Mineralien und Gesteine

Das Thema ist komplexer als im Unterricht behandelt - hier wird gerade mal „an der Oberfläche gekratzt“.1)

GranitIn der Erdkruste finden sich sowohl Gesteine als auch Mineralien. Die Mineralien sind Reinstoffe, die häufig kristallin vorliegen. Da sie Reinstoffe sind, sind Mineralien überwiegend homogen. Gesteine dagegen sind Gemische verschiedener Mineralien und sind daher nicht kristallin (sondern amorph).

Die in den Gesteinsarten enthaltenen Elemente finden Geochemiker durch chemische Analyse heraus. Geochemiker können manche Umwandlungsprozesse auch im Labor nachstellen und dadurch besser verstehen.

Mineralien

Äußere Form: häufig kristallin, leicht durchsichtig, kantig, mit ebenen Flächen und regelmäßiger Struktur.

Mineralien sind Reinstoffe, bestehen also aus einer Sorte kleinster Teilchen (Grundbausteine). Diese müssen, wegen der regelmäßigen äußeren Struktur, regelmäßig angeordnet sein.
Beispiel: Diamant ist nach dieser Definition ein Mineral, Bernstein nicht.

Im Gegensatz zum chemischen Verständnis eines homogenen Feststoffes dürfen bei Mineralien auch kleinere Verunreinigungen vorhanden sein.

Mineralien wachsen natürlich, über einen Zeitraum von Millionen von Jahren. Im Labor erzeugte Mineral-Kristalle gelten nicht als Mineralien und müssen daher mit dem Zusatz „synthetisch“ gekennzeichnet werden.

Mineralien wachsen z.B. in Höhlungen. Dafür muss in der Regel Wasser vorhanden (gewesen) sein, in dem die Mineralstoffe gelöst waren.

Entstehung von Mineralien und Gesteinen

Kristallisation aus Lösungen (Evaporite)

Kalk (Calcit) scheidet sich bei langsamer Verdunstung als Tropfstein ab: Stalagmiten (wedge), Stalaktiten (vert), Stalagnaten (zusammengewachsen)

Steinsalz (Halit) kristallisiert bei Verdunstung aus.

Magmatisch (Vulkane)

Magnetit, ein Eisenerz, kristallisiert im Magma.

Quarz kristallisiert beim Abkühlen des Magmas, findet sich nach Erosion viel in Sedimenten (Quarzsand).

Sedimentation (Ablagerung)

Diamant wird unter hohem Druck gebildet und nach Erosion durch Sedimentation in bestimmten Gebieten abgelagert.

Bleiglanz wird sedimentär gebildet.

Metamorphose (Umwandlung)

Durch höheren Druck und höhere Temperatur wandelt sich das Gesteins- oder Mineralmaterial um. So entsteht z.B. aus Kohle Graphit.

Pyrit (Katzengold) kann in allen Bereichen der Gesteinsbildung entstehen (sogenanntes Durchläufermineral).

Beispiel: Silicate

Silicate bilden ca. 90% der Erdkruste. Alle Silicate haben als Grundbaustein einen sogenannten Silicat-Tetraeder, bei dem das Silicium-Atom in der Mitte des Tetraeders sitzt und vier Sauerstoffatome an den Ecken des Tetraeders.

Diese Tetreader können zu Sechsringen (Inselsilicate), langen Ketten oder Bändern aus Tetraeder-Sechsecken (Bandsilicate) oder dreidimensional verknüpft sein (Gerüstsilicate).

Schließlich können in die Silicatstruktur unterschiedliche Metallatome eingelagert sein. Damit ergeben sich aus einem relativ einfachen Grundbaustein, dem Silicat-Tetraeder, eine Vielzahl von Mineralien.

Gemenge (Feststoffgemische) aus kleinen Stücken dieser Mineralien, die im Erdinnern unter hohem Druck zusammengepresst wurden, ergeben dann Gesteine.

Kreislauf der Gesteine

Gesteine sind Gemische aus verschiedenen Mineralien. Beispiel: Granit ist ein Feststoffgemisch (Gemenge) aus Feldspat, Quarz und Glimmer.

Auch wenn Gesteine zur unbelebten Natur gehören, sind sie nicht ewig beständig und unveränderlich, sondern können durch äußere Einflüsse zerstört werden (Verwitterung bzw. Erosion).

Wasser oder Pflanzenwurzeln können in Ritzen eindringen - wenn das Wasser gefriert, sprengt es den Fels durch die Volumenvergrößerung.

Das gelockerte Gesteinsmaterial kann durch Erdrutsche, Gletscher oder Wasserläufe vom Berg ins Tal transportiert werden, Wind nimmt Sand und Staub mit.

Werden Steine durch Wasserläufe transportiert, werden sie im Laufe der Zeit durch Reibung aneinander und durch das Wasser rundgeschliffen.

Sand, Staub und Kiesel lagern sich irgendwann wieder ab und bilden dann ein lockeres Sediment. Je mehr Material abgelagert wird, desto größer wird der Druck, es entsteht ein festes Sedimentgestein (z.B. Kalk).

Gelangt das Sediment in größere Tiefen, so wird es unter höherem Druck und höherer Temperatur verändert (Metamorphose), es entstehen die sogenannten Metamorphite (z.B. wird so aus Kalk Marmor).

Bei noch höherer Temperatur kann das Gestein geschmolzen werden (Magma), beim Abkühlen entstehen dann die Magmatite, als Tiefengestein oder als Ergussgestein (erstarrte Lava) - auch die können durch höheren Druck zu Metamorphiten umgeformt werden.

Werden die Gesteine, Magmatite, Metamorphite oder Sedimentgestein, bei z.B. Vulkanausbrüchen oder Erdbeben an die Oberfläche befördert (Hebung), so kann die Verwitterung von neuem beginnen.

Auch die Bildung der Gesteine folgt demnach einem Kreislauf.

Kreislauf der Gesteine Quiz Gesteinsarten Mineralien und Gesteine, mit Bildern

Verwitterung genauer betrachtet

Ein wesentlicher Bestandteil des Gesteinskreislaufs ist die Verwitterung (Erosion).

Erosionsarten

Boden: ein Verwitterungsprodukt

Je nach zugrundeliegendem Gestein ist der Boden unterschiedlich zusammengesetzt. Humus entsteht überall dort, wo Pflanzen wuchsen und die abgestorbenen Pflanzenteile vermodern.

Bodenart Gesteinsart Besandteile
SandbodenSilicate (Quarz)Sand
LehmbodenSilicateTon, Sand, Schluff
TonbodenSilicateüberwiegend Ton
LößbodenSilicate, KalkKalk, Ton, Schluff, hoher Humusanteil
MergelbodenKalkKalk, Sand, Ton
KalkbodenKalkmind. 40% Kalk

Ton, Schluff und Sand sind Silicate, die unterschiedlich fein gekörnt sind (Ton am feinsten, Sand am gröbsten). Diese Partikel sind durch Erosion entstanden und wurden als Sediment abgelagert.

Handvoll Erde (Sendung mit der Maus)

Beispiel: Entstehung von Steinsalzlagerstätten

Steinsalzlagerstätten entstanden, als vor ca. 200 Millionen Jahren flache Meeresteile vom Rest des Meeres allmählich abgeschnitten wurden und das Wasser allmählich verdunstete.

Dabei bildeten die schwerlöslichen Salze, z.B. Kalk, den ersten Bodensatz, dann folgte Gips und schließlich Salz.

Als das Becken ganz austrocknete, wurde es noch durch Wind transportierten Staub und Sand abgedeckt. Im Laufe der Zeit wurde immer mehr Material auf dem Steinsalzlager abgelagert, es bildeten sich dann weitere Gesteinsschichten, die sogenannten Deckgebirge.

Chemische Erosion

Erosion bedeutet Verwitterung. Werden Felsen durch gefrierendes Wasser gesprengt, so handelt es sich um einen physikalischen Vorgang. Werden jedoch Bestandteile der Gesteine bzw. die Minerale gelöst oder reagieren mit dem Regenwasser, so handelt es sich um chemische Erosion

Beispiel: Tropfsteine

Tropfsteine entstehen in Höhlen in Kalkgestein.

Das Regenwasser reichert sich im Boden mit CO2 an und wird dadurch leicht sauer. Trifft dieses Wasser nun auf Kalkgestein, kann es das schwerlösliche Calciumcarbonat in leichtlösliches Calciumhydrogencarbonat umwandeln und abtransportierten.

Tropft dieses Wasser nun in eine Höhle, so bilden sich bei sehr langsamer Tropfgeschwindigkeit Stalagtiten, da das Wasser in der Höhle verdunstet, dabei wieder CO2 freisetzt und Calciumcarbonat (Kalk) zurücklässt.
Tropft es etwas schneller, so bilden sich Stalagmiten.

CaCO3 (s) + H2O (l) + CO2 (aq) → Ca(HCO3)2 (aq) → CaCO3 (s) + H2O (g) + CO2 (g)

Beispiel: Mineralwasser

Wie bei der Tropfsteinentstehung löst das schwach saure Wasser Mineralstoffe aus dem Gestein. Das Mineralstoffreiche Wasser sammelt sich auf wasserundurchlässigeren Schichten und kann von dort abgepumpt werden. Durch Vulkanische Aktivität kann das Wasser noch mit Kohlensäure angereichert werden - diese wird in der Regel auch durch den Abfüller zugesetzt.

Damit sich ein Wasser Mineralwasser nennen darf, müssen die Mineralstoffe auf natürlichem Weg in das Wasser gelangt sein.
Werden die Mineralstoffe nachträglich Trinkwasser zugefügt und dieses mit Kohlensäure in Flaschen gefüllt, so kann es Tafelwasser genannt werden.

Inhaltstoffe (lt. Etikett)

Beispiel Emslandquelle: Hydrogencarbonat, Kalium, Natrium, Chlorid, Calcium, Magnesium, Sulfat.

Beispiel Forstetal: Natrium, Calcium, Magnesium, Chlorid, Sulfat, Hydrogencarbonat.

Die Mineralstoffe sind in den Mineralwässern als Ionen enthalten, also als geladene Teilchen, die positiv oder negativ geladen sein können. Ionen eines Elements tragen in der Regel identische Ladungen.

1) Und da ich kein Geologe bin, stellt der Text mein Verständnis der Sache dar.
ch/themen/mineralgestein.txt · Zuletzt geändert: 2014/08/10 17:28 von ahrens
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