verlag: Spektrum Magmatische Gesteine: Gesteine aus Schmelzen • Magmatische Gesteine sind Kristallisationsprodukte aus einer natürlichen glutheißen meist silikatischen Schmelze, dem Magma • Unterteilung in: – Extrusivgesteine – Intrusivgesteine • Extrusivgesteine werden auch als vulkanische Gesteine oder Ergussgesteine bezeichnet • Intrusivgesteine werden im Erdinnern gebildet Unterteilung in: – Tiefengesteine – Ganggesteine Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Wichtige Erscheinungsformen Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Vulkanite • Werden im Zuge vulkanischer Ereignisse an der Erdoberfläche oder am Meeresboden gebildet • Effusive Förderung: Relativ dünnflüssige Laven fließen an die Erdoberfläche • Extrusive Förderung: Zähfließender Brei wird an die Erdoberfläche gedrückt • In beiden Fällen werden vulkanische Gase, insbesondere H2O, CO2 und Schwefeldämpfe freigesetzt • Effusiv und Extrusiv geförderte Laven erstarren rasch zu feinkörnigen vulkanischen Gesteinen • Erreichen die leichtflüchtigen Komponenten einen gewissen Mengenanteil -> Blasenbildung innerhalb des Magmas -> explosiver Vulkanismus • Häufig kommt es zur Bildung mächtiger Schichten von vulkanischer Asche, die diagenetisch zu vulkanischem Tuff verfestigt wird • Vulkanisches Lockermaterial wird als pyroklastisches Gestein bezeichnet Plutonite • Erreichen nicht die Erdoberfläche, bleiben in größerer Erdtiefe stecken • Entgasung wird durch die Gesteinsbedeckung verhindert • Silikatischer Schmelzbrei enthält gelöstes Gas und bereits erste Kristalle • Kristallisation in der Tiefe unter Bildung mittelbis grobkörniger Plutonite (Tiefengesteine) z.B. Granit Abkühlung einer heißen Gesteinsschmelze • Bei der Kristallisation entnehmen die entstehenden Kristalle die Stoffe aus der Schmelze die sie zum Aufbau ihrer Gitter benötigen. • Der Anteil dieser Stoffe in der Schmelze verringert sich dadurch Quelle: Gesteine; Verlag: Wiss. Buchgesellschaft Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Quelle: Gesteine; Verlag: Wiss. Buchgesellschaft Klassifikationsschema magmatischer Gesteine Quelle: Gesteine; Verlag: Wiss. Buchgesellschaft Änderung der Elementverteilung beim Übergang von sauren und basischen Gesteinen Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Häufige Mineralien in Magmatiten Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Basalt, Gabbro, Rhyolit und Granit • Basalt und Gabbro besitzen die gleiche mineralogischchemische Zusammensetzung • Unterscheidung nur anhand des feinkristallinen Gefüges möglich Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Granit Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK Gabbro Basalt Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK Andesit Rhyolit Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK Diorit Granodiorit Syenit Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK Tuff Bims Quelle: Steine & Mineralien; Verlag: DK
