Grundlagen der Mineralogie: Kristalle und Gesteinsbildung

Elemente und Materiezustände

Die häufigsten Elemente in der Erdkruste sind O, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na und K. Diese bilden mineralische Stoffe.

Amorphe Materie

Bei amorphen Materialien (wie vulkanischem Glas, Obsidian, Opal oder Limonit) sind die Elemente zufällig angeordnet und weisen keine regelmäßige Ordnung auf.

Kristalline Materie

Kristalline Materie besitzt eine geordnete innere Struktur, in der die Atome durch chemische Bindungen im thermischen Gleichgewicht stehen.

Definition eines Kristalls

Ein Kristall ist ein fester, natürlicher oder synthetischer Stoff mit einer geordneten inneren Struktur und festgelegter chemischer Zusammensetzung. Ein polyedrischer Kristall bildet sich, wenn Raum, Zeit und chemische Zusammensetzung bei der Entstehung geeignet sind.

Minerale

Minerale bestehen aus kristallinem Material. Alle Minerale sind Kristalle, aber nicht alle Kristalle sind Minerale.

Bildung von Kristallen

• Erstarren: Übergang von flüssig zu fest bei Abkühlung einer Schmelze. Eine langsame Abkühlung ist für die Kristallbildung essenziell.
• Kristallisation: Ausfällung aus einer Lösung durch chemische oder biochemische Prozesse.
• Sublimation: Direkte Bildung aus einem Gas bei Abkühlung (z. B. Schwefelkristalle an Vulkanen).
• Rekristallisation: Vergrößerung eines Kristalls durch Anlagerung weiterer chemischer Komponenten.

Kristallogenese und Keimbildung

Die Kristallogenese beschreibt die Bildung von Kristallen. Die Keimbildung ist der erste Schritt, bei dem ein Kern mit den Eigenschaften des Kristalls entsteht, von dem aus das Wachstum beginnt.

Eigenschaften kristalliner Materie

Atome sind in regelmäßigen Abständen angeordnet. Die Punkte, an denen sich Atome oder Atomgruppen wiederholen, nennt man Knoten. Die Abstände zwischen diesen Knoten werden als Translationsvektoren bezeichnet.

Einkristalle

Ein Einkristall besteht aus einem einzigen Kern ohne Unterbrechungen und behält die gleiche Wachstumsrichtung bei.

Physikalische Eigenschaften

• Homogenität: Ein kristallines Medium ist periodisch; alle Knoten besitzen identische physikalische und chemische Eigenschaften.
• Anisotropie: Viele physikalische Eigenschaften hängen von der Richtung ab.
• Isotropie: Eine Eigenschaft ist in alle Richtungen konstant.
• Symmetrie: Kristalle weisen Symmetrieelemente auf, wie Symmetrieebenen, Symmetrieachsen und Symmetriezentren.

Minerale und Gesteine

Ein Mineral ist ein fester, anorganischer Stoff natürlichen Ursprungs mit einer definierten chemischen Zusammensetzung und kristallinen Struktur.

• Polymorphie: Minerale mit gleicher chemischer Zusammensetzung, aber unterschiedlicher Kristallstruktur (z. B. Diamant und Graphit).
• Isomorphie: Minerale mit gleicher Kristallstruktur, aber unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung.

Petrogenetische Umgebungen

Petrogenetische Umgebungen sind Bereiche, in denen geologische Prozesse zur Bildung von Mineralien und Gesteinen führen:

• Magmatisch: Entstehung durch hohe Drücke und Temperaturen, die Gesteine schmelzen (Magmatismus). Die wichtigsten Minerale sind Silikate.
• Metamorph: Umwandlung von Gesteinen im festen Zustand durch mittlere Drücke und Temperaturen (Metamorphose).
• Sedimentär: Entstehung durch Verwitterung, Erosion, Transport und Sedimentation bei niedrigen Temperaturen.

Gesteine

Gesteine sind heterogene Stoffgemische aus Mineralen, wobei jedes Mineral seine individuellen Eigenschaften beibehält.