Erdkruste, Mineralien & Gesteine: Grundlagen und Nutzung

Die Erdkruste: Oberflächenschicht der Geosphäre

Die Erdkruste ist die feste Gesteinsschicht an der Oberfläche der Geosphäre. Ihre chemische Zusammensetzung wird zu 98,5 % von acht Elementen dominiert:

• Sauerstoff (O)
• Silizium (Si)
• Aluminium (Al)
• Eisen (Fe)
• Kalzium (Ca)
• Natrium (Na)
• Kalium (K)
• Magnesium (Mg)

Weitere wichtige Elemente sind unter anderem Gold (Au), Kohlenstoff (C), Schwefel (S) und Blei (Pb). Diese Elemente bilden Mineralien, die wiederum Gesteine formen.

Was sind Mineralien?

Mineralien sind natürlich vorkommende Feststoffe mit spezifischen Eigenschaften:

• Natürlicher Ursprung: Sie entstehen in der Natur.
• Anorganisch: Sie bestehen nicht aus Kohlenstoff-Wasserstoff-Verbindungen (wie organische Substanzen).
• Fest: Ihre Atome sind in festen Positionen angeordnet.
• Kristallin: Ihre Atome sind in einer regelmäßigen, geometrischen Struktur (Kristallgitter) angeordnet.

Materialien, die diese Anforderungen nicht erfüllen (z.B. keine Kristallstruktur aufweisen), werden als amorph oder Mineraloide bezeichnet (z.B. Opal, Bernstein).

Eigenschaften von Mineralien

Mineralien lassen sich anhand verschiedener physikalischer und chemischer Eigenschaften identifizieren:

• Chemische Eigenschaften: Geschmack, Geruch, Reaktion auf Chemikalien (z.B. Säuren).
• Physikalische Eigenschaften:
  • Farbe: Die sichtbare Farbe des Minerals.
  • Strichfarbe: Die Farbe des Mineralpulvers (wichtiger als die Eigenfarbe).
  • Härte: Widerstand gegen Ritzen (bestimmt nach der Mohs-Skala).
  • Glanz: Art und Weise, wie Licht von der Mineraloberfläche reflektiert wird (z.B. metallisch, glasartig).
  • Spaltbarkeit: Tendenz, entlang bestimmter Ebenen zu brechen (z.B. lamellar, kubisch).
  • Bruch: Art und Weise, wie ein Mineral bricht, wenn es keine Spaltbarkeit zeigt (z.B. muschelig, uneben).
  • Magnetismus: Anziehung durch einen Magneten.
  • Transparenz: Lichtdurchlässigkeit (durchsichtig, durchscheinend, opak).
  • Lichtbrechung/Doppelbrechung: Änderung der Lichtrichtung beim Durchgang durch das Mineral.

Lagerstätten und Erze

Lagerstätten sind natürliche Anreicherungen von Bodenschätzen, deren Abbau wirtschaftlich rentabel ist. Der abbauwürdige Teil eines Minerals oder Gesteins wird als Erz bezeichnet, der nicht nutzbare Anteil als Gangart oder Nebengestein.

Arten von Erzen: Metallerze

Metallerze dienen der Gewinnung von Metallen. Beispiele:

• Bauxit (zur Aluminiumgewinnung)
• Hämatit (Oligist) und Magnetit (zur Eisengewinnung)
• Bleiglanz (zur Bleigewinnung)
• Zinnober (zur Quecksilbergewinnung)
• Kassiterit (zur Zinngewinnung)
• Sphalerit (Zinkblende) (zur Zinkgewinnung)

Nichtmetallerze

Nichtmetallerze dienen nicht primär der Metallgewinnung. Beispiele:

• Steinsalz (zur Gewinnung von Natrium und Chlor)
• Pyrit (zur Schwefelgewinnung)
• Quarz (für die Glasherstellung, Elektronik)
• Talk (für Talkumpuder, Füllstoff)
• Gips (für Gipspulver, Baumaterial)
• Fluorit (Flussspat) (zur Fluorgewinnung, als Flussmittel)

Gesteine: Aufbau und Arten

Gesteine sind natürlich vorkommende, feste Aggregate, die aus einem oder mehreren Mineralen bestehen.

Sedimentgesteine (Sedimentite)

Sedimentgesteine entstehen durch die Ablagerung und Verfestigung (Diagenese) von Sedimenten (z.B. Sand, Ton, Kalkschlamm), oft in Schichten. Sie können Fossilien enthalten. Beispiele:

• Konglomerate (verfestigter Kies)
• Sandstein (verfestigter Sand)
• Tonstein (verfestigter Ton)
• Kalkstein (aus Kalziumkarbonat)
• Steinsalz (Evaporit)
• Kohle (aus pflanzlichen Resten)

Magmatische Gesteine (Magmatite)

Magmatische Gesteine entstehen durch die Abkühlung und Erstarrung von Magma (geschmolzenes Gestein im Erdinneren) oder Lava (Magma an der Erdoberfläche).

Plutonite (Tiefengesteine)

Magma kühlt langsam in der Erdkruste ab, wodurch sich größere, gut ausgebildete Kristalle bilden. Beispiel: Granit.

Vulkanite (Ergussgesteine)

Lava kühlt schnell an der Erdoberfläche ab, wodurch sich nur sehr kleine oder gar keine Kristalle bilden (glasige Struktur). Beispiel: Basalt.

Metamorphe Gesteine (Metamorphite)

Metamorphe Gesteine entstehen durch die Umwandlung (Metamorphose) bereits vorhandener Gesteine (Sediment-, Magmatit- oder andere Metamorphite) unter Einwirkung von hohen Temperaturen, Druck oder beidem, ohne dass es zu einer vollständigen Aufschmelzung kommt. Beispiele:

• Marmor (aus Kalkstein)
• Gneis (aus Granit oder Sedimentgesteinen)
• Schiefer (aus Tonstein)
• Quarzit (aus Sandstein)

Nutzung und Umweltauswirkungen von Rohstoffen

Anwendungen von Gesteinen, Kohle und Erdöl

• Energierohstoffe: Kohle und Erdöl sind primäre Energieträger.
• Zuschlagstoffe (Aggregate): Gesteinskörnungen für Beton und Asphalt im Straßen- und Hochbau.
• Bindemittel: Zement (aus Kalkstein und Ton) zum Verbinden von Gesteinskörnungen.
• Baumaterialien: Natursteine für Mauern, Fassaden, Dächer und Innenausbau.

Umweltauswirkungen des Rohstoffabbaus

Der Abbau von Rohstoffen kann erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt haben:

• Untertagebau (Minen):
  • Visuelle Beeinträchtigung der Landschaft
  • Bodensenkungen
  • Verschmutzung von Grund- und Oberflächenwasser
• Bohrungen (z.B. für Erdöl, Erdgas):
  • Beeinträchtigung des Landschaftsbildes
  • Mögliche Bodensenkungen
  • Risiko von Leckagen und Verschmutzungen
• Tagebaue:
  • Großflächige Zerstörung der Landschaft und von Ökosystemen
  • Lärmbelästigung
  • Staubentwicklung
  • Bodenerosion
  • Veränderung des Wasserhaushalts