Mineralogie Eine Einführung in die spezielle Mineralogie,978-3-540-78201-8/1.pdf · Darstellung...

Martin Okrusch

Siegfried Matthes

MineralogieEine Einführung in die spezielle Mineralogie,Petrologie und Lagerstättenkunde

8., vollständig überarbeitete, erweiterte und aktualisierte Auflage

Mit 438 Abbildungen, davon 133 in Farbe

MineralogieEine Einführung in die spezielle Mineralogie,Petrologie und Lagerstättenkunde

Martin OkruschSiegfried Matthes

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Umschlaggestaltung: Thomas Bauer, deblik, BerlinUmschlagfoto: Klaus-Peter Kelber, WürzburgHerstellung: Janett Sterrit-BrunnerSatz: Büro Stasch ([email protected])Druck und Bindung: Stürtz AG, Würzburg

Gedruckt auf säurefreiem Papier – 5 4 3 2 1 0

Autoren

Professor Dr. Martin Okrusch

Lehrstuhl für Geodynamikund GeomaterialforschungUniversität WürzburgAm Hubland97074 Würzburg

Professor Dr. Siegfried Matthes †

Bibliographische Information der Deutschen BibliothekDie Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie;detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über <http://dnb.ddb.de> abrufbar.

ISBN 978-3-540-78200-1 8. Auflage Springer Berlin Heidelberg New YorkISBN 978-3-540-78201-8 (e-Book)

Für Irene

Vorwort zur 8. Auflage

Erfreulicherweise hat die 7. Auflage des Mineralogie-Lehrbuches bei Studenten undHochschullehrern, aber auch bei interessierten Mineraliensammlern eine positiveAufnahme gefunden und war bereits nach zweieinhalb Jahren vergriffen. Auf Wunschdes Verlages wurde die notwendige Neuauflage nicht nur gründlich überarbeitet, son-dern wiederum inhaltlich erweitert und durch zahlreiche neue Abbildungen berei-chert. Dabei habe ich mich bemüht, konstruktive Kritik von Rezensenten und Anre-gungen von Kollegen weitgehend zu berücksichtigen. Äußerst hilfreich waren hierfürÜbersichtsartikel, die in den letzten Jahren in Sammelbänden und Zeitschriften zuaktuellen Themen erschienen sind.

Das einführende Kapitel enthält jetzt eine umfassende, wenn auch kurz gefassteDarstellung der Kristallographie auf elementarer Grundlage. Ich hoffe mit diesem Bei-trag, der von Ekkehart Tillmanns kritisch durchgelesen wurde, eine Lücke zu schlie-ßen, die mehrere Kollegen als Mangel empfunden hatten. Darüber hinaus wurde einneuer Abschnitt zu den fachübergreifenden Forschungsgebieten Biomineralisation undmedizinische Mineralogie eingefügt. Der Text zu diesem Gebiet, das sich zur Zeit inrasanter Entwicklung befindet, wurde durch Beiträge von Joachim Lorenz bereichert.Erfreulicherweise konnten die Texte zur speziellen Mineralogie durch neue Farbfotosvon Mineralstufen veranschaulicht werden. Die Zahl der Zeichnungen von Kristall-strukturen wurde deutlich erhöht; farbige Darstellungen tragen dazu bei, auch kom-plexere Strukturen zu verstehen. Die Abschnitte zur technischen Anwendung von mi-neralischen Rohstoffe wurden – soweit das bei der stürmischen Entwicklung derWerkstoffwissenschaften möglich ist – aktualisiert. Neuaufnahme fanden die, auchtechnisch interessanten Mineralgruppen der Nitrate und der Borate, während dieTexte zu den SiO2-Mineralen und den Feldspäten unter Mitwirkung von Hans UlrichBambauer und Herbert Kroll stark überarbeitet und erweitert wurden.

Auch im Teil II – Petrologie und Lagerstättenkunde – mussten an mehreren StellenVerbesserungen durchgeführt und in der Literatur gebräuchliche Begriffe neu aufge-nommen werden. Ausführlichere Darstellung erfuhren aktuelle Themen wie vulkani-scher Explosivitätsindex, Supereruptionen und Supervulkane sowie Erstarrungs-phänomene in Magmenreservoiren. Interessante Themen stellen die Kristallisations-fronten in Pegmatiten und die Zeitdauer der Pegmatit-Kristallisation dar. Neu aufge-nommen wurde eine genetische Klassifikation der Pegmatite. Die wissenschaftlicheDiskussion über Zusammensetzung, Herkunft und Zirkulation von hydrothermalenLösungen wird nach wie vor mit großer Heftigkeit geführt; hier waren Aktualisierungennotwendig. Ein weiteres Dauerproblem stellt die Abgrenzung zwischen Sediment-gesteins-gebundenen hydrothermalen und sedimentären Lagerstätten dar; imGegensatz zur 7. Auflage entschloss ich mich, die Karbonat-gebundenen Blei-Zink-und Fluorit-Lagerstätten vom Mississippi-Valley-Typ als hydrothermal einzustufen.Neu aufgenommen wurden die hydrothermalen Gold-Pyrit-Verdrängungslagerstättenvom Carlin-Typ; eine eingehendere Behandlung erfuhren die Buntmetall-Lagerstät-ten in Schwarzschiefern. Insgesamt habe ich mich bemüht, die weltwirtschaftlicheBedeutung von Erz- und Mineral-Lagerstätten noch stärker herauszuarbeiten und zuaktualisieren.

VIII Vorwort zur 8. Auflage

Ganz wesentliche Erweiterungen erfuhr der Teil III des Buches. Neben notwendigenErgänzungen in den Kapiteln „Aufbau des Erdinnern“, „Meteorite“ sowie „Aufbau undStoffbestand des Mondes“ wurde dem Geochemie-Kapitel ein Abschnitt über die Ent-stehung der chemischen Elemente angefügt. Außerdem kamen zwei ganz neue Kapitel„Unser Planetensystem“ und „Die Entstehung unseres Sonnensystems“ hinzu, in de-nen ich versucht habe, die faszinierenden Erkenntnisse, welche die Naturwissenschaf-ten zu diesen Themenkreisen gewonnen haben, in aller gebotenen Kürze vorzustellen.Der Astrophysiker Karl Mannheim hat diese Texte kritisch durchgelesen und an vie-len Stellen wertvolle Ergänzungen eingefügt. Zwar unterliegt es keinem Zweifel, dasswir diesen Erkenntnisgewinn in erster Linie astrophysikalischen Beobachtungen,Messdaten und Theorien verdanken. Trotzdem haben wir in den letzten Jahren so vielNeues über die geologisch-petrographische Beschaffenheit und den inneren Aufbauder erdähnlichen Planeten, der Asteroiden sowie der Riesen-Gas- und Eisplaneten undihrer Monde erfahren, dass eine Darstellung im Rahmen dieses Mineralogie-Lehrbu-ches gerechtfertigt, ja zwingend notwendig erscheint. Interplanetarische Staubteilchen,deren mineralogische Zusammensetzung wir heute schon gut kennen, dokumentie-ren die Frühgeschichte unseres Sonnensystems, während interstellare, circumstellareund präsolare Staubteilchen in eine noch fernere Vergangenheit zurückweisen.

Angesichts der thematischen Breite dieses Lehrbuches war es wiederum zwingendgeboten, kompetente Kollegen um kritische Durchsicht einzelner Kapitel oder Text-abschnitte zu bitten. Hierfür bin ich Hans Ulrich Bambauer (Münster/Ostbevern), HerbertKroll (Münster), Joachim Lorenz (Karlstein am Main), Karl Mannheim (Würzburg), KlausMezger (Münster) und Ekkehart Tillmanns (Wien) zu großem Dank verpflichtet. Sehrgenossen habe ich vielseitige, anregende Diskussionen mit meinem AmtsnachfolgerHartwig Frimmel (Würzburg). Darüber hinaus danke ich meinen Würzburger KollegenEckard Amelingmeier, Anna Cord, Dorthée Kleinschrot, Reiner Klemd, Nikola Koglin,Uli Schüssler, Volker von Seckendorff, Thomas Will und Armin Zeh sowie Klaus Bente(Leipzig), Adi Bischof (Münster), Walter Borchardt-Ott (Münster/Altenberge), Paolo Forti(Bologna), Klaus Keil (Honolulu), Armin Kirfel (Bonn), Reinhard Kögler (Wunsiedel),Joachim Lorenz (Karlstein am Main), Bruce Marsh (Baltimore), Pete Mouginis-Mark(Honolulu), Lutz Nasdala (Wien), Cees Passchier (Mainz), Hans-Peter Schertl (Bochum),Esther Schmädicke (Erlangen) und Wolfgang Siebel (Tübingen) für wertvolle Anregun-gen und hilfreiche Diskussionen, für Abbildungsvorlagen und sonstige Hilfen.

Ein besonderer Dank gilt wiederum Klaus-Peter Kelber (Würzburg) für die schö-nen Farbfotos sowie für die mühevolle Gestaltung der neuen Abbildungen, die ganzwesentlich zur Attraktivität dieser neuen Auflage beitragen. Franz Schwabenländer(Würzburg) danke ich für seine Hilfe bei vielfältigen Computer-Problemen. Den Ver-antwortlichen im Springer Verlag Dr. Chris Bendall, Janett Sterrit-Brunner und Dr.Wolfgang Witschel sei für die vertrauensvolle und konstruktive Zusammenarbeit herz-lich gedankt. Mein besonderer Dank gilt Armin Stasch (Bayreuth), der das Layout desBuches wieder mit großem Können und Einfühlungsvermögen gestaltet hat.

Schließlich möchte ich meiner Frau wiederum ein ganz herzliches Dankeschön sa-gen, die mir eine unverzichtbare Hilfe beim Korrekturlesen war. Sie hat der verstärk-ten Arbeitsbelastung im letzten Jahr stets liebevolles Verständnis entgegen gebracht.Ihr widme ich dieses Werk.

Ich hoffe, dass auch die 8. Auflage des „Matthes“ vielen Studierenden der Geowis-senschaften ein nützlicher Begleiter sein wird, der ihnen Freude an Mineralen undGesteinen vermittelt und ihnen hilft, gesteins- und lagerstättenbildende Prozesse imZusammenhang mit der globalen Tektonik unserer Erde und der erdähnlichen Plane-ten zu verstehen. Ich würde mich freuen, wenn es meinen Kollegen bei der Vorberei-tung ihrer Lehrveranstaltungen gute Dienste leistet. Schließlich wünsche ich mir, dassdas Buch neue Freunde unter den Mineraliensammlern findet, die an einem tieferenEindringen in mineralogische Sachverhalte und Probleme interessiert sind.

Martin Okrusch Würzburg, im Juni 2009


Bereits drei Jahre nach ihrem Erscheinen war die 6. Auflage des „Matthes“ vergriffenund der Verlag drängte auf die Vorbereitung einer Neuauflage. Das bot die Gelegenheit,den Inhalt des Lehrbuchs gründlich zu überarbeiten und an den modernen Wissens-stand anzupassen. Die bewährte Gliederung in die Hauptteile „Spezielle Mineralogie“,„Petrologie und Lagerstättenkunde“ sowie „Stoffbestand und Bau von Erde und Mond“blieb dabei erhalten. Allerdings schien es angezeigt, einige sehr umfangreiche Kapitelaufzuteilen, so dass das Buch jetzt aus 30 Kapiteln besteht. Die „Mineralogie“ wurdean vielen Stellen inhaltlich erweitert; zahlreiche neue Abbildungen kamen hinzu; demstehen Streichungen veralteter Passagen und Straffungen des Textes gegenüber.

Das einführende Kapitel enthält jetzt Erklärungen zu wichtigen kristallographi-schen Grundbegriffen wie Kristallklasse, Bravais-Gitter und Miller’sche Indizes, diefür das Verständnis der Mineralbeschreibungen in Teil I notwendig sind; auch die Ein-führung zur Petrographie wurde etwas ausführlicher gestaltet. Die spezielle Mineralo-gie wurde, soweit erforderlich, aktualisiert, wobei kristallstrukturelle Gesichtspunkteund die technische Verwendung von mineralischen Rohstoffen stärkere Beachtungfanden. Darüber hinaus mussten einige wichtige Minerale, z. B. der Perowskit, zusätz-lich aufgenommen werden. Wesentliche Erweiterungen erfuhren die Kapitel zum Vul-kanismus und Plutonismus, zur Petrologie der Magmatite sowie zur Lagerstättenkunde.Es war an der Zeit, vom Niggli-Schema der magmatischen Erzlagerstätten, das unsÄlteren vertraut und lieb geworden war, aber nicht mehr gültig ist, Abschied zu neh-men. Dadurch war es notwendig, die theoretischen Grundlagen der pegmatitischenund hydrothermalen Lagerstättenbildung neu darzustellen, obwohl gerade hier nochviele Fragen offen sind. Im Einklang mit der internationalen Lagerstättenforschungmusste die pneumatolytische Phase aufgegeben werden. Bei der Beschreibung einzel-ner Lagerstättentypen wurden Lagerstätten von weltwirtschaftlicher Bedeutung stär-ker herausgestellt. Im Kapitel über Sedimente und Sedimentgesteine erfuhren die Kar-bonatgesteine, die wichtigen sedimentären Erzlagerstätten und die marinen Evaporiteeine ausführlichere Darstellung. In den Kapiteln über Gesteinsmetamorphose wurdeWert darauf gelegt, die theoretischen Grundlagen der metamorphen Gefügeprägungund der metamorphen Mineralgleichgewichte etwas eingehender zu behandeln. Völ-lig neu gestaltet und erweitert wurden die Kapitel zum Aufbau des Erdinnern, zumAufbau und Stoffbestand des Mondes sowie über Meteorite. Ein neues Kapitel zur Ein-führung in die Geochemie einschließlich der Isotopen-Geochemie rundet die neueAuflage des „Matthes“ ab.

Auch bei der Neugestaltung des Werkes sollte dem ursprünglichen Ansatz vonSiegfried Matthes, ein Lehrbuch für das Grundstudium in Mineralogie zu schreiben,gefolgt werden, wobei allerdings der Text an einigen Stellen über diese Anforderun-gen hinausgeht. Für Geowissenschaftler anderer Vertiefungsrichtungen wie Sedimen-tologie, Ingenieurgeologie, Hydrogeologie, Paläontologie oder Geophysik sowie fürKristallographen und Materialwissenschaftler reicht der behandelte Stoff auch für dasHauptstudium aus. Es bleibt zu wünschen, dass der „Matthes“ vielen Geowissen-schaftlern in ihrem beruflichen Leben, aber auch mineralbegeisterten Laien als Nach-schlagewerk gute Dienste tut. Voraussetzungen für ein erfolgreiches Arbeiten mit die-

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sem Buch sind Grundkenntnisse in Experimentalphysik, anorganischer und möglichstauch in physikalischer Chemie sowie in allgemeiner Geologie; für Studierende der Minera-logie ist ein tieferes Eindringen in die Kristallographie selbstverständlich. Auch jungenGeowissenschaftlern und interessierten Laien sind heute die Grundzüge der Platten-tektonik bekannt. Auf die Zusammenhänge zwischen gesteinsbildenden Vorgängenund plattentektonischen Prozessen wird im Text immer wieder hingewiesen; auf eineigenes Kapitel zur Plattentektonik wurde daher verzichtet.

Das vorliegende Lehrbuch ist inhaltlich so weit gespannt, dass es für einen Autornicht möglich ist, alle Kapitel mit gleicher Kompetenz zu behandeln. Zu bestimmtenFragestellungen habe ich daher den Rat von Fachkollegen eingeholt. Für wertvolleHinweise, Anregungen und Abbildungsvorlagen danke ich meinen Würzburger Kolle-gen Eckard Amelingmeier, Roland Baumhauer, Sönke Brandt, Helga de Wall, HartwigFrimmel, Frank Holzförster, Dorothée Kleinschrot, Reiner Klemd, Volker Lorenz,Reinhard Neder, Wolfgang Schubert, Bernhard Schulz, Uli Schüssler, Volker vonSeckendorff, Thomas Will, Armin Zeh und Bernd Zimanowski sowie Hermann Bank(Idar-Oberstein), Adi Bischoff (Münster), Reinhard Boehler (Mainz), Ahmed El Goresy(Mainz), Birgit Gruner (Bonn), Wilhelm Heinrich (Potsdam), Friedhelm Henjes-Kunst(Hannover), Peter Herzig (Kiel), Gottfried Hirschmann (Hannover), Al Hofmann(Mainz), Francois Holtz (Hannover), Hans Kreuzer (Hannover), Peter Kukla (Aachen),Olaf Medenbach (Bochum), Knut Metzler (Münster), Thomas Oberthür (Hannover),Martin Pfleghaar (Heidenheim), Hans-Ulrich Schmincke (Kiel), Werner Schreyer(Bochum), Ludolf Schulz (Mainz), Fritz Seifert (Bayreuth), Hans-Adolf Seck (Köln),Dieter Stöffler (Berlin) und Eduard Woermann (Aachen). Zu besonderem Dank ver-pflichtet bin ich Eckard Amelingmeier, Reiner Klemd, Reinhard Neder, Uli Schüssler,Hans Adolf Seck (Köln) und Thomas Will, die einzelne Kapitel des Buches kritischdurchgelesen haben. Ihre konstruktive Kritik hat wesentlich zur Qualität des Werkesbeigetragen – für noch verbliebene Irrtümer und Unklarheiten trage ich jedoch alleindie Verantwortung! Für Kritik, Anregungen und Verbesserungsvorschläge bin ichjederzeit dankbar.

Ein herzlicher Dank und hohe Anerkennung gebührt wiederum Klaus-Peter Kelberfür die mühevolle Reinzeichnung der neuen Abbildungen und die neuen Mikrofotos,wobei er meine Wünsche immer wieder verständnisvoll erfüllte. Großer Dank auch anFranz Schwabenländer für seine geduldige Hilfe bei vielfachen Computer-Problemen.Dr. Wolfgang Engel, Renate Schulz und Luisa Tonarelli vom Springer-Verlag (Heidel-berg) danke ich sehr für die vertrauensvolle Zusammenarbeit, für Geduld und Ver-ständnis. Große Freude hatte ich bei der Zusammenarbeit mit Armin Stasch (Bayreuth),der das gelungene Layout des Buches gekonnt und mit großem Einfühlungsvermögenbesorgte – herzlichen Dank dafür!

Ein ganz besonderes Dankeschön möchte ich meiner Frau Irene sagen, die mir beimKorrekturlesen des Textes eine unverzichtbare Hilfe war und die mir liebevolles Ver-ständnis für die verstärkte Arbeitsbelastung in den letzten beiden Jahren entgegenge-bracht hat. Ihr widme ich den neuen Text.

Auch die 7. Auflage des „Matthes“ übergebe ich in der Hoffnung, dass das Buchneue Freunde unter den Studierenden der Mineralogie, Geologie und anderer Geo-wissenschaften, aber auch unter interessierten Mineraliensammlern finden möge. Ineiner Zeit, in der sich die geowissenschaftlichen Studiengänge an den deutschen Uni-versitäten im Umbruch befinden, möge das hier vorgelegte Werk dazu beitragen, dassdie Mineralogie weiterhin als eigenständige Stimme im Gesamtkonzert der Geowis-senschaften zu hören ist.

Martin Okrusch Würzburg, im Januar 2005



Das vorliegende Buch ist eine Einführung in die Mineralogie, Petrologie und Lager-stättenkunde auf genetischer Grundlage. Es widmet sich dem speziellen Teil des Fa-ches, wobei Grundkenntnisse aus dem allgemeinen Teil – der allgemeinen Mineralo-gie und der Kristallographie – vorausgesetzt werden. Darüber hinaus sind neben geo-logischen Kenntnissen Grundlagen der allgemeinen, anorganischen und physikali-schen Chemie an vielen Stellen sehr nützlich.

Im einleitenden Teil werden wichtige Begriffe erläutert und definiert. Im Teil Ifolgte eine Auswahl der häufigsten Minerale in übersichtlicher Form und in Anleh-nung an die Systematik von H. Strunz. Teil II ist der Petrologie und Lagerstätten-kunde gewidmet. Er gliedert sich: A in die magmatische Abfolge mit Systematik undGenese der magma-tischen Gesteine einschließlich der Mineral- und Lagerstätten-bildung, die mit magmatischen Vorgängen im Zusammenhang steht, B in die sedi-mentäre Abfolge mit den Verwitterungsprodukten, Sedimenten und Sedimentgestei-nen einschließlich der Mineral- und Lagerstättenbildung, C die Gesteinsmetamor-phose einschließlich der Ultrametamorphose und der Metasomatose. Ein abschlie-ßender Teil III widmet sich dem Stoffbestand von Erde und Mond und in einem kur-zen Abschnitt auch den Meteoriten. Den einschlägigen experimentellen Zustandsdi-agrammen – Ein-, Zwei- und Drei-Komponentensystemen – wird der ihnen ihrerBedeutung nach zukommende Raum gewährt. An allen möglichen Stellen finden sichHinweise auf die technisch-wirtschaftliche Bedeutung der Minerale, Gesteine undLagerstätten als Rohstoffe.

Das Buch ist aus Vorlesungen und Übungen hervorgegangen, die der Verfasser imLaufe der Zeit seit 1950 an den Universitäten Frankfurt (M) und Würzburg durchge-führt hat. So ist der Inhalt des Buches in erster Linie den Bedürfnissen des Unterrichtsan Universitäten und Hochschulen angepasst. Getroffene Auswahl und Umfang desStoffes dieses speziellen Teiles des Faches entsprechen nach Ansicht des Verfassersweitgehend dem Lehrauftrag für das Grundstudium in Mineralogie. Für Studierendeder Geologie und andere Studierende, die Mineralogie als Neben- bzw. Beifach wäh-len, dürfte das Buch auch bei den Anforderungen im Hauptstudium (Aufbaustudium)hilfreich sein. In allen Fällen kann es in Verbindung und zur Ergänzung von Vorlesun-gen und Übungen genutzt werden. Für das Weiterstudium und als Quellennachweisist am Schluss des Buches ein Verzeichnis wichtiger Lehrbücher und Monographienaufgenommen worden. Das Buch richtet sich auch an diejenigen, die dem Fach Inter-esse entgegenbringen, um sich Grundkenntnisse zu erwerben oder es beruflich alsInformationsquelle zu nützen. Verlag und Verfasser möchten glauben, dass das vorlie-gende Buch innerhalb des deutschsprachigen Schrifttums eine derzeit spürbare Lückeschließen hilft.

Die Kristallbilder sind dem Atlas der Kristallformen von V. Goldschmidt, die Kris-tallstrukturen großenteils dem Strukturbericht entnommen und umgezeichnet wor-den. Die meisten Diagramme und Strichzeichnungen stammen aus dem zitiertenSchrifttum, teilweise vereinfacht, andere ergänzt. Die Zahl der Autotypien wurde mitRücksicht auf die Preisgestaltung des Buches niedrig gehalten.

XII

Bei der Fertigung des Buches erfuhr ich aus dem hiesigen Institut mannigfaltigeHilfe. Herr Prof. Martin Okrusch übernahm die kritische Durchsicht des Manuskrip-tes. Seine Ratschläge wurden als substantielle Verbesserungen dankbar anerkannt.Darüber hinaus gewährte er mir freundliche Hilfe beim Lesen der Korrektur. HerrKlaus Mezger vom hiesigen Institut unterstützte mich bei der Fertigung des Registers.Herr Klaus-Peter Kelber hat sich mit der sorgfältigen Ausführung der Zeichnungenund allen Mineralfotos große Verdienste um das Buch erworben. Die Originalauf-nahmen zu den Abbildungen 145 und 146 stellte Herr Prof. K. R. Mehnert, Berlin,freundlicherweise zum Abdruck zur Verfügung. Die Fotos der Abb. 92 und 93 stam-men vom Verfasser. Meine Tochter Heike hatte die lästige Aufgabe der Reinschrift desManuskriptes übernommen. Allen sei für die gewährte Hilfe herzlich gedankt!

Schließlich habe ich dem Verlag für die jederzeit vertrauensvolle Zusammenar-beit, die Ausstattung des Buches und dessen erschwinglichen Preis zu danken, HerrnDr. Konrad F. Springer für sein stets förderndes Interesse und Herrn Dr. Dieter Hohmfür Mühewaltung und Umsicht während dieser Zusammenarbeit.

Würzburg, im Sommer 1983 Siegfried Matthes


Inhaltsverzeichnis

1 Einführung und Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1 Minerale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2 Kristalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.2.1 Kristallmorphologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2.2 Kristallstruktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.2.3 Kristallchemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.2.4 Kristallphysik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.3 Mineralarten und Mineralvarietäten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291.4 Vorkommen der Minerale, speziell als Bestandteile der Erdkruste . . . . . . . . . . . . 291.5 Gesteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

1.5.1 Mineralinhalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311.5.2 Beziehungen zwischen chemischer Zusammensetzung

und Mineralinhalt: Heteromorphie von Gesteinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311.5.3 Gefüge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311.5.4 Geologischer Verband . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

1.6 Mineral- und Erzlagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341.7 Abgrenzung der gesteinsbildenden Vorgänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341.8 Mineralogische Wissenschaften und ihre Anwendungsgebiete

in Technik, Industrie und Bergbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351.9 Biomineralisation und medizinische Mineralogie

(unter Mitwirkung von Joachim A. Lorenz) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361.9.1 Mineralbildung im Organismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371.9.2 Medizinische Mineralogie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

1.10 Bestimmung von Mineralen mit einfachen Hilfsmitteln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Teil ISpezielle Mineralogie – Eine Auswahl wichtiger Minerale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2 Elemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472.1 Metalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482.2 Metalloide (Halbmetalle) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532.3 Nichtmetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59Zitierte Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

3 Sulfide, Arsenide und komplexe Sulfide (Sulfosalze) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613.1 Metall-Sulfide mit M:S > 1:1 (meist 2:1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623.2 Metall-Sulfide und -Arsenide mit M:S ≈ 1:1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633.3 Metall-Sulfide, -Sulfarsenide und -Arsenide mit M:S ≤ 1:2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683.4 Arsen-Sulfide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 723.5 Komplexe Metall-Sulfide (Sulfosalze) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

XIV Inhaltsverzeichnis

4 Halogenide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

5 Oxide und Hydroxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 815.1 M2O-Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 825.2 M3O4-Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 825.3 M2O3-Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 845.4 MO2-Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 885.5 Hydroxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93Zitierte Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

6 Karbonate, Nitrate und Borate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 956.1 Calcit-Gruppe, 32/m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 966.2 Aragonit-Gruppe, 2/m2/m2/m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 996.3 Dolomit-Gruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1016.4 Azurit-Malachit-Gruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1026.5 Nitrate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1036.6 Borate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105Zitierte Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

7 Sulfate, Chromate, Molybdate, Wolframate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1077.1 Sulfate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1087.2 Chromate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1127.3 Molybdate und Wolframate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113


8 Phosphate, Arsenate, Vanadate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

9 Silikate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1199.1 Inselsilikate (Nesosilikate) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1219.2 Gruppensilikate (Sorosilikate) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1299.3 Ringsilikate (Cyclosilicate) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1329.4 Ketten- und Doppelkettensilikate (Inosilikate) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

9.4.1 Pyroxen-Familie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1379.4.2 Pyroxenoide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1419.4.3 Amphibol-Familie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

9.5 Schichtsilikate (Phyllosilikate) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1459.5.1 Pyrophyllit-Talk-Gruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1479.5.2 Glimmer-Gruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1489.5.3 Hydroglimmer-Gruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1509.5.4 Sprödglimmer-Gruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1509.5.5 Chlorit-Gruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1509.5.6 Serpentin-Gruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1519.5.7 Tonmineral-Gruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1529.5.8 Apophyllit-Gruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

9.6 Gerüstsilikate (Tektosilikate) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1559.6.1 SiO2-Minerale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1559.6.2 Feldspat-Familie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1649.6.3 Feldspatoide (Foide, Feldspatvertreter) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1739.6.4 Skapolith-Gruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

XVInhaltsverzeichnis

9.6.5 Zeolith-Familie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179Zitierte Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

10 Flüssigkeitseinschlüsse in Mineralen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185Zitierte Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

Teil IIPetrologie und Lagerstättenkunde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

11 Magmatische Gesteine (Magmatite) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18911.1 Einteilung und Klassifikation der magmatischen Gesteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

11.1.1 Zuordnung nach der geologischen Stellungund dem Gefüge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

11.1.2 Klassifikation nach dem Mineralbestand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19111.1.3 Chemismus und CIPW-Norm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

11.2 Petrographie der Magmatite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19711.2.1 Subalkaline Magmatite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19811.2.2 Alkali-Magmatite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20711.2.3 Karbonatite, Kimberlite und Lamproite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213Zitierte Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

12 Vulkanismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21512.1 Effusive Förderung: Lavaströme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21712.2 Extrusive Förderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21912.3 Explosive Förderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22012.4 Gemischte Förderung: Stratovulkane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22612.5 Vulkanische Dampftätigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226


13 Plutonismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23113.1 Die Tiefenfortsetzung von Vulkanen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23213.2 Formen plutonischer und subvulkanischer Intrusivkörper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23313.3 Innerer Aufbau und Platznahme von Plutonen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

13.3.1 Interngefüge von Plutonen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23413.3.2 Mechanismen der Platznahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23513.3.3 Layered Intrusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237Zitierte Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

14 Magma und Lava . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23914.1 Chemische Zusammensetzung und Struktur

magmatischer Schmelzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24014.2 Vulkanische Gase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24014.3 Magmatische Temperaturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

14.3.1 Direkte Messungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24114.3.2 Schmelzversuche an natürlichen Gesteinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

14.4 Viskosität von Magmen und Laven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24214.5 Löslichkeit von leichtflüchtigen Komponenten im Magma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243


XVI Inhaltsverzeichnis

15 Bildung und Weiterentwicklung von Magmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24715.1 Magmatische Serien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24815.2 Bildung von Stamm-Magmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

15.2.1 Basaltische Stamm-Magmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24915.2.2 Granitische Magmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

15.3 Magmenmischung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25015.4 Magmatische Differentiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

15.4.1 Kristallisations-Differentiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25015.4.2 Entmischung im schmelzflüssigen Zustand

(liquide Entmischung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25315.5 Assimilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253


16 Experimentelle Modellsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25516.1 Die Gibbs’sche Phasenregel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25616.2 Experimente in Zweistoff- und Dreistoffsystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257

16.2.1 Experimente zur Kristallisationsabfolgebasaltischer Magmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257

16.2.2 Experimente zur Bildung SiO2-übersättigterund SiO2-untersättigter Magmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

16.2.3 Experimente zum Verhalten von Mafitenin basaltischen Magmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269

16.3 Das Reaktionsprinzip von Bowen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27316.4 Das Basalt-Tetraeder von Yoder und Tilley (1962) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27616.5 Gleichgewichtsschmelzen und fraktioniertes Schmelzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277


17 Die Herkunft des Basalts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27917.1 Basalte und Plattentektonik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28017.2 Bildung von Basalt-Magmen durch partielles Schmelzen

von Mantelperidotit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28117.2.1 Das Pyrolit-Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28117.2.2 Partielles Schmelzen von H2O-freiem Pyrolit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28117.2.3 Partielles Schmelzen von H2O-haltigem Pyrolit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284Zitierte Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284

18 Die Herkunft des Granits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28518.1 Genetische Einteilung der Granite auf geochemischer Basis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28618.2 Experimente zur Granitgenese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

18.2.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28718.2.2 Kristallisationsverlauf granitischer Magmen:

Experimente im H2O-gesättigten Modellsystem Qz–Ab–Or–H2O . . . . 28718.2.3 Experimentelle Anatexis:

Experimente unter H2O-gesättigten und H2O-untersättigtenBedingungen im Modellsystem Qz–Ab–Or–H2O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290

18.2.4 Das Modellsystem Qz–Ab–An–Or–H2O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29318.2.5 Das Modellsystem Qz–Ab–An–H2O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29318.2.6 Das natürliche Granitsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295Zitierte Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295

XVIIInhaltsverzeichnis

19 Orthomagmatische Erzlagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29719.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29819.2 Lagerstättenbildung durch fraktionierte Kristallisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298

19.2.1 Chromit- und Chromit-PGE-Lagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30019.2.2 Fe-Ti-Oxid-Lagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301

19.3 Lagerstättenbildung durch liquide Entmischungvon Sulfid- und Oxid-Schmelzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30219.3.1 Nickelmagnetkies-Kupferkies-PGE-Lagerstätten

in Noriten und Pyroxeniten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30219.3.2 Nickelmagnetkies-Kupferkies-Lagerstätten in Komatiiten . . . . . . . . . . . 30519.3.3 Magnetit-Apatit-Lagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305

19.4 Erz- und Mineral-Lagerstättenin Karbonatit-Alkalimagmatit-Komplexen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306Zitierte Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306

20 Pegmatite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30720.1 Theoretische Überlegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30820.2 Geologisches Auftreten und Petrographie von Pegmatiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30920.3 Pegmatite als Rohstoffträger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31120.4 Genetische Klassifikation der Pegmatite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312


21 Hydrothermale Erz- und Minerallagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31321.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31421.2 Hydrothermale Imprägnationslagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316

21.2.1 Zinnerz-Lagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31621.2.2 Wolfram-Lagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31821.2.3 Molybdän-Lagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31821.2.4 Porphyry Copper Ores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31821.2.5 Imprägnationen mit ged. Kupfer (Typus Oberer See) . . . . . . . . . . . . . . . . . 320

21.3 Hydrothermale Verdrängungslagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32021.3.1 Skarnerz-Lagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32021.3.2 Mesothermale Kupfer-Arsen-Verdrängungs-Lagerstätten . . . . . . . . . . . 32121.3.3 Hydrothermale Blei-Silber-Zink-Verdrängungslagerstätten . . . . . . . . . 32221.3.4 Hydrothermale Gold-Pyrit-Verdrängungslagerstätten

vom Carlin-Typ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32221.3.5 Metasomatische Siderit-Lagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32221.3.6 Metasomatische Magnesit-Lagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322

21.4 Hydrothermale Erz- und Mineralgänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32321.4.1 Orogene Gold-Quarz-Gänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32421.4.2 Epithermale Gold- und Gold-Silber-Lagerstätten

(subvulkanisch) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32521.4.3 Mesothermale Kupfererzgänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32521.4.4 Blei-Silber-Zink-Erzgänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32621.4.5 Zinn-Silber-Wismut-Erzgänge des bolivianischen Zinngürtels . . . . . 32621.4.6 Wismut-Kobalt-Nickel-Silber-Uran-Erzgänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32721.4.7 Telethermale Antimon-Quarz-Gänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32821.4.8 Hydrothermale Siderit- und Hämatit-Erzgänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32821.4.9 Nichtmetallische hydrothermale Ganglagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32921.4.10 Quarzgänge und hydrothermale Verkieselungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32921.4.11 Alpine Klüfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329

XVIII Inhaltsverzeichnis

21.5 Vulkanogen-sedimentäre Erzlagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32921.5.1 Rezente hydrothermale Erzbildung in der Tiefsee:

Black Smoker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32921.5.2 Vulkanogene massive Sulfiderz-Lagerstätten (VMS-Lagerstätten) . . . . 33221.5.3 Vulkanogen-sedimentäre Quecksilbererz-Lagerstätten . . . . . . . . . . . . . . 33321.5.4 Vulkanogene Oxiderz-Lagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333

21.6 Sedimentgesteins-gebundene hydrothermale Lagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33421.6.1 Sedimentär-exhalative Blei-Zink-Erzlagerstätten

(Sedex-Lagerstätten) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33421.6.2 Karbonat-gebundene Erz- und Mineral-Lagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . 335Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335Zitierte Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336

22 Verwitterung und mineralbildende Vorgänge im Boden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33922.1 Mechanische Verwitterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34022.2 Chemische Verwitterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340

22.2.1 Leicht lösliche Minerale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34122.2.2 Verwitterung der Silikate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341

22.3 Subaerische Verwitterung und Klimazonen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34322.4 Zur Abgrenzung des Begriffs Boden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34322.5 Verwitterungsbildungen von Silikatgesteinen und ihre Lagerstätten . . . . . . . . 344

22.5.1 Residualtone und Kaolin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34422.5.2 Bentonit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34422.5.3 Bauxit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34422.5.4 Fe- und Mn-reiche Laterite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34522.5.5 Ni-reiche Laterite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34522.5.6 Weitere Residual-Lagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346

22.6 Verwitterung sulfidischer Erzkörper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34622.6.1 Oxidationszone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34622.6.2 Zementationszone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34722.6.3 Stabilitätsbeziehungen wichtiger Kupferminerale

bei der Verwitterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349Zitierte Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349

23 Sedimente und Sedimentgesteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35123.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352

23.1.1 Einteilung der Sedimente und Sedimentgesteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35223.1.2 Gefüge der Sedimente und Sedimentgesteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352

23.2 Klastische Sedimente und Sedimentgesteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35323.2.1 Transport und Ablagerung des klastischen Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . 35323.2.2 Chemische Veränderungen während des Transports . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35323.2.3 Korngrößenverteilung bei klastischen Sedimenten

und ihre Darstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35423.2.4 Diagenese der klastischen Sedimentgesteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35423.2.5 Einteilung der Psephite und Psammite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35623.2.6 Schwerminerale in Psammiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35723.2.7 Fluviatile und marine Seifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35723.2.8 Metallkonzentrationen in ariden Schuttwannen

(Lagerstätten vom Red-Bed-Typ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36123.2.9 Einteilung der Pelite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36123.2.10 Diagenese von Peliten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36223.2.11 Buntmetall-Lagerstätten in Schwarzschiefern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36323.2.12 Übergang von der Diagenese zur niedriggradigen Metamorphose . . . 364

XIXInhaltsverzeichnis

23.3 Chemische und biochemische Karbonatsedimenteund -sedimentgesteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36423.3.1 Einteilung der Karbonatgesteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36423.3.2 Löslichkeit und Ausscheidungsbedingungen des CaCO3 . . . . . . . . . . . . . 36523.3.3 Anorganische und biochemische Karbonat-Bildung

im Meerwasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36623.3.4 Bildung festländischer (terrestrischer) Karbonatsedimente . . . . . . . . . 36723.3.5 Diagenese von Kalkstein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368

23.4 Eisen- und Mangan-reiche Sedimente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36823.4.1 Ausfällung des Eisens und die Stabilitätsbedingungen

der Fe-Minerale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36823.4.2 Sedimentäre Eisenerze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36923.4.3 Sedimentäre Manganerze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37123.4.4 Metallkonzentrationen am Ozeanboden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371

23.5 Kieselige Sedimente und Sedimentgesteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37223.6 Sedimentäre Phosphatgesteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37323.7 Evaporite (Salzgesteine) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373

23.7.1 Kontinentale (terrestrische) Evaporite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37323.7.2 Marine Evaporite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377Zitierte Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378

24 Metamorphe Gesteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37924.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380

24.1.1 Metamorphe Prozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38024.1.2 Ausgangsmaterial metamorpher Gesteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38124.1.3 Abgrenzung der Gesteinsmetamorphose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38224.1.4 Auslösende Faktoren der Gesteinsmetamorphose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383

24.2 Die Gesteinsmetamorphose als geologischer Prozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38524.2.1 Kontaktmetamorphose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38624.2.2 Kataklastische Metamorphose und Mylonitisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39024.2.3 Schockwellen- oder Impakt-Metamorphose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39124.2.4 Hydrothermale Metamorphose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39424.2.5 Regionalmetamorphose in Orogenzonen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39424.2.6 Regionale Versenkungsmetamorphose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39924.2.7 Regionale Ozeanbodenmetamorphose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399

24.3 Nomenklatur der regional- und kontaktmetamorphen Gesteine . . . . . . . . . . . . 40024.3.1 Regionalmetamorphe Gesteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40024.3.2 Kontaktmetamorphe Gesteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406

24.4 Das Gefüge der metamorphen Gesteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40724.4.1 Gefügerelikte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40724.4.2 Das kristalloblastische Gefüge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40824.4.3 Gefügeregelung bei metamorphen Gesteinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409

24.5 Bildung von Migmatiten durch partielle Anatexis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41524.5.1 Der Migmatitbegriff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41524.5.2 Experimentelle Grundlagen für die anatektische Bildung

von Migmatiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41624.5.3 Stoffliche Bilanz bei der Entstehung von Migmatiten . . . . . . . . . . . . . . . . . 417

24.6 Metasomatose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41724.6.1 Kontaktmetasomatose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41824.6.2 Autometasomatose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42024.6.3 Spilite als Produkte einer Natrium-Metasomatose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421Zitierte Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422

XX Inhaltsverzeichnis

25 Phasengleichgewichte und Mineralreaktionen in metamorphen Gesteinen . . . . . . 42525.1 Gleichgewichtsbeziehungen in metamorphen Gesteinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426

25.1.1 Feststellung des thermodynamischen Gleichgewichts . . . . . . . . . . . . . . . . 42625.1.2 Die Gibbs’sche Phasenregel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42625.1.3 Die freie Enthalpie: Stabile und metastabile Niveaus . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428

25.2 Metamorphe Mineralreaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43025.2.1 Polymorphe Umwandlungen und Reaktionen

ohne Freisetzung einer fluiden Phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43025.2.2 Entwässerungsreaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43325.2.3 Dekarbonatisierungsreaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43825.2.4 Reaktionen, an denen H2O und CO2 beteiligt sind . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43925.2.5 Oxidations-Reduktions-Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44125.2.6 Petrogenetische Netze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443

25.3 Geothermometrie und Geobarometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44425.4 Druck-Temperatur-Entwicklung metamorpher Komplexe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446

25.4.1 Druck-Temperatur-Pfade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44625.4.2 Druck-Temperatur-Zeit-Pfade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449Zitierte Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449

26 Metamorphe Mineralfazies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45126.1 Graphische Darstellung metamorpher Mineralparagenesen . . . . . . . . . . . . . . . . . 452

26.1.1 ACF- und A'KF-Diagramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45226.1.2 AFM-Projektion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454

26.2 Das Faziesprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45726.2.1 Begründung des Faziesprinzips . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45726.2.2 Metamorphe Faziesserien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459

26.3 Übersicht über die metamorphen Fazies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46026.3.1 Zeolith- und Prehnit-Pumpellyit-Fazies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46026.3.2 Grünschieferfazies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46026.3.3 Epidot-Amphibolit-Fazies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46126.3.4 Amphibolitfazies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46126.3.5 Granulitfazies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46426.3.6 Hornfelsfazies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46626.3.7 Sanidinitfazies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46726.3.8 Blauschieferfazies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46726.3.9 Eklogitfazies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472Zitierte Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473

Teil IIIStoffbestand und Bau von Erde und Mond – unser Planetensystem . . . . . . . . . . 475

27 Aufbau des Erdinnern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47727.1 Seismischer Befund zum Aufbau des Erdinnern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478

27.1.1 Physikalische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47827.1.2 Ausbreitung von Erdbebenwellen im Erdinnern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47927.1.3 Geschwindigkeitsverteilung der Erdbebenwellen im Erdinnern . . . . 480

27.2 Erdkruste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48027.2.1 Ozeanische Erdkruste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48127.2.2 Kontinentale Erdkruste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48227.2.3 Die Erdkruste in jungen Orogengürteln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484

27.3 Erdmantel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48427.3.1 Der oberste, lithosphärische Erdmantel

und die Natur der Moho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484

XXIInhaltsverzeichnis

27.3.2 Die Asthenosphäre als Förderband der Lithosphärenplatten . . . . . . . . 48927.3.3 Übergangszone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49027.3.4 Unterer Erdmantel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492

27.4 Erdkern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49327.4.1 Geophysikalischer Befund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49327.4.2 Chemische Zusammensetzung des Erdkerns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495Zitierte Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495

28 Aufbau und Stoffbestand des Mondes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49728.1 Die Kruste des Mondes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498

28.1.1 Hochlandregionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49828.1.2 Regionen der Maria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49928.1.3 Minerale der Mondgesteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50028.1.4 Reste von Wasser im Regolith? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500

28.2 Innerer Aufbau des Mondes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50128.3 Geologische Geschichte des Mondes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502


29 Meteorite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50529.1 Fallphänomene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50629.2 Häufigkeit von Meteoriten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50829.3 Haupttypen der Meteorite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508

29.3.1 Undiffenzierte Steinmeteorite: Chondrite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50829.3.2 Differenzierte Steinmeteorite: Achondrite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51329.3.3 Stein-Eisen-Meteorite (differenziert) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51629.3.4 Eisenmeteorite (differenziert) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517

29.4 Tektite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520Zitierte Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520

30 Unser Planetensystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52330.1 Die erdähnlichen Planeten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524

30.1.1 Merkur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52430.1.2 Venus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52630.1.3 Mars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529

30.2 Die Asteroiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53530.3 Die Riesenplaneten und ihre Satelliten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537

30.3.1 Astronomische Erforschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53730.3.2 Atmosphäre und innerer Bau der Riesenplaneten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53830.3.3 Die Jupiter-Monde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53930.3.4 Die Eismonde von Saturn, Uranus und Neptun . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54230.3.5 Die Ringsysteme der Riesenplaneten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545

30.4 Der Zwergplanet Pluto und sein Mond Charon: ein Doppelplanet . . . . . . . . . . . 546Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547Zitierte Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548

31 Einführung in die Geochemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54931.1 Geochemische Gliederung der Elemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55031.2 Chemische Zusammensetzung der Gesamterde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55231.3 Chemische Zusammensetzung der Erdkruste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554

31.3.1 Berechnungen des Krustenmittels: Clarke-Werte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55431.3.2 Seltene Elemente und Konzentrations-Clarkes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 556

31.4 Spurenelement-Geochemie magmatischer Prozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557

XXII

31.4.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55731.4.2 Spurenelement-Fraktionierungen bei der Bildung

und Differentiation von Magmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55931.4.3 Spurenelemente als Indikatoren für die geotektonische Position

von magmatischen Prozessen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56331.5 Isotopen-Geochemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564

31.5.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56431.5.2 Stabile Isotope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56531.5.3 Einsatz radiogener Isotope in der Geochronologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569

31.6 Entstehung der chemischen Elemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 578Zitierte Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579

32 Die Entstehung unseres Sonnensystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58132.1 Frühe Theorien und erste Belege . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58232.2 Sternentstehung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58232.3 Zusammensetzung des Solarnebels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58332.4 Entstehung der Planeten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 585


Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591A.1 Übersicht wichtiger Ionenradien und der Ionenkoordination

gegenüber O2– . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591A.2 Berechnung von Mineralformeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591A.3 Lernschema der subalkalinen Magmatite

und der Alkali-Magmatite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595Abdruckgenehmigungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596

Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 597

Inhaltsverzeichnis

Mineralogie Eine Einführung in die spezielle Mineralogie,978-3-540-78201-8/1.pdf · Darstellung...

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Transcript of Mineralogie Eine Einführung in die spezielle Mineralogie,978-3-540-78201-8/1.pdf · Darstellung...