und Gesteine
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BAND 45 BAND 45 Mineralien und Gesteine In dieser Reihe bereits erschienen: Band 1 Unsere Erde Band 2 Der Mensch Band 3 Energie Band 4 Chemie Band 5 Entdecker und ihre Reisen Band 6 Die Sterne Band 7 Das Wetter Band 8 Das Mikroskop Band 9 Der Urmensch Band 10 Fliegerei und Luftfahrt Band 11 Hunde Band 12 Mathematik Band 13 Wilde Tiere Band 14 Versunkene Städte Band 15 Dinosaurier Band 16 Planeten und Raumfahrt Band 17 Licht und Farbe Band 18 Der Wilde Westen Band 19 Bienen, Wespen und Ameisen Band 20 Reptilien und Amphibien Band 21 Der Mond Band 23 Architektur Band 24 Elektrizität Band 25 Schiffe Band 27 Pferde Band 28 Akustik Band 29 Wissenschaften Band 30 Insekten Band 31 Bäume Band 32 Meereskunde Band 33 Pilze Band 34 Wüsten Band 35 Erfindungen Band 36 Polargebiete Band 37 Computer und Roboter Band 38 Säugetiere der Vorzeit Band 39 Magnetismus Band 40 Vögel Band 41 Fische Band 42 Indianer Band 43 Schmetterlinge Band 44 Die Bibel. Das Alte Testament Band 45 Mineralien und Gesteine Band 46 Mechanik Band 47 Elektronik Band 48 Luft und Wasser Band 49 Sport Band 50 Der menschliche Körper Band 51 Muscheln, Schnecken, Tintenfische Band 52 Briefmarken Band 53 Das Auto Band 54 Die Eisenbahn Band 55 Das alte Rom Band 56 Ausgestorbene und bedrohte Tiere Band 57 Vulkane Band 58 Die Wikinger Band 59 Katzen Band 60 Die Kreuzzüge Band 61 Pyramiden Band 62 Die Germanen Band 63 Fotografie Band 64 Die alten Griechen Band 65 Eiszeiten Band 66 Geschichte der Medizin Band 67 Die Völkerwanderung Band 68 Natur Band 69 Fossilien Band 70 Das alte Ägypten Band 71 Piraten Band 72 Heimtiere Band 73 Spinnen Band 74 Naturkatastrophen Band 75 Fahnen und Flaggen Band 76 Die Sonne Band 78 Geld Band 79 Moderne Physik Band 80 Tiere – wie sie sehen, hören und fühlen Band 81 Die sieben Weltwunder Band 82 Gladiatoren Band 83 Höhlen Band 84 Mumien aus aller Welt Band 85 Wale und Delfine Band 87 Türme und Wolkenkratzer Band 88 Ritter Band 89 Menschenaffen Band 90 Der Regenwald Band 91 Brücken und Tunnel Band 92 Papageien und Sittiche Band 93 Die Olympischen Spiele ISBN 978-3-7886-2850-5 00995 09 070803070808 060208050005 Europreis [D] 01/10 www.tessloff.com www.wasistwas.de Band 94 Samurai Band 95 Haie und Rochen Band 96 Schatzsuche Band 97 Zauberer, Hexen und Magie Band 98 Kriminalistik Band 99 Sternbilder und Sternzeichen Band 100 Multimedia und virtuelle Welten Band 101 Geklärte und ungeklärte Phänomene Band 102 Unser Kosmos Band 104 Wölfe Band 105 Weltreligionen Band 106 Burgen Band 107 Pinguine Band 108 Das Gehirn Band 109 Das alte China Band 110 Tiere im Zoo Band 112 Fernsehen Band 113 Europa Band 114 Feuerwehr Band 115 Bären Band 116 Musikinstrumente Band 117 Bauernhof Band 118 Mittelalter Band 119 Gebirge Band 120 Polizei Band 121 Schlangen Band 122 Bionik Band 123 Päpste Band 124 Band 125 Band 126 Band 127 Band 128 Bergbau Klima Deutschland Ernährung Hamster, Biber und andere Nagetiere Mineralien und Gesteine Mineralien und Gesteine begegnen uns in vielfältiger Weise – ob als gewaltiges Gebirgsmassiv, als einfacher Kieselstein am Strand, als Baustein in unseren Städten oder in Form prachtvoller Edelsteine. Das Autorenteam, Professor Dr. Werner Buggisch und Christian Buggisch, führt junge Leser in diesem WAS IST WASBuch in die faszinierende Welt der Steine. Anschaulich erklären sie, Prof. Dr. Werner Buggisch (links), Christian Buggisch wie unsere Erde aufgebaut ist und wie die ersten Mineralien und Gesteine entstanden. Sie stellen die wichtigsten Mineralien vor und schildern, wie im Innern der Erde Gesteine wie Granit oder Marmor gebildet und schließlich an die Oberfläche transportiert werden. Wer Interesse an einer eigenen Sammlung hat, findet zudem viele nützliche Tipps für den Einstieg in ein spannendes Hobby. BAND 45 Mineralien und Gesteine SEHEN | HÖREN || MITMACHEN SEHEN MITMACHEN www.wasistwas.de RE1_45_Mineralien_1_19.qxp 01.12.2009 16:17 Uhr Seite 1 Ein Buch Von Prof. Dr. Werner Buggisch und Christian Buggisch Illustrationen von Arno Kolb Achat, eine Hohlraumfüllung aus Kieselsäure (Quarz), erscheint in schönen farbigen Bänderungen. RE1_45_Mineralien_1_19.qxp 01.12.2009 16:17 Uhr Seite 2 Vorwort Mineralien und Gesteine sind der Stoff, aus dem die Erde besteht. Aus Mineralien und Wasser ist das erste Leben entstanden, und in alten Gesteinen sind die vielfältigen Formen ehemaliger Lebewesen als Fossilien überliefert. Geologen können wie in einem Buch in den Gesteinen lesen und die Geschichte der Erde entziffern. Gesteine haben der Menschheit schon von Anbeginn gedient: in der Steinzeit in Form von Werkzeugen, später als Baustein und schließlich als Ausgangsmaterial für viele technische Produkte. Unsere wichtigsten Energiequellen Kohle, Erdöl und Erdgas sind in Gesteinen eingeschlossen, ebenso wie das lebenswichtige Wasser, das wir aus ihnen durch Brunnen fördern. Gesteine und Mineralien sind aus unserer modernen technisierten Welt nicht mehr wegzudenken. Metalle werden aus Erzen geschmolzen, Zement wird aus Stein gebrannt, und selbst moderne technische Produkte wie Halbleiter und Solarzellen basieren auf diesem Rohstoff. Kristalle werden künstlich gezüchtet und in Zukunft unser Leben immer mehr bestimmen. Will man die Entstehung von Gesteinen verstehen, muss man sich mit den Komponenten, aus denen diese zusammengesetzt sind, beschäftigen – nämlich den Mineralien. Wissenschaftler haben ihre Eigenschaften untersucht und die Kristalle systematisch geordnet. Trotz ihrer ungeheueren Vielfalt reichen bereits wenige verschiedene Mineralgruppen aus, um fast alle Gesteine der Erdkruste aufzubauen. Die Schönheit der Mineralien hat die Menschen schon lange gefesselt. Edelsteine zierten die Häupter von Königen und Fürsten. Doch auch als einfacher Mensch kann man sich an der geometrischen Form und an den Farben natürlicher Kristalle erfreuen. Wenn auch das Sammeln von Mineralien als Hobby etwas aus der Mode gekommen ist, kann doch jeder auf diese Weise sein Wissen über unsere Erde und ihre Geschichte erweitern und vermehren. BAND 45 Die Schreibweise entspricht den Regeln der neuen Rechtschreibung. Dieses Buch ist auf chlorfrei gebleichtem Papier gedruckt. Für die freundliche Unterstützung beim Entstehen des Buches bedankt sich der Verlag bei: Geologisch-Mineralogisches Institut der Universität Erlangen-Nürnberg; Gerhard Bald, Fürth; Optik Schweiger, Nürnberg; Fa. Gerhard D. Wempe, Hamburg. BILDQUELLENNACHWEIS: AKG, Berlin: 4/5u (Krug), 5ul (David), 22ul, 23mr; Archiv des Autors: 1, 4o, 8 (3), 15o (Gips, Kalkspat, Quarz), 15ur, 16ol, 18mr, 19 (Garbenschiefer), 20m (Hämatit), 20um (Hämatitschliff ), 21or, 21mu (Bleiglanz), 24or, 25or, 26u (3), 27um, 29or (Lava), 29u (3), 30o, 31o (2), 31ur, 32ol, 33or, 34 (4), 35 (3), 36o (3), 37u (rund), 38u, 39m (2), 43ol, 48 (3); Archiv Tessloff Verlag, Nürnberg: 2, 3 (2), 4ml (2), 4/5u (Steine Hintergr.), 6u (Teufelsmurmel), 7om, 12om (Flussspat), 12ur (Vanadinit), 13mu (Schwerspat), 15o (Flussspat, Feldspat, Korund), 16m (Beryll), 18om, 18u, 19 (Augit, Hornblende, Orthoklas, Plagioklas, Biotit), 20m (Schwefel), 21u (Pyrit), 23ul, 30ur (Olivin), 31ul, 39ol, 42ur, 43ul, 44 (3), 45 (2), 46 (3); Bilderberg, Hamburg: 17ul (Förderung), 20o (Gold), 20mr, 21m (Seestern), 22or (2), 24ol, 29o, 30or (rund), 30ul, 36ul, 37ul, 39ur, 40/41o, 40ul, 42ur, 47o (2); Corbis; Düsseldorf: 4/5o, 6m (Hand), 7or (Kessel), 11ol, 17or (Hand), 17mu (Kette), 22ol, 23mo, 23ur, 28, 32ur, 40m; Focus/SPL, Hamburg: 13ml (rund), 14u (Kupferkies), 15ml (Bohrer), 17or, 18m, 19 (Granat), 20om (Flussspat), 32or, 33ul, 38ml, 39or, 39ul, 42o; Getty Images, München: 7ol; Naturhistorisches Museum, Wien: S. 12or (Schwefel), 12ul (Quarz), 13ol (Azurit), 15o (Topas), 15ul, 19 (Olivin), 21m (Argonit); LapisArchiv/C. Weise Verlag, München: 4u (Lapis), 14u (4), 15o (Diamant), 17ol, 17ur, 19ur, 20o (Rohdiamant), 20ul (Korund), 27ur, 43um, 47u; Mauritius, Mittenwald: 5ur (Matterhorn); Picture-Alliance, Frankfurt: 4m (Carnegie Hall), 42u (Mörtel), 43or, 43m; Shutterstock Images: 43ur; Fa. Wempe, Hamburg: 17or (Ring), 17m (Ring); Wildlife, Hamburg: 12ol (Zirkon), 14u (Lazurit), 15o (Talk, Apatit), 17om, 17m (Korund), 17ul (Stein), 18or (Kiesel), 19 (Muskovit), 20m (Hämatit poliert), 20um (Goethit), 21o (Steinsalz), 21m (Kalzit), 21m (Gips), 25ol, 37ur, 40or (2), 42ul, 42u (Kalkstein); ZEFA, Düsseldorf: S. 24/25; 43om UMSCHLAGFOTOS: Corbis: D. Arky (Rubin), W.P. Conway (Sandstein); Fotolia: fotografiche.eu (Marmor); Getty Images: R. Price (Achat), Scientifica (Pyrit); Picture alliance: J. Büttner (Turmalin); Wildlife Images: D. Harms (Bergkristall); AKG Images (U4) UMSCHLAGGESTALTUNG: nus design, Berlin LEKTORAT: Tatjana Marti Copyright © 2010, 2004 TESSLOFF VE RL AG, Burgschmietstraße 2–4, 90419 Nürnberg www.tessloff.com • www.wasistwas.de Die Verbreitung dieses Buches oder von Teilen daraus durch Film, Funk oder Fernsehen, der Nachdruck, die fotomechanische Wiedergabe sowie die Einspeicherung in elektronische Systeme sind nur mit Genehmigung des Tessloff Verlages gestattet. 2 ISBN 978-3-7886-2850-5 RE1_45_Mineralien_1_19.qxp 01.12.2009 16:17 Uhr Seite 3 Inhalt Eine Welt aus Stein 4 Die Erde – kleinste Teilchen und riesige Platten Woraus besteht die Erde? 6 Was sind Kristalle? 7 Was unterscheidet Mineralien und Gesteine? 8 Mach mit: Kristalle selber züchten 9 Wie entstanden die ersten Mineralien und Gesteine? 9 Ist die Erde ein starres Gebilde? 10 Die Vielfalt der Mineralien Welche Formen haben Mineralien? Was versteht man unter Spaltbarkeit? Die Dichte der Mineralien Welche Farben haben Mineralien? Sind alle Mineralien gleich hart? Welche weiteren Eigenschaften gibt es? 12 13 13 14 15 16 Edelsteine 16 Die wichtigsten Mineralien Steine in der Kunst 18-21 22 Gesteine unserer Erde Welche Gesteinsarten gibt es? Wie entstehen Gesteinsschmelzen? Welche Tiefengesteine gibt es? Was sind Ganggesteine? 24 24 26 27 Die Ergussgesteine Was geschieht bei einem Vulkanausbruch? Welche Ergussgesteine gibt es? Gibt es unterschiedliche Formen von Lava? 28 29 30 Die Absatzgesteine Wie entstehen Sedimente? Welche Rolle spielt der Transportweg? Wie lassen sich Sedimente einteilen? Was sind chemische und biogene Sedimente? Wie entsteht Kohle? 32 33 35 36 37 Fossilien – versteinerte Geschichte 38 Metamorphe Gesteine Wie entstehen metamorphe Gesteine? Was ist Schiefer? 40 41 Vom Steinbruch zum Handy 42 Mineralien und Gesteine sammeln Welche Ausrüstung braucht ein Sammler? Was muss man beim Sammeln beachten? Gibt es ein bestimmtes System? Wie bewahrt man seine Sammlung auf? 44 45 46 47 Wie arbeitet die moderne Geowissenschaft? Index 48 48 Felsformation aus NavajoSandstein im Canyonlands Nationalpark, US-Bundesstaat Utah 3 RE1_45_Mineralien_1_19.qxp 01.12.2009 16:17 Uhr Seite 4 EINE WELT AUS STEIN Steine sind aus unserer Welt nicht wegzudenken – nicht einmal aus unserer Sprache, was Worte wie steinreich, steinalt oder steinhart beweisen. Wer etwas mühsam erlangen muss, geht einen steinigen Weg. Wer besonders schlau ist, hat den Stein der Weisen gefunden. Und wem ist nicht schon einmal der sprichwörtliche Stein vom Herzen gefallen? Der „Tropfen auf dem heißen Stein“ ist dagegen viel zu wenig, um wirkungsvoll zu sein. Wer ein Herz aus Stein hat, besitzt kein Mitgefühl. Und wenn etwas „zum Steinerweichen“ ist, muss es schon ziemlich schrecklich und herzzerreißend sein ... mühelos ließe sich diese Reihe wohl fortsetzen. Und obwohl Steine für uns etwas Alltägliches sind, gibt es im tropischen Regenwald noch Völker, die nie einen Stein geseSteinzeitliches hen haben und in deren Werkzeug aus Sprache es das Wort Feuerstein „Stein“ daher auch gar nicht gibt. Hierzulande sind Steine allerdings allgegenwärtig, auch dort, wo wir sie vielleicht zunächst nicht vermuten. Es lohnt sich daher, Gesteine und Mineralien einmal näher zu betrachten. Klarer Topas, der auf Bergkristall gewachsen ist. Bereits die Inka verstanden es, Steine so zu behauen, dass sie fugenlos und ohne Mörtel aufeinandergesetzt werden konnten. Carnegie Hall in New York – ein eindrucksvoller Ziegelsteinbau, der 1897 fertiggestellt wurde. Seit frühesten Zeiten spielen Steine in der STEINZEIT Geschichte der Menschheit eine wesentliche Rolle. Zwar verstehen es auch Affen und einige andere Tiere, Steine und Äste, die sie finden, als Werkzeug zu benutzen, aber erst der Mensch war in der Lage, Steine selbst zu bearbeiten und zu Werkzeugen zu formen. Schaber, Pfeilspitzen und Steinbeile sind Zeugnisse jener Zeit. Daher wird die älteste Kulturstufe auch Etruskischer Tonkrug aus dem 4. Jahrhundert v. Chr. RE1_45_Mineralien_1_19.qxp 01.12.2009 Hintergrund: Fassade der Kathedrale von Reims in Frankreich. Die imposante Kirche wurde aus Muschelkalk-Quadern errichtet. 16:18 Uhr Seite 5 als Steinzeit bezeichnet. Und schon damals die Griechen in Mykene oder die Inka in Peru, wussten unsere Vorfahren, dass Stein nicht entwickelten besondere Fähigkeiten, Steine gleich Stein ist, weshalb sie bestimmte Gestei- zu behauen und ohne Mörtel nahezu fugenlos ne, nämlich Feuerstein und Obsidian, für ihre aufeinanderzusetzen. Die Römer verwendeten Zwecke bevorzugt einsetzten. Steine zum Straßenbau, wie in Pompeji hervorragend erhaltene Pflaster zeigen, auf Später wurden metallhaltige Gesteine – Erze NÜTZLICHE STEINE denen man noch die tief eingegrabenen Spu- genannt – entdeckt. Die ren von Wagenrädern erkennen kann. Und Metalle konnten aus den auch heute – rund 2000 Jahre später – spielen Gesteinen herausgeschmolzen und dann ver- Steine im Straßenbau und bei der Verlegung wendet werden. Zunächst waren es Kupfer von Eisenbahnschienen eine wichtige Rolle, und Zinn, die die Bronzezeit prägten, später besteht doch der Unterbau aus Schotter, der gelang es, auch Eisen zu schmelzen. Heute in Steinbrüchen gewonnen wird. sind Erze und die daraus gewonnenen Metalle „David“, Marmorskulptur von Michelangelo (1475–1564) in unserer technischen Welt allgegenwärtig. Auch eine andere Mineralgruppe hat schon vor langer Zeit erste technische Anwendung Mineralien und Steine sind nicht nur nützlich – EINDRUCKSVOLLE STEINE sie haben die Menschen auch gefunden: die Tonmineralien. Früh haben die wegen ihrer Schönheit schon früh in ihren Menschen erkannt, dass sich aus feinkörni- Bann gezogen. Edelsteine dienten Kaisern und gem Schlamm allerhand herstellen lässt – Königen zum Schmuck ihrer Kronen und damit zum Beispiel Trinkgefäße, Krüge oder auch zur Demonstration ihrer Macht. Bildhauer von Schmuck. Wenn man diese aus Ton gefertigten der Antike bis in die Neuzeit schufen aus Mar- Gegenstände trocknet und anschließend mor herrliche Kunstwerke, die wir noch heute brennt, behalten sie auf Dauer ihre Form. in vielen Museen der Welt bewundern können. Auch Kaolinit, ein weiteres Tonmineral, ergibt Und Architekten nutzten das Material zu allen in gebranntem Zustand ein sehr hartes Material – dies erkannten die Chinesen, die damit das Porzellan erfanden. Heute werden auch andere Gesteine und Mineralien in gebrannter Form als Zement, Kalk oder Gips verwendet. Steine dienen außerdem schon von alters STEIN AUF STEIN her als Rohstoff: Häuser wurden und werden aus Steinen gebaut. Manche Völker, wie Zeiten dazu, Tempel, Kirchen und Paläste zu errichten. Gipfel des Matterhorns in den Schweizer Alpen RE1_45_Mineralien_1_19.qxp 01.12.2009 16:18 Uhr Seite 6 Die Erde – kleinste Teilchen und riesige Platten Jeder hat schon einmal einen Stein in der Hand gehabt, vielleicht Woraus sein Aussehen bebesteht wundert oder ihn die Erde? einfach nur wieder weggeworfen. Aber was genau ist eigentlich ein Stein? Ein großer, unförmiger Felsbrocken? Oder ein kleines Sandkorn? Oder beides? Das zu beantworten ist schwierig, denn wer von „Steinen“ redet, meint damit, meist ohne es zu wissen, ganz verschiedene Dinge. Wissenschaftler, die sich mit „Steinen“ beschäftigen, die Geologen, verwenden daher auch lieber andere Begriffe und sprechen von „Mineralien“ und „Gesteinen“. Einige Begriffe sollte man zunächst kennen, wenn man verstehen will, was „Steine“ sind und was Mineralien von Gesteinen unterscheidet. Denn sie alle, vom gewaltigen Gebirge bis zum einfachen Kieselstein am Strand, bestehen aus kleinsten Teilchen, die man mit bloßem Auge gar nicht sehen kann. Von diesen Bestandteilen und ihrer Anordnung hängt es ab, welche Art von Mineral oder Gestein wir vor uns haben: einen gewöhnli- Stein in unterschiedlichster Form: die gigantischen „Teufelsmurmeln“ in Namibia und feinster Wüstensand ... 6 chen Granit oder einen wertvollen Rubin, einen weichen Gipsstein oder einen harten Diamant. Alles, was es auf der Erde, ja sogar im ganzen Universum gibt, ist aus Atomen aufgebaut. Dabei handelt es sich um winzigste Teilchen, die so klein sind, dass allein ein Staubkorn schon unzählige Atome enthält. Atome können zwar auch alleine existieren, doch meistens verbinden sie sich mit anderen Atomen zu Molekülen. Und aus diesen Molekülen setzen sich wiederum alle Dinge zusammen, die existieren. Auch wenn das etwas kompliziert klingt, begegnen uns Atome und CHEMISCHE ELEMENTE Die chemischen Elemente sind aus Atomen aufgebaut. Damit bezeichnet man diejenigen Stoffe, die man (mit chemischen Mitteln) nicht mehr in andere Bestandteile zerlegen kann. Es sind sozusagen die Grundstoffe der Welt. Wasserstoff ist ebenso ein Element wie Gold oder Kohlenstoff. Man kennt heute insgesamt 113 Elemente, für die es auch jeweils ein Kurzzeichen gibt. So stehen zum Beispiel die Kürzel H, O und Al für die Elemente Wasserstoff, Sauerstoff und Aluminium. RE1_45_Mineralien_1_19.qxp 01.12.2009 16:18 Uhr Seite 7 teilen, nämlich aus Wasserstoff und Sauerstoff. Der Grund für die verschiedenen Eigenschaften: Beim festen Eis sind die Moleküle nach einem strengen Muster angeordnet und fest miteinander verbunden – wie Ziegelsteine in einer Mauer. Diese Anordnung bezeichnet man als KristallUnd selbst Gesteine können bei großer Hitze Elemente und die Verbindungen, die gitter. Fast alle festen schmelzen. Umgekehrt werden flüssige und sie miteinander eingehen, begegnen Stoffe sind aus Kristallen gelöste Stoffe fest, wenn wir sie abuns in verschiedenen Formen aufgebaut, man spricht kühlen. Aus Wasser wird auf diese Weise oder Zuständen, nämlich gasfördaher auch von „kristalEis. Schließlich ist es natürlich mig, flüssig und fest. Wasser ist natürlich linen“ Stoffen. Wenn Eis auch möglich, flüssige in gasflüssig, ebenso wie Erdöl oder Quecksilzu Wasser schmilzt, löst förmige Stoffe umzuwandeln: ber. Auch feste Stoffe kennt jeder: Metalle sich diese strenge OrdWenn wir Wasser in einem Topf erhitwie Eisen, Silber und Kupfer zum Beispiel. nung und die feste Binzen und zum Kochen bringen, verwandelt Gasförmige Stoffe sind ebenso allgegenwärdung auf. Die Moleküle sich das flüssige Wasser in gasförmigen tig: die Luft zum Atmen etwa, die in erster laufen gleichsam auseinDampf. Umgekehrt wird aus Dampf, wenn er Linie aus den Elementen Stickstoff und Sauander und bewegen sich abkühlt, wieder Wasser: Nach einem schöerstoff besteht. Stoffe können ihren Zustand frei im Raum. ändern – auch das erleben wir jeden Tag: Wer nen heißen Bad schlägt sich der Dampf oft Umgekehrt werden die seine Suppe salzt, macht nichts anderes, als an der kalten Fläche des BadezimmerspieAtome und Moleküle dagels nieder. Es bilden sich Tröpfchen – und den festen Stoff Salz zu verflüssigen, indem zu gezwungen, wieder das bedeutet nichts anderes, als dass der er ihn in Wasser auflöst. Aber auch die Hitze ihre feste Ordnung anzuDampf sich wieder in Wasser umwandelt. einer Kerzenflamme lässt Wachs schmelzen. nehmen, wenn wir WasMoleküle jeden Tag – zum Beispiel ser (zum Beispiel im Tiefkühlbeim Wasser: Ein See, eine Pfütze schrank) abkühlen und gefrieren oder auch nur ein Tropfen Wasser lassen. Aus dem flüssigen Stoff wird besteht aus unzählig vielen Wasser- ein fester und harter Stoff – dieser Molekülen. Diese Wasser-Moleküle Vorgang wird auch als Kristallisieren setzen sich wiederum aus Atomen bezeichnet. Die Kristalle, die die Feststoffe zusammen, nämlich aus jeweils zwei Wasser-Molekül (H2O) Wasserstoff-Atomen und einem dieser Welt aufbauen, treten uns in Sauerstoff-Atom (O) Sauerstoff-Atom. ganz vielfältiger Form entgegen: als WasserstoffWürfel, als Säulen, die zum Teil in Atom (H) Was geschieht aber, wenn aus Pyramidenflächen enden (und damit Wasser Eis wird? so ähnlich aussehen wie KirchturmBeide Stoffe ha- spitzen), als Nadeln, Plättchen oder ben völlig unter- in anderen geometrischen Körpern. Was sind Schneekristalle haben zum Beispiel schiedliche Kristalle? die Form von sechseckigen Sternen. Eigenschaften: Wasser ist flüssig, Kochsalz oder Natriumchlorid beEis ist fest. Und dennoch bestehen steht immer aus würfelförmigen sie aus exakt den gleichen Bestand- Kristallen. Flussspat, ein anderes FEST, FLÜSSIG, GASFÖRMIG 7 RE1_45_Mineralien_1_19.qxp 01.12.2009 16:18 Uhr Seite 8 Kochsalz (oder Natriumchlorid), mit dem wir unser Essen würzen, besteht aus Natriumund Chlorteilchen. KEINE KRISTALLE Es gibt nur wenige feste StofDer Unterschied zwischen flüssig und fest: Im gelösten Zustand (links) schwirren die Natriumund Chlor-Teilchen ungeordnet durcheinander. Im festen Zustand fügen sich die Teilchen zu regelmäßigen Mustern (Mitte) zusammen, aus denen der Kochsalz-Kristall (rechts) aufgebaut ist. fe, die nicht aus Kristallen aufgebaut sind: Glas und Bernstein zum Beispiel. Glas ist Mineral, kann in Form eines Würfels oder als Gebilde mit acht Flächen (Oktaeder) auftreten. Und wieder ein anderes Mineral, der Graphit, ist aus lauter Sechsecken aufgebaut, die miteinander verwoben sind – denn mit Sechsecken lässt sich gut eine geschlossene Fläche ausfüllen. Kochsalzkristall Mineralien sind Kristalle, die man in der Natur finWas den kann. Alle künstlich hergeunterscheidet stellten Kristalle Mineralien dagegen und Gesteine? sind keine Mineralien. Auch Wasser ist zum Beispiel kein Mineral: Man kann es zwar in der Natur finden, es ist aber nicht aus Kristallen aufgebaut, sondern flüssig! Bei Kochsalz oder Eis handelt es sich dagegen um Mineralien, ebenso bei vielen Stoffen, die wir gewöhnlich als „Steine“ bezeichnen: Diamanten, Bergkristall, Feldspat und andere mehr. In allen Mineralien sind die Atome regelmäßig in einem Kristallgitter angeordnet. Leider kann man dieses nicht mit bloßem Auge erkennen, selbst die Vergrößerung mithilfe einer Lupe oder eines einfachen Mikroskops reicht dazu nicht aus. Allerdings ist es durch Röntgenstrahlen 8 möglich, Kristallgitter sichtbar zu machen. Auf diese Weise können alle Mineralien eindeutig bestimmt werden. Gesteine schließlich sind Gebilde, die aus mehreren Mineralien zusammengesetzt sind. Ein Gestein ist immer ein „Gemisch“ – ähnlich wie ein Kuchen, der aus Mehl, Butter und Eiern besteht. Genauso besteht das Gestein Granit zum Beispiel aus den Mineralien Quarz, Feldspat und Glimmer. Das kann man auch schon mit bloßem Auge zwar hart, aber chemisch betrachtet eher eine Art „geronnene Flüssigkeit“. Dass Glas ein ungewöhnlicher Stoff ist, merkt man auch daran, dass es bei Hitze nicht einfach schmilzt, sondern nur immer weicher wird. Stoffe wie Glas oder auch Bernstein werden daher auch als „amorph“ bezeichnet, das bedeutet „formlos“ oder „gestaltlos“. Granit-Landschaft in der Sierra Nevada (USA) und Nahaufnahme eines Granit-Gesteins RE1_45_Mineralien_1_19.qxp 08.12.2009 10:20 Uhr Seite 9 MACH MIT: KRISTALLE SELBER ZÜCHTEN erken- 2 1 Einige Kristalle können wir sehr leicht selbst herstellen. Am einfachsten geht das, wenn man ein Gefäß mit Wasser ins Tiefkühlfach stellt: Das Wasser 3 kristallisiert, und es entsteht Eis. Allerdings ist es nicht möglich, diese Kristalle bei Zimmertemperatur aufzuheben, da das Eis natürlich wieder schmelzen wird. In einem anderen Versuch können wir jedoch beständige Kristalle züchten. Dazu geben wir so viel Kochsalz in ein kleines Glas mit Wasser, bis das Salz sich beim Umrühren nicht mehr löst (1). Auf diese Weise haben wir eine „gesättigte“ Kochsalzlösung hergestellt. Dann gießen wir diese gesättigte Lösung in eine Schale und warten, bis das Wasser verdunstet ist (2). Dadurch sind neue Kochsalzkristalle entstanden (3). Diese werden zwar nicht sehr groß, aber mit der Lupe können wir deutlich die Würfelform der Kristalle erkennen. Schöne weiße Kristalle erhalten wir, wenn wir eine gesättigte Lösung von Alaunsalz in warmem Wasser herstellen. Alaunsalz ist nicht giftig und kann in der Apotheke gekauft werden. Hängt man nun einen Faden in das Gefäß mit der gesättigten Lösung, werden sich beim Abkühlen und beim Verdunsten des Wassers Kristalle an dem Faden abscheiden (4). Ein besonders großer Kristall lässt sich züchten, wenn wir von dem bereits am Faden auskristallisierten Alaun alle Kristalle bis auf einen abstreifen und dann diesen als Keim 4 für das weitere Wachstum in die gesättigte Lösung hängen. erkennen, denn Granit sieht nicht einheitlich aus, sondern ist „gesprenkelt“ und besteht aus helleren und dunkleren Bestandteilen – nämlich den erwähnten Mineralien. Vor unvorstellbar langer Zeit – nämlich vor Wie entstanetwa 4,6 Milliden die ersten arden Jahren – entstand im Mineralien Weltraum aus und Gesteine? einer riesigen Staubwolke, die sich immer mehr zusammenballte, die Erde. Sie heizte sich – sozusagen wie ein natürliches Atomkraftwerk – auf, verwandelte sich in einen glühenden Feuerball und umkreiste die Sonne. Dabei konnten sich in ihrem Inneren die Stoffe je nach ihrem Gewicht trennen: Das schwere, flüssige Eisen sank nach unten und bildete den Kern der Erde, die leichteren Stoffe aus Sauerstoff, Silizium, Aluminium und anderen chemischen Elementen waren ebenfalls noch flüssig, schwammen nach oben und formten den Erdmantel. Bald kühlte die Erde jedoch ab – und es passierte das Gleiche wie bei gefrierendem Wasser: Die Oberfläche erstarrte und die flüssigen Gesteine, die wir Schmelzen nennen, begannen auszukristallisieren, sie wurden also fest. Auf diese Weise entstanden die ersten Mineralien. Zahlreiche Mineralien, die so entstanden waren, fügten sich zu den ersten Gesteinen zusammen und bildeten die oberste Schicht im Schalenbau der Erde, die Erdkruste. Doch diese Erdkruste war nicht stabil. Da die Gesteine beim Erstarren schwerer wurden, sanken sie immer wieder ins Erdinnere zurück, wo sie erneut geschmolzen wurden. Schließlich kühlte die Erde jedoch so weit ab, dass 9 BAND 45 BAND 45 Mineralien und Gesteine In dieser Reihe bereits erschienen: Band 1 Unsere Erde Band 2 Der Mensch Band 3 Energie Band 4 Chemie Band 5 Entdecker und ihre Reisen Band 6 Die Sterne Band 7 Das Wetter Band 8 Das Mikroskop Band 9 Der Urmensch Band 10 Fliegerei und Luftfahrt Band 11 Hunde Band 12 Mathematik Band 13 Wilde Tiere Band 14 Versunkene Städte Band 15 Dinosaurier Band 16 Planeten und Raumfahrt Band 17 Licht und Farbe Band 18 Der Wilde Westen Band 19 Bienen, Wespen und Ameisen Band 20 Reptilien und Amphibien Band 21 Der Mond Band 23 Architektur Band 24 Elektrizität Band 25 Schiffe Band 27 Pferde Band 28 Akustik Band 29 Wissenschaften Band 30 Insekten Band 31 Bäume Band 32 Meereskunde Band 33 Pilze Band 34 Wüsten Band 35 Erfindungen Band 36 Polargebiete Band 37 Computer und Roboter Band 38 Säugetiere der Vorzeit Band 39 Magnetismus Band 40 Vögel Band 41 Fische Band 42 Indianer Band 43 Schmetterlinge Band 44 Die Bibel. Das Alte Testament Band 45 Mineralien und Gesteine Band 46 Mechanik Band 47 Elektronik Band 48 Luft und Wasser Band 49 Sport Band 50 Der menschliche Körper Band 51 Muscheln, Schnecken, Tintenfische Band 52 Briefmarken Band 53 Das Auto Band 54 Die Eisenbahn Band 55 Das alte Rom Band 56 Ausgestorbene und bedrohte Tiere Band 57 Vulkane Band 58 Die Wikinger Band 59 Katzen Band 60 Die Kreuzzüge Band 61 Pyramiden Band 62 Die Germanen Band 63 Fotografie Band 64 Die alten Griechen Band 65 Eiszeiten Band 66 Geschichte der Medizin Band 67 Die Völkerwanderung Band 68 Natur Band 69 Fossilien Band 70 Das alte Ägypten Band 71 Piraten Band 72 Heimtiere Band 73 Spinnen Band 74 Naturkatastrophen Band 75 Fahnen und Flaggen Band 76 Die Sonne Band 78 Geld Band 79 Moderne Physik Band 80 Tiere – wie sie sehen, hören und fühlen Band 81 Die sieben Weltwunder Band 82 Gladiatoren Band 83 Höhlen Band 84 Mumien aus aller Welt Band 85 Wale und Delfine Band 87 Türme und Wolkenkratzer Band 88 Ritter Band 89 Menschenaffen Band 90 Der Regenwald Band 91 Brücken und Tunnel Band 92 Papageien und Sittiche Band 93 Die Olympischen Spiele ISBN 978-3-7886-2850-5 00995 09 070803070808 060208050005 Europreis [D] 01/10 www.tessloff.com www.wasistwas.de Band 94 Samurai Band 95 Haie und Rochen Band 96 Schatzsuche Band 97 Zauberer, Hexen und Magie Band 98 Kriminalistik Band 99 Sternbilder und Sternzeichen Band 100 Multimedia und virtuelle Welten Band 101 Geklärte und ungeklärte Phänomene Band 102 Unser Kosmos Band 104 Wölfe Band 105 Weltreligionen Band 106 Burgen Band 107 Pinguine Band 108 Das Gehirn Band 109 Das alte China Band 110 Tiere im Zoo Band 112 Fernsehen Band 113 Europa Band 114 Feuerwehr Band 115 Bären Band 116 Musikinstrumente Band 117 Bauernhof Band 118 Mittelalter Band 119 Gebirge Band 120 Polizei Band 121 Schlangen Band 122 Bionik Band 123 Päpste Band 124 Band 125 Band 126 Band 127 Band 128 Bergbau Klima Deutschland Ernährung Hamster, Biber und andere Nagetiere Mineralien und Gesteine Mineralien und Gesteine begegnen uns in vielfältiger Weise – ob als gewaltiges Gebirgsmassiv, als einfacher Kieselstein am Strand, als Baustein in unseren Städten oder in Form prachtvoller Edelsteine. Das Autorenteam, Professor Dr. Werner Buggisch und Christian Buggisch, führt junge Leser in diesem WAS IST WASBuch in die faszinierende Welt der Steine. Anschaulich erklären sie, Prof. Dr. Werner Buggisch (links), Christian Buggisch wie unsere Erde aufgebaut ist und wie die ersten Mineralien und Gesteine entstanden. Sie stellen die wichtigsten Mineralien vor und schildern, wie im Innern der Erde Gesteine wie Granit oder Marmor gebildet und schließlich an die Oberfläche transportiert werden. Wer Interesse an einer eigenen Sammlung hat, findet zudem viele nützliche Tipps für den Einstieg in ein spannendes Hobby. BAND 45 Mineralien und Gesteine SEHEN | HÖREN || MITMACHEN SEHEN MITMACHEN www.wasistwas.de
