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Minerale und Gesteine

1 Der Kreislauf der Gesteine 54

2 Minerale 55

2.1 Die Kristallsysteme und Eigenschaften der Minerale 56

2.2 Die gesteinsbildenden Minerale 57

3 Gesteine 62

3.1 Magmatite 62

3.2 Sedimentgesteine 66

3.3 Metamorphite 69

Die drei Typen von Gesteinen (Sedimentge-steine, metamorphe und magmatische Ge-steine) und die sie aufbauenden Mineralewerden durch geodynamische Prozesse ge-bildet und umgewandelt. Die Prozesse sindErosion, Transport und Sedimentation, Ge-steinsmetamorphose und Aufschmelzung.Dadurch ergibt sich eine kontinuierliche Um-gestaltung, eine Art Recycling des Geomate-rials, die als Kreislauf der Gesteine bezeich-net wird.

Gesteine bilden sich hauptsächlich durchdrei Vorgänge (k B1):

• durch Ablagerung von Feststoffen wieSande, Tone oder Teilen von Organismen,sowie durch Abscheidung aus Lösungen(Sedimentgesteine);

• durch Umwandlung (Metamorphose) aus

anderen Gesteinen, wobei diese Umwand-lung durch erhöhten Druck und / oder er-höhte Temperatur verursacht wird (meta-morphe Gesteine);

• durch Kristallisation aus magmatischenSchmelzen (magmatische Gesteine).

Neben diesen in und auf der Erde gebildetenGesteinen gibt es einen kleinen Anteil von au-ßerirdischen Gesteinen, die Meteorite, dieaus dem Weltraum kommen und von der Gra-vitationskraft der Erde eingefangen wurden.

Alle Gesteine, die an der Erdoberfläche Ver-witterungseinflüssen ausgesetzt sind, unter-liegen der Erosion. Das betrifft nicht nur dieursprünglich an der Erdoberfläche gebilde-ten Sedimentgesteine und vulkanische Ab-lagerungen, sondern auch ehemals in derKruste und im oberen Mantel gebildete me-

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Sachinformation Minerale und Gesteine

Minerale und Gesteine

Durch die Abkühlung der Erde und die dabei erfolgte Differentiation (u Modul A „Planetensys-tem und Aufbau der Erde“) kam es zu einer Anreicherung der schweren Elemente im Innerender Erde und der leichten Elemente im äußeren Bereich der Erdkugel. Dabei bildete sich dieErdkruste. Durch diese Anreicherung, insbesondere von Silizium und Aluminium, konnten sichdie Silikate als wichtigste Bausteine der Gesteine der Erdkruste und des oberen Mantels bil-den. Die Verschiedenartigkeit der Gesteine, wie wir sie heute an der Erdoberfläche finden, istein Produkt aus dem Zusammenspiel endogener und exogener geologischer Prozesse.

Das Modul stellt die wichtigsten Minerale und Gesteine vor und gibt einen Einblick in ihre Ent-stehungsgeschichte.

1 Der Kreislauf der Gesteine

tamorphe Gesteine und aus Schmelzen aus-kristallisierte magmatische Gesteine. Die Ver-witterungsprodukte werden als Sedimenteabgelagert. Aus ihnen entstehen durch Ver-festigung die Sedimentgesteine.

Werden diese Sedimentgesteine in große Tie-fen versenkt, entstehen aus ihnen unterhohem Druck und hoher Temperatur meta-morphe Gesteine. Auch aus magmatischenGesteinen können sich unter solchen Bedin-gungen Metamorphite entwickeln.

Sedimentite, Magmatite oder auch Metamor-phite können bei entsprechend tiefer Versen-kung und der daraus resultierenden hohenTemperaturen aufgeschmolzen werden. DieseAufschmelzung wird Anatexis genannt. Ge-steine, die erste Anzeichen dieser Aufschmel-zung zeigen, nennt man Migmatite. So bildetsich das Rohmaterial für die Entstehung neuermagmatischer Gesteine. Gebirgsbildungsvor-gänge mit Hebung und Abtragung bringendiese Gesteine wieder an die Oberfläche undleiten einen neuen Kreislauf ein.

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Minerale und Gesteine Sachinformation

B1 | Der Kreislauf der Gesteine.

2 Minerale

Ein Mineral (Mehrzahl: Minerale oder Mine-ralien) ist ein natürlich vorkommender, an-organischer Feststoff mit einer bestimmtenchemischen Zusammensetzung und einemgleichförmig strukturierten inneren Aufbau.Um als Mineral zu gelten, muss eine Sub-stanz fest sein und in der Natur vorkommen.Synthetische Imitate, künstliche Diamantenoder von Chemikern entwickelte Laborpro-dukte gelten nicht als Minerale. Wenn esheißt, ein Mineral ist kristallin, meint mandamit, dass die Atome in allen drei Raumdi-mensionen sich wiederholende Strukturen

bilden. Das Besondere an Mineralen ist dieKombination ihrer chemischen Zusammen-setzung und der Anordnung ihrer Atome ineiner Kristallstruktur (k Tabelle B1).

Feste Substanzen, die keine solche Strukturaufweisen, werden als gestaltlos (amorph)bezeichnet. Ein Beispiel dafür ist Glas, auchdas natürlich vorkommende, das bei vulka-nischen Eruptionen gebildet wird (z. B. Obsi-dian). Weitere Beispiele sind Feuerstein oderAchat, die durch Ausfällung aus übersättig-ten kieselsäurereichen (SiO2-reichen) Lösun-

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gen entstehen. Dabei sammelt sich amor-phes SiO2 und bildet zunächst ein Netzwerkaus Silizium- und Sauerstoff-Atomen ohnegeordnete Kristallstruktur. Beim Achat habensich schon kleinste Kristalle gebildet, diesesind jedoch nur bei sehr hoher Vergrößerung(40.000-fach) erkennbar. Man bezeichnetden Achat deshalb als kryptokristallin.

2.1 Die Kristallsysteme und Eigenschaften der Minerale

Der geordnete Aufbau der Bestandteile (Kris-tallstruktur) bestimmt oftmals die äußereForm. So sind z. B. Steinsalz-Kristalle, die aus

gleichen Anteilen der Bausteine Natrium undChlorid aufgebaut sind, würfelförmig (ku-bisch). Neben dieser kubischen Kristall -symmetrie gibt es, je nach Anordnung der be-teiligten Bausteine, noch die weiterenrechtwinkligen Kristallsysteme tetragonal, he-xagonal, trigonal und orthorhombisch so wiedie schiefwinkligen Kristallsysteme monoklinund triklin. Es gibt insgesamt sieben Kristall-systeme (k Tabelle B1). Alle Minera le (bis aufdie amorphen) bilden nur Kristalle eines Kris-tallsystems aus, so dass das Kristallsystemein wesentliches Merkmal für die Mineraleist. Bei vielen Mineralen ist im Falle einer ei-gengestaltlichen Ausbildung (in der minera-logischen Terminologie als idiomorph bezeich-net) das Kristallsystem leicht erkennbar.

Durch einen Schlag mit einem Hammer las-sen sich viele Minerale spalten. Diese Spalt-barkeit ist durch die Anordnung der Bausteine(Elemente, Ionen) eines Kristalls und ihrerBindungsenergie bestimmt. So lassen sichz. B. in den Schichtsilikaten bestimmte Kris-tallflächen leicht voneinander spalten. InQuarz dagegen gibt es keine Kristallebenen,die sich leicht spalten lassen, und der Bruchist unregelmäßig. Von den Kristall- und Spalt-flächen wird das einfallende Licht reflektiertund dadurch glänzen diese Flächen. Kris-talle, die das Licht nicht durchlassen, wie z. B. Erze, reflektieren die Lichtstrahlen aufihren Kristallflächen sehr stark und glänzenmetallisch.

Die Bildung der Minerale wird im Wesentli-chen durch die Temperatur- und Druckver-hältnisse bei ihrer Kristallisation gesteuert.So können Minerale gleicher Zusammenset-zung eine unterschiedliche Kristallstrukturhaben, je nachdem unter welchen Bedingun-gen sie wachsen konnten. Graphit und Dia-mant sind ein Beispiel für die unterschiedli-che Ausbildung bei gleicher chemischerZusammensetzung.

Minerale können bei gleicher Zusammenset-zung eine unterschiedliche Färbung aufwei-sen. So ist ein Quarzkristall farblos (Bergkris-tall), wenn er nur aus Silizium und Sauerstoffbesteht. Durch Einlagerung von Fremdato-men, z. B. Mangan und Titan, in das Kristall-

Kristallsystem Beschreibung

Kubische Kristalle:

Ein Achsenkreuz mit drei senkrecht zueinander stehenden, gleich langen Achsen.Beispiele: Bleiglanz, Pyrit, Fluorit, Steinsalz

Tetragonale Kristalle:

Ein Achsenkreuz mit drei senkrecht zueinander stehen-den Achsen, wovon zwei Achsen gleich lang sind und diedritte Achse verschieden lang ist. Beispiele: Kupferkies, Zirkon

Hexagonale Kristalle:

Die Hauptachse verläuft durch die Kristallspitzen untenund oben. Senkrecht zu dieser Achse stehen drei gleichlange Nebenachsen, welche sich im Winkel von jeweils120° in einem Punkt schneiden.Beispiel: Apatit

Trigonale Kristalle:

Die Achsen verlaufen wie beim hexagonalen System, abermit einer anderen Zentrierung. Dadurch ergeben sich Unterschiede in der Flächenkonfiguration. Gezeigt ist dierhomboedrische Aufstellung. Beispiele: Calcit, Quarz

Orthorhombische Kristalle:

Ein Achsenkreuz mit drei verschieden langen, senkrechtzueinander stehenden Achsen.Beispiel: Olivin

Monokline Kristalle:

Zwei Achsen stehen senkrecht zueinander, die dritte istgeneigt, alle drei Achsen sind verschieden lang.Beispiele: Gips, Biotit, Orthoklas

Trikline Kristalle:

Alle drei Achsen sind verschieden lang und gegeneinan-der geneigt.Beispiel: Plagioklas

Tabelle B1 | Die sieben Kristallsysteme.

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Hinweis: Die Zahlen in Klammern beziehen sich auf die Nummerierung in den Tafeln Ia– Ie.

gitter wird er rosa (Rosenquarz), bei Einlage-rung von Mangan und Eisen violett (Ame-thyst). Durch Einschluss von Eisenoxiden wirdder Quarz gelblich (Citrin).

2.2 Die gesteinsbildenden Minerale

Viele tausend Minerale sind bekannt, diemeisten Gesteine werden jedoch aus ledig-lich etwa 30 Mineralen aufgebaut, die manals gesteinsbildende Minerale bezeichnet.Die Minerale können aufgrund ihrer chemi-schen Struktur bestimmten Mineralgruppenzugeordnet werden.

Minerale(rund 4000 verschiedene)

↓gesteinsbildende Minerale

(rund 30 verschiedene)

Einige wichtige Mineralgruppen und Minerale im Überblick:

Silikate Oxide Karbonate Sulfide/Sulfate Halogenide

Feldspat (1) Magnetit (8) Calcit (10) Pyrit (12) Steinsalz (15)

Quarz (2) Hämatit (9) Dolomit (11) Bleiglanz (13) Fluorit (16)

Glimmer (3) Gips (14)

Kaolinit (4)

Olivin (5)

Pyroxen (6)

Andalusit (7)

Minerale in den Krustengesteinen bestehenhauptsächlich aus den Elementen Sauer-stoff, Silizium sowie Aluminium und bildenvor allem die Silikate. Das wohl bekanntesteSilikatmineral ist der Quarz (SiO2). Obwohlchemisch ein Oxid, ist er aufgrund seiner Kris-tallstruktur den Silikaten zuzurechnen. Diehäufigsten Minerale mit einem Anteil von 60-65 Vol. % an der Erdkruste sind jedoch dieFeldspäte. Bei ihnen ist ein Teil des Siliziums(Si) durch Aluminium (Al) ersetzt, wodurchsich negativ geladene Ionen (Anionen) erge-

ben. Das so entstandene Ladungsungleich-gewicht wird durch die positiv geladenen Kat-ionen Kalium (K), Natrium (Na) und Calcium(Ca) ausgeglichen.

In den Gesteinen des Erdmantels haben dieMinerale dagegen bevorzugt Eisen (Fe) undMagnesium (Mg) als Kationen, wie im Olivinoder Pyroxen. Silikate bilden oft Mischkristalle,hier sind als Kationen verschiedene Elementeeingebaut, wie Kalium und Natrium im Feld-spat oder Eisen und Magnesium im Olivin.

Silikate

Tabelle B2 | Beispiele für Mineralgruppenund zugehörigeMinerale.

Künstliche Minerale

Exkurs

Gold und Edelsteine üben seit jeher eine große Faszina-tion auf den Menschen aus und darauf beruht ihr Wert.Schon im Mittelalter versuchten die Alchimisten (u ModulG „Wissenschaftsgeschichte“) Edelsteine herzustellen, abererst das Wissen über die Zusammensetzung und Strukturder Minerale lieferte die Voraussetzung für die Entwick-lung von Methoden zu ihrer künstlichen Herstellung. Sogelang es im 19. Jahrhundert erstmalig, Diamanten, Ru-bine und Smaragde zu „züchten“. Diamanten werden heutedurch das sogenannte Hochdruck-Hochtemperatur-Verfah-ren industriell hergestellt. Dabei wird Graphit in einer hy-draulischen Presse bei einem Druck von von bis zu 6 Gi-gapascal (60.000 bar) und Temperaturen von über 1500°Czusammengepresst. Diese Diamanten werden in der In-dustrie für Bohrkronen (u Modul I „Außerschulische Lern-orte“, Schülerlabor KTB) oder als Schleifmittel verwendetund als „Industriediamanten“ bezeichnet.

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Nr. Minerale Beschreibung und Entstehung

1 Feldspäte sind Mischkristalle: Alkalifeldspäte aus Orthoklas (KAlSi3O8) und Albit (NaAlSi3O8), Plagioklaseaus Albit (NaAlSi3O8) und Anorthit (CaAl2Si2O8). Feldspäte kristallisierenentweder im monoklinen oder im triklinen Kristallsystem.

Vorkommen: In Magmatiten, z. B. Granit, Basalt. Das Beispiel zeigt einenKarlsbader Zwilling, ein Alkalifeldspat.

Verwendung: keramische Industrie, in Seife und Scheuermitteln

2 Quarz, SiO2, ist die auf der Erdoberfläche stabile Modifikation des Silizium-dioxids. Er kristallisiert bei der Abkühlung von Schmelzen mit hohem Anteil an Sili-zium und ist primärer Bestandteil von Plutoniten. Vorkommen: Quarz ist in vielen metamorphen Gesteinen enthalten undwird über zahllose Mineralreaktionen während der Metamorphose abge-baut oder gebildet. Wegen seiner Härte und Verwitterungsbeständigkeit(wird nur von Flusssäure chemisch gelöst) ist Quarz weit verbreitet in sedi-mentären Gesteinen wie Sandsteinen zu finden. Verwendung: Glasindustrie

3 Glimmerminerale sind schichtig aufgebaute Silikate.Si und O bilden hier Schichtpakete, zwischen denen nur schwache Bin-dungskräfte wirken und die damit leicht spaltbar sind. Es gibt K- und Al-reiche Glimmer (Hellglimmer) sowie Fe- und Mg- reiche Glimmer (Dunkel-glimmer).

Muskovit (Hellglimmer), KAl2 [Si3AlO10 (OH)2], ist meist farblos durchsichtigbis durchscheinend, manchmal gelblich bis bräunlich.

Biotit (Dunkelglimmer), K(Mg,Fe)3(OH,F)2[(Al,Fe)Si3O10], bildet durchschei-nende bis undurchsichtige Kristalle mit Perlmuttglanz.

Vorkommen: Beide Glimmer kommen in Magmatiten und kristallinenSchiefern (Metamorphiten) vor. Bei der Erosion von magmatischen undmetamorphen Gesteinen bilden sich kleine Glimmerschüppchen, die inder Folge auch in Sedimentgesteinen eingebettet werden können.

Verwendung: Farb- und Putzzusatz, Isoliermaterial in der Elektroindustrie,für Schalldämmstoffe, Füllstoff (z. B. Papier, Spachtelmasse)

4 Kaolinit, Al4[(OH)8[Si4O10], ist ein Schichtsilikat, das insbesondere bei derVerwitterung entsteht. Es besteht aus submikroskopischen, blättrigenKristallen und wird durch Wasseraufnahme plastisch verformbar.

Vorkommen: Kaolinit ist zumeist Bestandteil der Feinfraktion (< 2 µm) eines Sediments. Das Mineral ist allgegenwärtig in den Al-reichenBöden feuchtwarmer Regionen und ein typisches Produkt der chemischenVerwitterung von Mineralen der Feldspat-Gruppe.

Verwendung: Porzellanindustrie

5 Olivin, (Mg,Fe)2SiO4, ist eine Sammelbezeichnung für eine Gruppe von Silikat-Mineralen, in denen Eisen und Magnesium in beliebigem Verhältnis zueinander auftreten können, die also Mischkristalle bilden.

Die orthorhombischen Kristalle sind meist prismatisch oder tafelig.

Vorkommen: Olivin in eine Hauptbestandteil vieler mafischer und ultramafischer Magmatite.

Verwendung: Zuschlagstoff bei der Herstellung von Eisenerzpellets

Tafel Ia | Silikate

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Beschreibung und Entstehung Minerale Nr.

Pyroxene sind eine Gruppe von gesteinsbildenden Silikatmineralen derkomplexen chemischen Zusammensetzung X2Si2O6 (X steht für eines derElemente Na, Li, Mg, K, Fe, Mn, Ti, Zn oder Al). Die typische Kristallformvon Pyroxenen sind kurze Prismen. Erkennbar sind Pyroxene oft an ihrenSpaltebenen, die sich unter einem Winkel von etwa 90° schneiden.

Vorkommen: Pyroxene kommen sowohl in basaltischen Gängen und Intru-sionen als auch in Metamorphiten gesteinsbildend vor.

Verwendung: Aus dem grünen Jadeit (Na-Pyroxen) wurden in der SteinzeitÄxte und Speerspitzen gefertigt.

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Al2SiO5 Minerale (Andalusit, Disthen, Sillimanit) haben unterschiedlicheKristallstruktur und Dichte (Modifikation), da sie bei verschiedenen Tem-peraturen und Drücken entstanden sind. Andalusit (orthorhombisch) ent-steht bei niedrigen Drücken (< 4 kbar), während Disthen (triklin) sich beihöheren Drücken bildet. Sillimanit (orthorhombisch) ist typisch für Ge-steine, die während ihrer Entwicklung hohen Temperaturen (> 500°C)ausgesetzt waren. Dargestellt ist ein Disthen.

Vorkommen: Die Minerale bilden sich bei der Metamorphose von alumini-umreichen Gesteinen (z. B. Sedimentgesteine).

Verwendung: zur Herstellung hitzeresistenter Keramikprodukte

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Sie haben einen Anteil von ca. 5 % an derMasse der Minerale. Quarz wird nicht zu denOxiden gerechnet, sondern ist ein Silikat! Eskommen als Minerale insbesondere einfa-che Oxide (nur Sauerstoff als Anion) oderauch Hydroxide (Sauerstoff und Wasserstoffals Anion) vor. Hydroxide entstehen v. a. ander Erdoberfläche, in Verwitterungs- und Oxi-

dationszonen (z. B. das Eisenhydroxid Goe-thit) sowie bei submariner Sedimentation.Wirtschaftlich besonders wichtig sind Eisen-und Manganoxide bzw. -hydroxide, die in La-gerstätten auf den Kontinenten, aber auchals Abscheidungen auf dem Meeresboden(Manganknollen) zu finden sind.

Oxide


Magnetit (Magneteisen), Fe3O4, ist ein Eisenoxid mit einem matten Metall-glanz. Er hat eine schwarze Eigenfärbung. Magnetit wird z. B. bei der Kristallisation von magmatischen Gesteinen gebildet. Es ist eines der am stärksten magnetischen Minerale.Vorkommen: Kleinste Magnetit-Kristalle finden sich in einigen Bakteriensowie in Gewebe oder Sinnesorganen vieler Tiere. Sie werden z. B. vonBrieftauben oder Zugvögeln zur Orientierung im Erdmagnetfeld genutzt.Dabei „misst“ ihr Magnetsinn den Winkel zwischen der lokalen Richtungder Magnetfeldlinien und der Vertikalen. Verwendung: Eisenerz für Eisen- und Stahlherstellung

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Hämatit (Eisenglanz, Roteisenstein, Roter Glaskopf), Fe2O3, ist rotbraun,stahlgrau oder schwarz. Der Abrieb des Minerals ist ein charakteristischesBlutrot, von dem sich der Name ableitet.

Vorkommen: Hämatit kommt sowohl in sedimentären Lagerstätten alsauch in Magmatiten vor. Er bildet sich auch häufig bei der Oxidation vonMagnetit und anderen eisenreichen Mineralen, z. B. während der Verwitte-rung. Nur geringe Beimengungen führen zur einer charakteristischen Rot-färbung, z. B. von Sedimentgesteinen (Buntsandstein und Rotliegendes).

Verwendung: neben Magnetit das wichtigste Eisenerz

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Tafel Ib | Oxide

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CaCO3 ist das häufigste Karbonat und kommtin der Natur in drei Modifikationen vor: Cal-cit, Aragonit und Vaterit. Calcit (trigonal) istdie am meisten vorkommende und stabilsteForm. Aragonit (rhombisch) ist insbesonderedie Bausubstanz für Schalen- und Muschel-tiere. Vaterit ist eine kugelförmige Variantemit geringer Stabilität.Neben dem Calcium-Karbonat kommen auchCalcium-Magnesium-Karbonat (Dolomit) und

Eisen-Karbonat (Siderit) oder Calcium-Eisen-Karbonat (Ankerite) vor. Karbonate entste-hen hauptsächlich durch Ausfällung aus über-sättigten Lösungen und füllen oftmalsSpalten und Risse in Gesteinen. Sie könnenauch magmatischen Ursprungs sein und bil-den Hauptgemengteile der Karbonatite, spe-zielle vulkanische Gesteine in kontinentalenRiftsystemen (z. B. Ostafrikanischer Grabenoder Kaiserstuhl im Rheingraben).

Karbonate

Tafel Ic | Karbonate

Schwefel bildet das zweifach negativ gela-dene Sulfid-Anion S2-, das zusammen mit Me-tall- oder Halbmetall-Kationen viele verschie-dene Sulfid-Minerale (ca. 600) bilden kann.Weiter kommen Schwefelverbindungen alsSulfate vor. Hier werden Kationen mit relativ

großem Ionenradius (Ba, Pb, Ca) eingebaut.Bekannt ist neben dem Gips als Calcium-Sul-fat der Baryt, das Barium-Sulfat, aufgrundseiner hohen Dichte von 4,5 g/cm3 auchSchwerspat genannt.

Sulfide/Sulfate

Nr. Minerale Beschreibung und Entstehung

10 Calcit (Kalkspat, Kalzit)

Die trigonalen Kristalle entwickeln sehr unterschiedliche Formen. Calcit istmeistens entweder farblos oder milchig-weißgrau, kann aber durch Verun-reinigungen sehr verschiedene Farben annehmen (z. B. gelb, rosa, rot,blau oder schwarz). In klaren Kristallen ist eine optische Eigenschaft derKristalle deutlich sichtbar, eine Doppelbrechung des Lichtes. Daher nenntman diese Calcite auch Doppelspat. Beim Auftreffen geht ein Teil desLichtstrahls weiter durch den Kristall, ein Teil wird durch das Kristallgitterabgelenkt, der Lichtstrahl wird „gebrochen“. Wenn wir durch den Kristallhindurchsehen, entstehen so zwei Abbildungen einer Linie.

Vorkommen: Durch Ausfällung aus Calciumkarbonatlösungen in unter-schiedlichen geologischen Szenarien (z. B. Kalkschalen von Fossilien,Gangmineralisationen).

Verwendung: Zement- und Bauindustrie, Kunstdünger

11 Dolomit (Bitterspat, Braunspat), CaMg(CO3)2, bildet einzelne Kristalle odermassige Mineralaggregate (Ansammlungen) von weißgrauer bis hellbrauner Farbe.

Vorkommen: Er bildet sich durch Wechselwirkung von magnesiumhaltigenLösungen mit calcitischen Gesteinen aus dem Calcit (Dolomitisierung).Weiterhin kann er bei bestimmten Bedingungen aus dem Meerwasserausfällen (Evaporit).

Verwendung: als Stein zum Verbauen, gemahlen als Dünger, pulverisiertals Scheuermittel

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Steinsalz (Halit), NaCl, ist farblos oder hat eine variable, oft durch Eisen-oxide hervorgerufene braune, seltener auch blaue Färbung.

Vorkommen: Steinsalz tritt in massiger oder körnig-kristalliner Form in Se-dimentgesteinen auf. Es bildet sich hauptsächlich durch das Austrocknenvon salzreichen Meeren und ist in den dabei entstehenden Ablagerungs-schichten (Evaporite) mit anderen wasserlöslichen Mineralen wie Gips undAnhydrit vergesellschaftet.

Verwendung: Industriesalz, Speisesalz

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Fluorit (Flussspat), CaF2, bildet kubische Kristalle mit sehr wechselhafter,oft violetter oder grüner Farbe. Ein besonderes Merkmal ist die häufig an-zutreffende Fluoreszenz unter ultraviolettem Licht.

Vorkommen: Fluorit findet man oft in Gängen im Dach- und Randbereicheines Granits. Hier haben sich bei Abkühlung des Magmas flüssige undgasförmige Bestandteile aus der Granitschmelze angereichert und Ele-mente, die nicht in die Kristalle der Granite eingebaut werden, bilden hiereigenständige Minerale aus.

Verwendung: Flussmittel für Stahl- und Gusseisenherstellung

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Tafel Id | Sulfide/Sulfate


Pyrit (Schwefelkies), FeS2. Der metallische Glanz und die goldene Farbebrachten ihm den Beinamen „Katzengold“ ein. Vorkommen: Pyrit ist das am meisten verbreitete Sulfidmineral und Bestand -teil der meisten Sulfidlagerstätten. Auch in hydrothermalen Gesteinen tritt erhäufig auf. Werden Tierleichen in stagnierenden, sauerstofffreien schlammi-gen Milieus eingebettet, so können deren Weichteile partiell in Pyrit umge-wandelt werden. Deshalb ist es dann auch in Sedimentgesteinen zu finden.Verwendung: War früher wichtig für die Schwefelsäureherstellung, aus denRückständen wurde Eisen gewonnen. Schwefelsäure wird heute aus derEntschwefelung von Mineralölprodukten oder Kohlekraftwerken gewonnen.

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Bleiglanz (Galenit), PbS, ist ein weit verbreitetes Sulfid.

Die kubischen Kristalle haben meist Würfelform, eine bleigraue Farbe undeinen metallischen Glanz.

Vorkommen: Bleiglanz bildet sich in metamorphen Gesteinen genausowie in vulkanischen Sulfidlagerstätten. Daneben kommt es auch in Riff-kalken und Dolomitgesteinen vor.

Verwendung: Wichtigstes Erz zur Gewinnung von Blei (für Batterien, Elek-trotechnik) und wegen seines Silbergehalts (bis zu 1 %) auch wichtiges Sil-bererz.

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Gips, CaSO4 • 2H2O, ist ein farbloses bis weißes Sulfat.

Vorkommen: Das Mineral Gips kommt sowohl in großen Mineralen als auch infeinkörniger Form oder auch massig vor. Die Färbung schwankt auf Grund vonVerunreinigungen zwischen farblos, weiß, gelb, rot bis hin zu dunkelgrau. Be-sonders reiner Gips wird als Alabaster bezeichnet, feinfaseriger als Fasergips.Durchsichtige Kristalltafeln sind auch als Marienglas bekannt. In Trockenge-bieten entstandene rosettenartige Gipse werden „Wüstenrosen“ genannt.

Verwendung: Bauelemente (z. B. Gipskartonplatten)

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Die Elemente der Halogengruppe F, Cl, Brund I bilden in der Natur Minerale in Formvon Fluoriden, Chloriden, Bromiden und Io-

diden, die Halogenide (griech. halogen = Salz-bildner) genannt werden. Wichtige Bedeu-tung haben die Natrium- und Kalisalze.

Halogenide

Tafel Ie | Halogenide

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3 Gesteine

Gesteine bestehen aus verschiedenen Mine-ralen (polymineralisch) oder nur aus einereinzigen Mineralart (monomineralisch). Dieam häufigsten vorkommenden Mineraleeines Gesteins heißen Hauptgemengteile.Solche, die mit einem geringeren Anteil ver-treten sind, werden Nebengemengteile, sel-ten auftretende Akzessorien genannt. Nachihrer Entstehung unterscheidet man dreiHauptgruppen: Magmatite, Sedimentge-steine und Metamorphite.

3.1 Magmatite

Magmatische Gesteine (griech. magma = ge-knetete Masse) entstehen durch Kristallisa-

tion aus Gesteinsschmelzen. Diese Schmel-zen entstehen in großen Tiefen der Erdkrusteoder im oberen Erdmantel. Beim Aufstieg undAbkühlen des Magmas bilden sich Kristalle.Wenn dieser Vorgang langsam genug erfolgt,wie beim Abkühlen in der Erdkruste, habendie Kristalle genug Zeit (mehrere tausend bishunderttausend Jahre), um mehrere Millime-ter bis hin zur Größe von mehreren Zentime-tern zu wachsen, und es entsteht ein mittel-körniges bis grobkörniges magmatischesGestein (Plutonit). Magma, das entlang vonBruchzonen der Erdkruste aufsteigt und naheder Erdoberfläche erstarrt (Ganggesteine)oder sogar als glutflüssige Schmelze (Lava)zu Tage tritt, erstarrt schnell, in Tagen bis Wo-

Exkurs

Heilsteine sollen angeblich beiKrankheiten eine heilende Wirkunghaben oder das generelle Befindenverbessern. Die im Handel ange-botenen Produkte sind vielfältig.

Unter dem Begriff Heilsteine wer-den vor allem Minerale und amor-phe Gesteine wie Achat und Obsi-dian angeboten. Nach einem Urteildes Landgerichtes Hamburg (21.8. 2008, Az.: 327 o 204/08) ist dieBezeichnung „Heilstein“ beim Ver-

kauf dieser Produkte nicht zuläs-sig. Es sei irreführend, bestimmtenSteinen krankheitslindernde und/oder krankheitsheilende Wirkungzuzuschreiben, obwohl es keiner-lei Anhaltspunkte dafür gebe, dassdie sog. „Heilsteine“ heilende Wir-kung entfalten.

Personen, die an eine Wirkung vonHeilsteinen glauben, gehen davonaus, dass eine elektromagnetischeUmgebungsstrahlung („Qi“, „Bio-plasma“) an Kristallgittern gebün-delt oder gestreut wird bzw. eineandere Polarisationsebene erhalteund somit eine andere Wirkung aufden Körper hat. Allerdings besitzennicht alle als Heilsteine angeboteneProdukte ein Kristallgitter. Der Be-reich, der diesen Effekt abdeckt,wird mit einem an Wissenschaft-lichkeit angelehnten Terminus alsRadiästhetik (Strahlenheilkunde)bezeichnet. Viele der angepriese-nen Wirkungen lassen sich sehreinfach als fragwürdig erkennen,weil sie simplen physikalischen Ge-setzen widersprechen. Auf eine eindeutige physikalischeEigenschaft, nämlich dem Wärme-

speicherungsvermögen, beruht da-gegen die Verwendung von Steinenin der Heilmassage.

Allerdings gibt es glaubhafte Be -rich te, dass bestimmte Beschwer-den durch die Anwendung von Heil-steinen zurückgingen („Rosen-quarz neben dem Computer redu-ziert Augenreizungen“). Eine sol-che Wirkung kann nur aus zwei Ef-fekten resultieren: Dies ist zumeinen die Ästhetik (Farbe, Oberflä-chenbeschaffenheit etc.), die einepositive Wirkung auf die Psycheausübt, oder aber es handelt sichum einen simplen Placebo-Effekt.Beides sind psychologische Ef-fekte, die prinzipiell eine Bereit-schaft des Anwenders vorausset-zen. Wesentlicher Antrieb für dieaktuelle Popularität ist die Hoff-nung der Menschen auf Heilungvon Krankheiten, für die in derSchulmedizin keine Lösung gefun-den wird. Im Vergleich zu anderenHeilmethoden besteht allerdingsder Vorteil, dass Heilsteine keinenSchaden anrichten, solange nichtauf notwendige schul medizinischeBehandlung verzichtet wird.

B2 | Steine und Mineralien werden in vielenFarben und Größen angeboten.

Heilsteine

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chen. Es bilden sich hier gleichzeitig vielekleine Kristalle, und es entsteht ein feinkör-niges Gestein. In dem Magma gelöstes Gasentweicht und bildet viele Blasen im Gestein.Bei plötzlichem Abkühlen reicht die Zeit nichtzum Ausbilden kleiner Kristalle, und die Ge-steinsmasse wird zu einem Glas abge-schreckt. Vulkanite sind Gesteine, die ausMagma entstanden sind, das an der Erdober-fläche erstarrt ist. Hierzu gehören auch diePyroklastika (griech. pyros = Feuer, clasis =zerbrechen), also ausgeworfenes vulkani-sches Material. Auf Grund der raschen Ab-kühlung erstarren die Partikel bereits im Flugund erreichen den Erdboden als vulkanischesGlas oder als kleine Kristalle und Kristallag-gregate, so dass sie gewissermaßen als Se-diment abgelagert werden. Man spricht dannvon vulkanischer Asche, sofern es sich umunverfestigtes Material handelt. VerfestigteAschen werden als Tuffe bezeichnet.

Gefügevariationen in Magmatiten und ihre Bedeutung:

• Grobkörniges Gefüge (grobkristallin): lang-same Abkühlung g Plutonite

• Feinkörniges Gefüge (feinkristallin):schnelle Abkühlung g Vulkanite

• Glasiges Gefüge (amorph oder mikrokris-tallin): extrem schnelle Abkühlung, z. B.Obsidian

• Porphyrisches Gefüge (große idiomorpheKristalle in mikrokristalliner Grundmasse):zunächst langsame Abkühlung in der Mag-menkammer und dann schnelle Abküh-lung während der Eruption

• Blasiges Gefüge: Druckentlastung von gas-reichen Magmen – Extremfall: Gesteins-„schaum“ = Bims

Magmatiteentstehen durch Erstarren einerSchmelze in der Erde oder auf derErdoberfläche.

Sedimentgesteineentstehen an der Erdoberflächedurch Ablagerung von Partikelnoder durch Abscheidung aus Lösungen.

Metamorphiteentstehen durchUmkristallisationbestehender Ge-steine in unter-schiedlichen Tiefen der Erd-kruste.

Plutonite entstehen auslangsam abküh-lenden Schmel-zen in der Erd-kruste.

Granit (1)Gabbro (2)Peridotit (3)

SiliziklastischeSedimentge-steineentstehen durchAblagerung vonzerbrochenen Ge -steinspartikeln.

Konglomerat/Brekzie (9)Sandstein (10)Tonstein (11)

Tonschiefer (16)Glimmer -schiefer (17)Gneis (18)Migmatite (19)Amphibolit (20)Marmor (21)

Vulkaniteentstehen ausschnell abküh-lenden Gesteins -schmelzen odervul kanischenEruptionen ander Erdoberflä-che.

Rhyolith (4)Obsidian (5)Bimsstein (6) Basalt (7)Tuff (8)

Chemische Se-dimentgesteine entstehen durchAusfällung ausübersättigtenLösungen.

Kalk-Oolith (12)Sinterkalk (13)

Kontaktmeta-morphes Ge-stein (22)

Biogene Sedi-mentgesteine bestehen zumüberwiegendenTeil aus Restenvon Organismen(Schalen oderPflanzen).

Schillkalk (14)Kohle (15)

Hinweis: Die Zahlen in Klammern beziehen sich auf die Nummerierung in den Tafeln IIa – IIf.

Tabelle B3 | Gesteinsgrup-pen und Ge-steine.

Einige wichtige Gesteinsgruppen und Gesteine im Überblick:

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B

Lernort Geologie


Plut

onite Nr. Gesteine Beschreibung und Entstehung

1 Granite sind makroskopisch weiß, hellgrau, rosa, gelblich und zuwei-len grünlich.

Im Gefüge ist die Struktur meist durch die mehr oder weniger idio-morphe Form der Feldspatkristalle geprägt. Die meist weißen Oligo-klase und die häufig gefärbten Kalifeldspäte (im gezeigten Beispielrosa) bilden oft dicktafelige Kristalle, die auch makroskopisch leichterkennbar sind. Plagioklas und Quarz und dunkle Minerale füllendie Zwickel.

(Handstück: 14 cm)

2 Gabbro entspricht chemisch und mineralogisch dem Basalt und istdamit sein in der Tiefe steckengebliebener Vertreter.

Er hat eine grauschwarze, gelegentlich auch blaugrüne Farbe, dievon dem hohen Anteil dunkler Minerale (Pyroxen, Olivin) herrührt.Der helle Anteil besteht hauptsächlich aus Plagioklas, Quarz fehlt.Im frischen Zustand ist Gabbro meist ein mittelgraues, feinkörnigesGestein, in dem der Kontrast der hellen zu den dunklen Mineralendeutlich zu erkennen ist.

(Handstück: 7 cm)

3 Peridotit ist ein ultramafisches, dunkles, grünliches magmatischesGestein. Aus diesem Gestein besteht der obere Erdmantel. Olivin wandeltsich bei der Metamorphose unter Anwesenheit von Wasser in Ser-pentin-Minerale um, der im hier gezeigten Beispiel als Serpentin-rand um einen lagigen Peridotit zu sehen ist. Er stammt von dem Li-zard-Ophiolith in SW-England, wo Teile des oberen Erdmantels(Mantelperidotite) als Unterlager einer ozeanischen Kruste aufge-schlossen sind. Hinweise auf die Gesteine des oberen Erdmantelsgeben auch sogenannte Peridotit- oder Olivinknollen, die von schnellaufsteigendem basaltischen Magma (k Gestein Nr. 7, Basalt) an dieErdoberfläche mitgebracht werden. (Handstück: 8 cm)

Vulk

anite 4 Rhyolith (griech. = Fließstein) ist ein Vulkanit mit granitischer

Zusammensetzung.

Er besteht meist aus einer feinkörnigen Grundmasse, bei der mandie einzelnen Kristalle nur unter dem Mikroskop erkennen kann.Häufig finden sich größere Einzelminerale (in unserem Beispiel hell-rötlicher Alkalifeldspat und grauer Quarz), die auskristallisiert sind,bevor das Magma ausgetreten ist. Dieses Gefüge wird auch als por-phyrisches Gefüge bezeichnet, weshalb Rhyolite oft auch Porphyregenannt werden.

(Handstück: 9 cm)

5 Die Zusammensetzung des Obsidian ist ähnlich der des Rhyoliths,aber durch eine schnelle Abkühlung wird die Schmelze abgeschreckt,und es entsteht ein vulkanisches Glas. Durch Entgasung entstehenkleine Blasen, die beim Fließen der Schmelze ausgelängt werden unddurch ihre Orientierung Strukturen wie Falten erkennen lassen. WeißePünktchen im Obsidian (Sphärolite) sind erste Anzeichen einer Kristal-lisation; hier haben sich kleine Feldspat-Kristalle kreisförmig ausge-schieden (sog. Schneeflockenobsidian). Wegen seines scharfkantigen, muscheligen Bruches wurde Obsidianals Material für Steinwerkzeuge geschätzt. Er wird daher auch als„schwarzes Gold der Steinzeit“ bezeichnet.(Handstück: 7 cm)

Tafel IIa | Magmatite

65

B

Lernort Geologie


Magmatite werden u. a. nach dem Chemismusihrer ursprünglichen Magmen klassifiziert:

• Fe-Mg arm, reich an K, Na, Al und SiO2

- SiO2-Gehalt > 66 %: felsisch („sauer”)- SiO2-Gehalt = 52 – 66 %: intermediär

• Fe-Mg-reiche Gesteine- SiO2-Gehalt = 45 – 52 %: mafisch („basisch”)

- SiO2-Gehalt < 45 %: ultramafisch („ultra-basisch”).

Ein felsisches Magma hat Kieselsäuregehaltevon über 65 % SiO2 und bringt als Plutoneinen Granit bzw. als Vulkanit einen Rhyolithhervor. Felsische (helle) Minerale sind Quarz,Alkalifeldspäte, Plagioklase.

Beschreibung und Entstehung Gesteine Nr.

Vulkanite

Bimsstein ist ein poröses vulkanisches Gestein mit einem erhebli-chen Anteil an Glas. Der hohe Gehalt an eingeschlossenen Gasenbzw. Luft in den Hohlräumen lässt die Dichte auf < 1 g/cm3 fallen,so dass Bimsstein auf Wasser schwimmt. Bimsstein entsteht durch gasreiche vulkanische Eruptionen, beidenen die Lava gewissermaßen aufschäumt (wie die Kohlensäure ineiner Sektflasche beim Schütteln) und Gase in Blasenhohlräumeneinschließt. Durch die rasche Abkühlung bilden sich nur untergeord-net Kristalle, so dass es sich quasi um schaumiges Gesteinsglashandelt.

(Handstück: 7 cm)

6

Basalt ist das vulkanische Gestein mit der größten Verbreitung ander Erdoberfläche, da er, neben vielen Vorkommen auf den Konti-nenten, die ozeanische Kruste bildet.

Der größte Teil der feinkörnigen Grundmasse setzt sich aus Eisen-und Magnesiumsilikaten mit Olivin und Pyroxen sowie kalziumrei-chen Feldspäten (Plagioklas) zusammen. Das Gefüge kann dicht(massig) oder auch blasig sein.

Die Basalte werden je nach Entstehungsort untergliedert in:• MORB (mid ocean ridge basalt): an Spreizungszonen zwischen

zwei ozeanischen Platten;• IAB (island arc basalt): an Inselbögen und aktiven Kontinentalrän-

dern;• OIB (ocean island basalt): an Ozeaninseln über Hotspots inner-

halb der ozeanischen Kruste;• CFB (continental flood basalt): an Spalten oder Hotspots inner-

halb der kontinentalen Kruste.

Diese Basalttypen unterscheiden sich in ihrer chemischen Zusam-mensetzung.Basalte zeigen manchmal eine säulenartige Ausbildung mit Durch-messer im Dezimeter-Bereich. Diese entstehen bei der Abkühlungder Lava durch Kontraktion.

(Handstück: 12 cm)

7

Tuff ist eine verfestigte Ablagerung aus der Eruption eines Vulkans.Die Korngröße und die Zusammensetzung der Partikel variieren, jenach Zusammensetzung des geförderten Magmas. Diese bestim-men auch die Farbe eines Tuffs, die meist gräulich, grünlich odergelblich ist, aber auch eine rötliche oder violette Tönung kann auf-treten. Wird der Tuff mit anderen klastischen Sedimenten vermischt,wobei der Anteil an vulkanischem Material zwischen 25 und 75 %liegt, spricht man von einem Tuffit.

Aufgrund der Zwischenstellung zwischen Vulkanit und Sediment wirdauch manchmal von Vulkaniklastika gesprochen.(Bildhöhe: 2 m)

8

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B

Lernort Geologie


Demgegenüber kristallisiert aus einem ma-fischen Magma mit weniger als 52 % SiO2

kein Quarz, dafür aber Plagioklas aus, undes bilden sich in der Tiefe ein Gabbro bzw.an der Erdoberfläche ein Basalt. Mafische(dunkle) Minerale sind Glimmer, Amphibole,Pyroxene und Olivin. Der Begriff „mafisch“leitet sich von den Elementen Magnesiumund Eisen (Ferrum) ab.

Der SiO2-Gehalt bestimmt die Fließeigen-schaft eines Magmas, denn er steuert dieViskosität (Zähflüssigkeit) der Schmelzen. Ul-tramafische und mafische Schmelzen sindniedrig viskos (wenig zähflüssig) und könnenz. B. entlang von Störungszonen aus dem Be-reich des oberen Mantels bis an die Erdober-fläche aufsteigen (z. B. die Vulkane des Eger-riftes). Beim Austritt des Magmas kann sich

die Lava an der Erdoberfläche weit ausbrei-ten, wie bei den Schildvulkanen von Hawaii(u Modul C „Plattentektonik“) oder den Flut-basalten in Indien oder Sibirien. Die interme-diären und felsischen Magmen haben dage-gen eine höhere Viskosität. Schmelzen dieserZusammensetzung erreichen daher oftmalsnicht die Erdoberfläche und bilden Plutonite.Vulkane dieser Zusammensetzung habensteile Flanken, diese gibt es z.B. im Bereichder Inselbögen oberhalb von Subduktions-zonen.

3.2 Sedimentgesteine

Sedimente (lat. sedimentum = Bodensatz) bil-den sich an der Erdoberfläche – am Festlandund im Meer. Sie bestehen aus lockeren Teil-chen unterschiedlicher Größe und

Tafel IIb | Sedimentgesteine

Siliz

ikla

stis

che

Sedi

men

te Nr. Gesteine Beschreibung und Entstehung

9 Ein grobes klastisches Sediment mit gerundeten Komponenten imKies und Sandbereich (k Tabelle B4) in einer feinkörnigen Grund-masse (Matrix) wird Konglomerat genannt.

Sind die Komponenten eckig, spricht man von einer Brekzie. DerRundungsgrad ist eine Funktion der Transportweite.

Bestehen die Komponenten aus unterschiedlichen Gesteinsarten, sospricht man von polymikten, bei Komponenten von nur einer Ge-steinsart von monomikten Konglomeraten.

10 Sandstein besteht aus miteinander verkitteten Körnern von Sand-größe (k Tabelle B4).

Bei den meisten Sandsteinen bestehen die Klasten aus dem verwit-terungsresistenten Quarz (Quarzsandsteine). Diese haben normaler-weise ein kieseliges, toniges oder karbonatisches Bindemittel.

Sandsteine, die durch Wind- und Wasserströmungen abgelagert wer-den, zeigen oft eine Schrägschichtung.

11 Tonstein besteht überwiegend aus Tonmineralen (wie Montmorillonitoder Illit), aber auch Quarz-, Feldspat- und Karbonat-Körnern in Ton-größe (k Tabelle B4).

Tonsteine zeigen eine feine Schichtung, an der sie sich einfach spal-ten lassen, so dass sie (metamorphen!) Tonschiefern ähneln. Siesind aus verfestigtem Schlamm entstanden.

Zur Zusammensetzung desGranits gibt es im Berg-männischen den Merksatz:

„Feldspat, Quarz undGlimmer – die dreivergess’ ich nimmer!“

67

B

Lernort Geologie


Zu sam mensetzung, die sich während Verwit-terung und Erosion aus Festgesteinen gelösthaben und durch Wind oder Wasser transpor-tiert worden sind. Daneben kann ein Sedimentauch aus Schalenresten oder Skelettteilen vonOrganismen bestehen. Die Schichtung ist eincharakteristisches Merkmal von Sedimentenund grenzt sie gleichzeitig von magmatischen

und metamorphen Gesteinen ab. Eine Schich-tung ist durch Materialwechsel (z. B. Kalkstein,Sandstein) oder Gefügewechsel (z. B. grobkör-nig, feinkörnig) verursacht und ein Resultatvon Schwankungen in der Materialzufuhr.Rhythmische Wechsel der Schichtung (z. B.jahreszeitlich wechselnder Eintrag) könneneine feine Bänderung hervorrufen.


Chem

ische Sedim

entgesteine

Kalk-Oolithe bestehen aus einer Ansammlung von kugeligen, kon-zentrisch aufgebauten Partikeln, die durch Ausfällung von Karbonatim warmen Flachwasser entstanden sind.

Diese kugeligen Ausscheidungen gibt es auch als Eisenoolithe, hierbildet Eisenhydroxid, FeO(OH), einen wichtigen Bestandteil.

12

Sinterkalk und Travertin sind festländische Karbonate und wurdenan kalkreichen Süßwasserquellen ausgeschieden.

Sie haben meist eine helle (weiße, gelbliche, rötliche oder braune)Farbe. Travertin ist ein poröser Sinterkalk, charakteristisch sind diedeutliche Schichtung und das lückige Gefüge. Die Kalkabscheidungerfolgt weitgehend ohne Mitwirkung von Organismen durch Ausfäl-lung beim Austritt des Quellwassers.

13

Ein Schillkalk besteht aus einer Ansammlung von Bruchstücken vonkalkschaligen Organismen, die mit einer karbonatischen Grund-masse verfestigt sind.

Im nebenstehenden Beispiel handelt es sich um unterschiedlichgroße Bruchstücke von Kalkschalen.

14

Biogene S

edimentgesteine

Kohle ist durch Inkohlung von Pflanzenresten entstanden (u Modul F„Rohstoffe und Ressourcen“, Exkurs Inkohlung). Die Pflanzenteilesind in klastischen Sedimenten eingelagert.

Nur wenn mehr als 70 % des Volumens aus Kohlenstoff besteht,spricht man von Kohle.

15

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B

Lernort Geologie


Die Lockergesteine werden durch weitere Pro-zesse verfestigt und damit zu Sedimentge-steinen: Durch überlagernde Sedimente wirddas zunächst in den Poren zwischen den Par-tikeln enthaltene Wasser immer mehr ausge-presst, bis eine dichte Packung der Partikelerreicht ist (Kompaktion) und es zu einer rand-lichen Lösung von Partikeln kommt. Diesesgelöste Material wird in den Porenräumen wie-der ausgefällt; dadurch wird der Porenraumweiter verkleinert (Zementation, Diagenese).

Nach dem Ablagerungsraum lassen sich grobterrestrische (kontinentale) und marine Se-dimente bzw. Sedimentgesteine unterschei-den. Da hierbei die gleichen Gesteine gebil-det werden können (z. B. Sandstein, Tonstein),ist eine Untergliederung nach Zusammenset-zung und Genese sinnvoller. Man unterschei-det deshalb zwischen siliziklastischen, che-mischen und biogenen Sedimentgesteinen.

Insiliziklastischen Sedimentgesteinen (griech.klasis = zerbrechen) bestehen die abge la ger -ten Partikel (Komponenten) aus zer broche-nen oder herausgelösten Gesteinspartikeln,wie beispielsweise Quarz- und Feld spatkörneraus einem verwitterten Granit. Durch fließen-des Wasser, Wind oder Eis werden die Parti-kel transportiert und als Schichten aus Kies,Sand, Schluff (Silt) oder Ton abgelagert. DieUntergliederung der siliziklastischen Sedi-mente bzw. Sedimentgesteine erfolgt nachder Größe ihrer Partikel (Korngröße) (u Lern-ort Boden, Modul A, S. 22f).

Bei der Verwitterung von Gesteinen könneneinige Bestandteile in Lösung übergehen undvon Flüssen ins Meer oder in Seen verfrach-tet werden, wo dann wiederum neue chemi-sche Verbindungen ausgefällt werden undsich als Minerale ablagern. Zu diesen che-mischen Sedimentgesteinen gehören die

Evaporite („Eindampfungsgesteine“), her-kömmlich auch als Salze bezeichnet. ImMeerwasser ist das Verhältnis der gelöstenBestandteile sehr konstant, unabhängig vonder schwankenden Konzentration der gesam-ten Salzmenge. Den vier Kationen Natrium(Na+), Kalium (K+), Magnesium (Mg2+) und Kal-zium (Ca2+) stehen drei wichtige Anionen Chlor(Cl–), Sulfat (SO4

2–) und Hydrogenkarbonat(HCO3

–) gegenüber, es bilden sich daher Kar-bonate, Sulfate und Chloride. Wenn die Kon-zentration der Bestandteile durch starke Ver-dunstungsvorgänge erhöht ist, können dieSalze ausgefällt werden.

Bei den biogenen Sedimentgesteinen unter-scheidet man zwischen organischen, die ausAblagerungen von Schalenresten (z. B. Zu-sammenschwemmung von Schalenbruch-stücken, sogenannter Schill) bzw. pflanzli-cher Substanz (z. B. Kohle) bestehen undorganogenen Sedimenten, die Produkte vonLebensvorgängen sind (z. B. Korallenriff-kalke). Zu den biogenen Sedimenten zählensomit die marinen Karbonate, die zu den häu-figsten Gesteinen an der Erdoberfläche ge-hören. Organismen (z.B. Korallen, Muscheln)bauen Schalen oder Gerüste aus den Mine-ralen Calcit oder Aragonit. Insbesondere dieRiffe bestehen zum größten Teil aus Kalk vonKorallen (Riffkalke). Werden Schalenreste imflachen Meer zusammengeschwemmt, ent-stehen daraus Schillkalke mit deutlicherSchichtung und Sortierung nach der Korn-größe. Aus mikroskopisch kleinen Resten vonmarinen Einzellern besteht die Schreibkreide.Reste von kieseligen (aus SiO2 aufgebauten)Organismen (Schwammnadeln oder Radio-larien genannte Skelette von Einzellern) kön-nen ebenfalls Gesteine aufbauen, die alsHornsteine bezeichnet werden. Kohlen ent-stehen durch Akkumulation unvollständig zer-setzter Pflanzenteile.

Tabelle B4 | Tabelle derKorngrößenbe-zeichnungennach DIN 4022.

Benennung Korndurchmesser Erkennungskriterium

Steine > 60 mm größer als Hühnerei

Kies 2 – 60 mm Streichholzkopf bis Hühnerei

Sand 0,063 – 2 mm kleiner als Streichholzkopf bis Grenze der Sichtbarkeit

Schluff (Silt) 0,002 – 0,063 mm unter Sichtbarkeit, bei Trockenheit nicht fest, knirscht beim Kauen

Ton < 0,002 mm unter Sichtbarkeit, bei Trockenheit fest, knirscht nicht beim Kauen

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B

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3.3 Metamorphe Gesteine

Im Rahmen des Kreislaufs der Gesteine kön-nen aus vorhandenen Gesteinen beliebigenTyps (Sedimentgesteine, Magmatite oder auchMetamorphite) infolge veränderter Umge-bungsbedingungen (Druck, Temperatur) Ge-steine gebildet werden, die sich hinsichtlichihres Mineralbestands und ihrer Textur vomAusgangsgestein unterscheiden. Diesen Pro-zess der mineralogischen und strukturellen

Veränderung ohne Änderung der chemischenZusammensetzung des Gesteins wird Meta-morphose genannt. War das Ausgangsgesteinein Magmatit, wird daraus ein Orthogestein,aus einem Sediment wird ein Paragestein.

Grundsätzlich lassen sich zwei Typen von Me-tamorphose unterscheiden:• Regionalmetamorphose: Sie ereignet sich

im Zusammenhang mit Gebirgsbildungs-vorgängen (Orogenese). Durch die Versen-


Metam

orphite

Tonschiefer bildet sich bei bei niedrigen Metamorphosegraden ausTonstein.

Kennzeichnend ist die relativ geringe Umkristallisation, so dass die ursprünglichen Minerale des Sediments weitgehend erhaltenblieben. Der Mineralbestand umfasst neben den vorherrschenden Tonmineralen auch Quarz und farbgebende Minerale wie Chlorit(grün), Hämatit (rot) oder auch bituminös-organische Substanzen(schwarz). Durch den gerichteten Druck bei der Gebirgsbildung entstehen Schieferungsflächen. Liegen Schicht- und Schieferungs-flächen parallel zueinander, dann lässt sich das Gestein in dünnePlatten (Schiefer) spalten.

16

Glimmerschiefer ist ein Sammelbegriff für Metamorphite mit einemerheblichen Gehalt an Schichtsilikaten (> 50 % Glimmer) und einem(im Vergleich zum Gneis) deutlich geringeren Gehalt an Feldspat (> 20 %).

Sie sind mittel- bis grobkörnig und haben ein planares (schichtiges) Gefüge. Sie entstehen bei mittleren Metamorphosegraden (ca. 300 – 450°C). Abgebildet ist ein Granat-Glimmerschiefer aus dem Passeiertal in Tirol mit großen, rötlich-schwarzen Almandin-Gra-naten auf den Schieferflächen.

17

Gneise haben eine typische grobschieferige, gebänderte Strukturmit unregelmäßigen Flächen.

Sie entstehen bei höheren Temperaturen während der Metamor-phose. Die Flächen werden bei der Metamorphose des Gesteinsdurch Neubildung (Kristallisation) der Minerale unter Einwirkung vongerichtetem Druck gebildet.

Hier gezeigt ist ein Paragneis (ehemalige Sedimentgesteine), einAusschnitt aus einem Bohrkern der Kontinentalen Tiefbohrung (KTB)aus Windischeschenbach in der Oberpfalz (u Modul I „Außerschuli-sche Lernorte“).

18

Migmatite haben Gefügebereiche, die einem feinkörnigen Granitähnlich sind.

Hier haben sich im Gestein Schmelzen gebildet und sind dann wie-der abgekühlt. Es werden Quarz und Feldspat aufgeschmolzen, diedunklen Gemengteile bleiben fest. Dadurch haben Migmatite schlie-rige, weiße Gefügebereiche, während die dunklen Minerale im Aus-gangsgefüge verbleiben oder dunkle Lagen im Randbereich der Auf-schmelzungen bilden.

19

70

B

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Met

amor

phite Nr. Gesteine Beschreibung und Entstehung

20 Amphibolite sind mittel- bis grobkörnige, teils massige, teils geschieferte Metamorphite von dunkelgrüner, grauer oder schwarz-grüner Farbe.

Hauptgemengteile sind Hornblende (30 – 70 %) und Plagioklas (15 – 40 %). Sie entstehen durch Metamorphose mafischer Magma-tite (z. B. Gabbro, Basalt).

Das Bild zeigt einen Bohrkern der Kontinentalen Tiefbohrung (KTB)aus Windischeschenbach in der Oberpfalz (u Modul I „Außerschuli-sche Lernorte“).

21 Marmor entsteht bei der Metamorphose aus relativ reinen Kalksteinen.

Bei der Metamorphose bilden sich größere Calcit Kristalle, die eindichtes Mosaik bilden. Frische Bruchflächen zeigen die Kristallflä-chen des Calcits und erscheinen als „zuckeriges“ Gefüge. Nur ganzreiner Kalkstein wird bei der Metamorphose zu reinweißem Marmor,wie z. B. der Carrara Marmor aus Norditalien oder der Thassos Mar-mor aus Griechenland. Je nach Verunreinigung können verschiede-nen Färbungen auftreten, die von dunkelgrau gestreift über gelblich,grünlich und rosa reichen.

22 Kontaktmetamorphe Gesteine zeichnen sich durch das Größen-wachstum einzelner Minerale aus und es bilden sich oft schöneKristalle.

Welche Minerale sich bilden, hängt von der Kontaktwirkung desmagmatischen Körpers und der Zusammensetzung des Umge-bungsgesteins ab.

Das Bild zeigt einen Chiastolithschiefer aus Gefrees (Fichtelgebirge)mit regellos gewachsenen Andalusitkristallen in einem regionalme-tamorphen Glimmerschiefer. (k auch Mineral Nr. 7)

kung und Einwirkung der aus Plattenbewe-gungen resultierenden Spannungen ent-stehen mineralogische und strukturelle Ver-änderungen in den Gesteinen. Mineralewerden eingeregelt oder wachsen orien-tiert immer senkrecht zur Richtung dergrößten Spannung – so entstehen z. B. eineSchieferung oder ein Gneisgefüge. Mit stei-gender Temperatur bilden sich charakte-ristische Metamorphite, z. B. Tonstein g Tonschiefer bei niedriger Temperatur(etwa 150 – 250°C) zum g Phyllit (250 –350°C) oder g Glimmerschiefer (300 –600°C); bei noch höherer Temperatur bil-den sich Gneise. Oberhalb von 700°C kannes zur Ausbildung verschiedener Gesteins-typen kommen, je nachdem ob das Gesteinwasserhaltige Minerale enthält (z. B. Glim-merminerale, k Tabelle B2) oder „trocken“ist. Im ersten Fall kommt es zur Teilauf-

schmelzung von Quarz und Feldspat undes bildet sich ein Migmatit, im zweiten Fallbildet sich ein Granulit.

• Kontaktmetamorphose: Durch eine Wär-mequelle beim Aufstieg von Schmelzen,z. B. bei Bildungen von Granit-Plutonenoder basaltischen Gängen, wird das Um-gebungsgestein aufgeheizt und es bildetsich eine Kontaktaureole bzw. ein Kon-taktsaum. Auf Grund der relativ geringenWärmeleitfähigkeit der Gesteine entstehtein Temperaturgefälle mit dem Ergebniseiner zonaren Anordnung von kontaktme-tamorphen Gesteinen. Direkt am Kontaktkönnen sehr feinkörnige massige Horn-felse entstehen (keine Foliation), in derKontaktzone kann es zum Wachstum ein-zelner Minerale (z. B. Andalusit, Granat)kommen, die Größen von mehreren Zen-timetern erreichen können.

in planparallele Platten spalten, die unter demDruck der Druckpresse nicht zerbrechen. DieSteinplatten werden vor Gebrauch geschlif-fen, dann wird das Druckbild auf die Oberflä-che eingeritzt und mit einer fetthaltigen Sub-stanz markiert. Die Oberfläche wird sobehandelt, dass nur die fetthaltigen Liniendie Druckerfarbe annehmen. Von einer Vor-lage können bis zu 10.000 Abzüge gemachtwerden.

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B

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Lithographie – der Steindruck

Exkurs

Die Lithographie, das erste chemische Flach-druckverfahren, wurde 1798 von Alois Sene-felder in Bayern erfunden. Diese Drucktech-nik war für fast 100 Jahre das am häufigstenangewendete Verfahren zur Vervielfältigungvon Landkarten und farbigen Drucksachenund war damit für die darstellende Kunst vongroßer Bedeutung.

Senefelder benutzte den Solnhofer Platten-kalk (u Modul I „Außerschulische Lernorte“,Exkursion Nr. 4) als Druckträger. Dieser sehrfeinkörnige und harte Jura-Kalkstein lässt sich

B5 | Kartenausschnitt der Stadt München aus demJahre 1849, die im Steindruckverfahren ver-vielfältigt wurde.

B3 | Druckplatte aus Solnhofer Plattenkalk.

In Bayern wurde 1808 die „LithographischeAnstalt“ eingerichtet, in der unter der Leitungvon Senefelder ein Landkartenwerk für dasKönigreich Bayern erstellt wurde. Auf Kalk-steinplatten in der Größe von 70 x 70 cm wur-den dazu detailgenaue topographische Dar-stellungen als Druckvorlage spiegelverkehrtauf die Kalksteinplatten aufgetragen. DiesePlatten, insgesamt 26.634, befinden sichheute im Lithographiestein-Archiv des Lan-desamtes für Vermessung und Geoinforma-tion in München.

B4 | Druckpresse zur Herstellung von Lithographien.

Weiterführende Literatur, Links und Karten (Auswahl):

Duda, F. & Reijl, L. 2003. Der Kosmos-Mineralienführer. Mineralien, Gesteine, Edelsteine,319 S., Kosmos Verlag, ISBN 978-3-44009-451-8.

Grundmann, G. & Scholz, H. 2005. Kieselsteine im Alpenvorland – suchen und selbst bestimmen: „Rolling Stones“ aus dem Einzugsbereich Iller – Lech – Isar – Inn, 72 S.,Weise Verlag, ISBN 978-3-92165-665-5.

Markel, G. 2004. Minerale und Gesteine, Eigenschaften-Bildung-Untersuchung, 355 S.,Spektrum Akademischer Verlag, ISBN 978-3-8274-2024-4.

Rothe, P. 2005. Gesteine, Entstehung – Zerstörung – Umbildung, 192 S., Primus Verlag,ISBN 978-3-89678-536-7.

Schumann, W. 2008. Minerale – Gesteine. Merkmale, Vorkommen und Verwendung. 127S., blv Verlag, ISBN 978-3-83540-372-7.

Sebastian, U. 2008. Gesteinskunde: Ein Leitfaden für Einsteiger und Anwender, 166 S.,Spektrum Akademischer Verlag, ISBN 978-3-82742-024-4.

Vinx, R. 2007. Gesteinsbestimmung im Gelände. 472 S., Spektrum Akademischer Verlag, ISBN 978-3-82741-925-5.

EuRegio-Broschüre „Salzachkiesel“, Bayerische Akademie für Naturschutz und Landes-pflege, Beschreibung zur Entstehung und Bestimmung der Kieselsteine an der Salzach,zu beziehen über u www.euregio-salzburg.eu

Fotos von Mineralen und Gesteinen:u www.gesteine-projekt.deu www.min.uni-bremen.de/kabinettu www.geologie.uni-frankfurt.de/gesteine/gesteine.html

Herausgeber

Bayerisches Staatsministerium fürUmwelt und Gesundheit (StMUG)

Staatsinstitut für Schulqualität und Bildungsforschung (ISB)

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Lernort Geologie - stmuv.bayern.de · erst das Wissen über die Zusammensetzung und Struktur der Minerale lieferte die Voraussetzung für die Entwick- lung von Methoden zu ihrer künstlichen