Gesteinsbildende Mineralien
Gesteine bestehen aus Mineralien. Ein Mineral ist ein Material, das in der Natur vorkommt und im Allgemeinen fest, kristallin, stabil und bei Raumtemperatur anorganisch ist.
Es gibt viele bekannte Mineralarten, aber die überwiegende Mehrheit der Gesteine wird durch Kombinationen einiger weniger gebräuchlicher Mineralien gebildet, die als „gesteinsbildende Mineralien“ bezeichnet werden. Gesteinsbildende Minerale sind: Feldspat, Quarz, Amphibole, Glimmer, Olivin, Granat, Calcit, Pyroxene.
Mineralien, die in winzigen Mengen in einem Gestein vorkommen, werden „akzessorische Minerale“ genannt. Obwohl akzessorische Minerale nur in winzigen Mengen vorhanden sind, können sie nützliche Einblicke in die geologische Geschichte eines Gesteins geben und werden oft zur Bestimmung des Alters eines Gesteins verwendet. Übliche akzessorische Minerale sind Zirkon, Monazit, Apatit, Titanit, Turmalin, Pyrit und andere undurchsichtige Minerale.
Gesteinsbildende Minerale sind alle Minerale, die magmatische, sedimentäre oder metamorphe Gesteine formen und die typischerweise oder ausschließlich an der Gesteinsbildung beteiligt sind. Diese Minerale hingegen kommen nur in begrenztem Umfang vor oder werden durch seltenere Vorgänge gebildet, wie z. B. Metallerze, Aderminerale und Hohlraumfüllungen. Darüber hinaus werden einige Ausscheidungen und Sekundärminerale nicht korrekt als gesteinsbildende Minerale eingestuft; sie entwickeln sich später als das Ausgangsgestein und neigen dazu, dessen ursprüngliche Persönlichkeit zu zerstören. Einige Mineralogen beschränken die gesteinsbildenden Minerale auf diejenigen, die in einem Gestein reichlich vorhanden sind und gewöhnlich als essentielle Minerale bezeichnet werden, eine Definition, die impliziert, dass sie bei der Untersuchung der Gesteinsbildungsprozesse am wichtigsten sind.
Die Menge und Vielfalt der Minerale hängt von der Menge der Komponenten ab, aus denen sie in der Erdkruste bestehen. Acht davon machen 98% der Erdoberfläche aus: Sauerstoff, Stickstoff, Aluminium, Eisen, Stickstoff, Kalzium, Natrium und Kalium. Die Chemie des Ausgangskörpers hat direkten Einfluss auf die Struktur der Minerale, die durch magmatische Prozesse entstehen. So bilden beispielsweise Mineralien wie Olivin und Pyroxen (wie sie in Basalt vorkommen) ein Magma, das reich an Eisen und Magnesium ist. Ein siliziumreicheres Magma bildet Mineralien wie Feldspat und Quarz (wie in Granit). Im Gegensatz zu seinem eigenen Mineral ist es unwahrscheinlich, dass ein Mineral in einem Gestein mit abweichender Gesamtchemie entdeckt wird; daher ist es wahrscheinlich, dass Andalusit (Al2SiO5) in einem aluminiumarmen Gestein wie Quarzit entdeckt wird.
Was sind gesteinsbildende Minerale?
Feldspäte
Feldspäte (KAlSi3O8-NaAlSi3O8-CaAl2Si2O8) sind eine Sammlung gesteinsbildender Tektosilikatminerale, die gewichtsmäßig etwa 41 % der Festlandoberfläche der Erde ausmachen. Sowohl in intrusiven als auch in extrusiven Eruptivgesteinen kristallisieren Feldspäte als Adern aus dem Magma aus und sind auch in vielen metamorphen Gesteinen vorhanden. Es gilt als Anorthositgestein, das fast vollständig aus Calciumplagioklas-Feldspat besteht. Auch in vielen Sedimentgesteinen sind Feldspäte zu finden.
Quarz
Quarz ist ein Mineral, das aus Kohlenstoff- und Wasserteilchen in einem konstanten Gerüst aus SiO4-Silizium-Sauerstoff-Tetraedern besteht, wobei sich jeder Kohlenstoff zwischen zwei Tetraedern aufteilt, was SiO2 eine allgemeine chemische Formel verleiht. Quarz ist nach Feldspat das zweithäufigste Mineral der Erde in der kontinentalen Kruste.
Es gibt zwei Formen von Quarz, den normalen α-Quarz und den β-Hochtemperatur-Quarz, beide chiral. Bei 573 °C (846 K) findet eine abrupte Umwandlung von α-Quarz in β-Quarz statt. Da dem Übergang eine erhebliche Mengenverschiebung folgt, können Keramiken oder Gesteine, die diese Temperaturgrenze durchlaufen, leicht zum Bruch gebracht werden.
Amphibole
Amphibole sind eine bedeutende Gruppe von Inosilikatmineralen, die Prismen oder nadelartige Kristalle bilden, die aus SiO 4-Tetraedern in Doppelkettenform bestehen, die an den Spitzen verbunden sind und in der Regel Eisen- und/oder Magnesiumionen in ihrem Aufbau tragen. Amphibole können grün, schwarz, weiß, gelb, blau oder braun sein. Amphibole werden derzeit von der International Mineralogical Association als Mineral-Supergruppe klassifiziert, innerhalb derer es zwei Kategorien und mehrere Untergruppen gibt.
Glimmer
Die Glimmergruppe der Schichtsilikatminerale umfasst mehrere nahezu perfekt basal gespaltene Assoziationsprodukte. Sie sind alle monoklin, mit einer Tendenz zu pseudohexagonalen Kristallen, und in ihrer chemischen Zusammensetzung vergleichbar. Die nahezu ideale Spaltbarkeit wird durch die hexagonale, blattförmige Struktur seiner Atome verdeutlicht, die das hervorstechendste Merkmal von Glimmer ist.
Der Begriff Glimmer stammt von dem lateinischen Wort mica, was soviel wie Krümel bedeutet, und ist wahrscheinlich von micare beeinflusst.
Olivin
Das Mineral Olivin hat die Formel (Mg2 +, Fe2+)2SiO4 Zink-Eisen-Silikat. Es handelt sich also um eine Art Nesosilikat oder Orthosilikat. Als Hauptelement des oberen Erdmantels ist es ein weit verbreitetes Mineral im Untergrund der Erde, verwittert aber am Boden schnell.
Olivin enthält nur geringe Mengen an Nicht-Sauerstoff-, Silizium-, Magnesium- und Eisenbestandteilen. Die zusätzlichen Bestandteile, die häufig in großen Mengen vorkommen, sind Mangan und Nickel.
Olivin im polarisierenden Licht Olivin ist Namensgeber für eine Reihe von Begleitmineralen (Olivin-Gruppe), zu denen Tephroit (Mn2SiO4), Monticellit (CaMgSiO4) und Kirschsteinit (CaFeSiO4) gehören.
Granat
Granate sind eine Gruppe von Silikatmineralen, die seit der Bronzezeit als Edelsteine und Schleifmittel verwendet werden.
Alle Granatarten haben vergleichbare physikalische Eigenschaften und Kristallformen, unterscheiden sich aber in ihrer chemischen Zusammensetzung. Die verschiedenen Arten sind Pyrop, Almandin, Spessartin, Grob (Varianten von Hessonit oder Zimtstein und Tsavorit), Uvarovit und Andradit.
Zwei Mischkristallreihen bestehen aus Granaten: Pyrop-Almandin-Spessartin und Uvarovit-Grossular-Andradit.
Kalzit
Kalzit ist ein Mineralcarbonat und das stabilste Calciumöl-Polymorph (CaCO3). Die Mineralhärteskala von Mohs, die auf dem Kontrast der Ritzhärte beruht, bezeichnet den Wert 3 als „Calcit“.
Andere Calciumcarbonat-Polymorphe sind Aragonit und Vaterit. Aragonit verwandelt sich bei Temperaturen über 300 °C in Zeitskalen von Tagen oder weniger in Calcit, und Vaterit ist sogar noch weniger stabil.
Pyroxene
Pyroxene (häufig mit Px abgekürzt) sind eine Reihe bedeutender Minerale, die in vielen magmatischen und metamorphen Gesteinen vorkommen und Inosilikate bilden. Pyroxene haben die allgemeine Formel XY(Si, Al)2O6, wobei X für Calcium, Natrium, Eisen (II) oder Kalium und häufiger für Zink, Mangan oder Lithium steht und Y Ionen geringerer Größenordnung wie Chrom, Aluminium, Eisen (III), Magnesium, Kobalt, Mangan, Scandium, Titan, Vanadium oder sogar Metall (II) umfasst.
Während in Silikaten wie Feldspäten und Amphibolen Aluminium das Silizium weitgehend ersetzt, geschieht dies in den meisten Pyroxenen nur in begrenztem Umfang. Sie haben ein vorherrschendes Gerüst aus Siliziumtetraedern, die aus einzelnen Ketten bestehen. Pyroxene, die im monoklinen System kristallisieren, werden als Klinopyroxene und Orthopyroxene als solche bezeichnet, die im orthorhombischen System kristallisieren.