Mineralien und Gesteine: Definitionen, Eigenschaften und Klassifikation

Mineralien und Gesteine: Eine Einführung

Mineral: Ein anorganischer, fester Stoff mit einer natürlichen, internen kristallinen Struktur, einer definierten chemischen Zusammensetzung und homogenen Eigenschaften.

• Fest: Ein Zustand der Materie, in dem diese inkompressibel ist und nicht die Form des Behälters annimmt, der sie enthält. Gase und Flüssigkeiten sind fließend, da sie die Form des Behälters annehmen, aber Gase sind komprimierbar, während Flüssigkeiten inkompressibel sind.
• Anorganisch: Nicht durch Ketten aus Kohlenstoff-Atomen gebildet.
• Natürlich: Nicht von Menschen gemacht.
• Kristalline interne Struktur: Dreidimensionale Anordnung von Teilchen (Atome, Moleküle oder Ionen).
• Feste Zusammensetzung: Die Zusammensetzung kann mit einer einfachen Formel ausgedrückt werden.
• Homogen: Alle Teile des gleichen Minerals zeigen die gleichen Eigenschaften.
• Amorphe interne Struktur: Teilchen (Atome, Ionen oder Moleküle) sind nicht dreidimensional geordnet.

Kristalle und ihre Eigenschaften

Kristall: Ein Mineralkorn, das durch ebene Flächen begrenzt ist. Für die Kristallisation eines Minerals sind Zeit, Raum und Ruhe erforderlich.

Eigenschaften:

• Isomorphismus: Tritt auf, wenn zwei oder mehr Mineralien die gleiche interne Struktur, aber unterschiedliche chemische Zusammensetzung haben. Diese Mineralien werden als isomorph bezeichnet. Beispiele: Bleiglanz (Bleisulfid) und Steinsalz (Halit oder Natriumchlorid).
• Polymorphismus: Tritt auf, wenn zwei oder mehr Mineralien unterschiedliche interne Strukturen, aber die gleiche chemische Zusammensetzung haben. Diese Mineralien werden als polymorph bezeichnet. Beispiele: Diamant und Graphit bestehen beide aus Kohlenstoff, aber Diamant kristallisiert kubisch und Graphit hexagonal.
• Härte: Widerstand, den ein Mineral dem Zerkratzen entgegensetzt. Die Härte von Mineralien wird durch die Mohs-Skala mit zehn Graden gemessen. Das härteste Mineral ist Diamant, eines der weichsten ist Graphit.
• Glanz: Intensität, mit der ein Mineral das Licht reflektiert. Es gibt metallisch glänzende Minerale wie Pyrit, perlmuttartige wie Glimmer, diamantartige, glasartige wie Quarz oder matte wie Limonit.
• Farbe: Verhältnis der Absorption und Reflexion verschiedener Wellenlängen des Lichts durch das Mineral.
• Bruch: Tritt auf, wenn ein Mineral gebrochen wird und die resultierenden Stücke keine ebenen Oberflächen haben, wie bei Quarz. Ein charakteristischer Bruch ist der muschelige Bruch.
• Spaltbarkeit: Tritt auf, wenn ein Mineral gebrochen wird und die resultierenden Stücke ebene Oberflächen haben, wie z.B. die blättrige Spaltbarkeit von Glimmer oder die kubische von Bleiglanz.
• Habitus: Präsentation der üblichen Form eines Minerals in Kristallen. Beispiele: hexagonale prismatische Kristalle, blättriger Habitus von Biotit-Glimmer, nadelige oder sphärische Aggregate von Vanadinit.

Charakteristische Eigenschaften

• Geschmack: Salziger Geschmack wie bei Halit (Steinsalz) oder Bitterkeit von Carnallit.
• Geruch: Stechender Geruch von Schwefel.
• Doppelbrechung (Birrefringenz): Aufspaltung in zwei Lichtstrahlen, die ein Doppelbild erzeugt, z.B. bei Calcit.
• Magnetismus: In eisenhaltigen Mineralien, Kobalt oder Nickel, die von Magneten angezogen werden, z.B. Magnetit.
• Dichte: Verhältnis zwischen Masse und Volumen des Minerals. Metallische Mineralien wie Bleiglanz sind dichter.
• Strichfarbe: Die Farbe des Strichs, der entsteht, wenn man das Mineral kratzt. Quarz hat mehrere Varietäten (farbloser Kristall, Amethyst, Citrin, Rauchquarz), aber alle haben eine weiße Strichfarbe.

Gesteine: Zusammensetzung und Typen

Gestein: Ein kohärentes, multigranulares Aggregat aus einem oder mehreren Mineralien und/oder Mineraloiden.

Typen von Gesteinen

• Sedimentgesteine: Entstehen durch die Diagenese von Sedimenten.
• Magmatische Gesteine: Entstehen durch die Verfestigung von Magma.
• Metamorphe Gesteine: Entstehen aus der Umwandlung von bereits existierenden Gesteinen.

Prozesse der Gesteinsbildung

• Diagenese: Der Prozess der Bildung von Sedimentgesteinen durch Verdichtung, Entwässerung und Zementierung von Sedimenten.
• Metamorphose: Änderungen in der Struktur von Gesteinen unter hohem Druck und/oder Temperatur, ohne dass es zum Schmelzen kommt.

Klassifikation der Sedimentgesteine

• Detritische Sedimentgesteine: Bestehen aus Klasten (Gesteinsbruchstücke). Sie werden nach der Größe der Klasten eingeteilt:
  • Konglomerate: Klasten größer als 2 cm. Abgerundete Klasten werden als Konglomerate bezeichnet, kantige als Brekzien.
  • Sandsteine: Klasten von 2 cm - 1/16 mm.
  • Tone: Klasten kleiner als 1/16 mm.
• Evaporitische Sedimentgesteine: Bilden sich durch die Ausfällung von Salzen, wenn das Wasser, in dem sie gelöst sind, verdunstet. Beispiele: Gips und Halit (Steinsalz).
• Karbonatische Sedimentgesteine: Gebildet durch Karbonate, z.B. Kalkstein und Dolomit.
• Organogene Sedimentgesteine: Kohle und Erdöl.
  • Kohle: Entsteht durch Zersetzung und Diagenese von Pflanzenresten, die schrittweise mit Kohlenstoff angereichert werden (Torf, Braunkohle, Steinkohle und Anthrazit).
  • Erdöl: Entsteht aus der Zersetzung und Diagenese von Plankton. Es besteht aus Kohlenwasserstoffen (Methan, Butan, Propan), Flüssigkeiten (Benzin, Diesel, Kerosin) und Feststoffen (Teer, Asphalt).

Klassifikation der magmatischen Gesteine

• Vulkanische (extrusive) magmatische Gesteine: Entstehen durch die Verfestigung von Magma an der Erdoberfläche. Beispiele: Basalt, Andesit, Obsidian, Bimsstein.
• Plutonische (intrusive) magmatische Gesteine: Entstehen durch die Verfestigung von Magma in der Tiefe. Beispiele: Granit, Syenit, Gabbro.
• Ganggesteine: Entstehen durch die Verfestigung von Magma in Rissen. Beispiele: Pegmatit, Aplit, Porphyr, Lamprophyr.