no more silicates

Nicht Silkate

• Karbonate• Sulfate• Halide• Phosphate• Oxide/Hydroxide• Sulfide

Phosphate

Apatit

Ca5(PO4)3(OH,F,Cl)

Wichtigster Phosphor Träger in der Kruste

Spontane Spaltung von 238U - Spaltspuren

Strahlenschäden aus der spontanen U Spaltung können durch Ätzung sichtbar gemacht werden.

Aus der Spaltspurendichte kann auf das Alter geschlossen werden

aus A. Dickin (1995)

Spaltspuren in Apatit

Oxide • X1+2O Gruppe

– Eis• X3+Y2+

2O4 Gruppe– Spinell Gruppe

• Spinell MgAl2O4• Magnetit FeFe2O4• Chromit FeCr2O4

• X3+2O3 Gruppe

– Hämatit Fe2O3– Korund Al2O3

• X4+O2 Gruppe– Rutil TiO2– Cassiterit SnO2– Uraninit UO2

XIVYVI2O4 - Spinell Gruppe - Struktur

Sauerstoffe in kubisch dichtester Kugelpackung – Lagen parallel (111)Kationen besetzen 16 Oktaederlücken und 8 Tetraederlücken pro Einheitszelle

Magnetite sind Invers-Spinelle, d.h. XVIYIV2O4

Korund-GruppeIsotypie- Korund- Hämatit- Ilmenit

O2-

Fe3+ / Al3+ / Ti4+,Fe2+

Saphir und RubinRakwana, Sri Lanka

Korund Al2O3 trig

synthetischer RubinKorundShimersville, Pa, USA

KorundLogan, Ont., CDN

- farblos, grau, rot, blau, grün- Glasglanz- H. 9- keine Spaltbarkeit, Bruch muschelig

- oft idiomorphe Kristalle: dicktafelig, dipyramidal, tonnenförmig;in Smirgel körnig

- Edelsteinvarianten: Rubin durch CrSaphir durch Fe, Ti

Saphir und RubinRakwana, Sri Lanka

Korund Al2O3 trig

synthetischer RubinKorundShimersville, Pa, USA

KorundLogan, Ont., CDN

Bildung:- magmatisch in Al-reichen Differentiaten (Syenite, Granite)- metamorph in Al-reichen Metapeliten, in Meta-Bauxit (=Smirgel)

- angereichert in (Edelstein-)Seifen- als Industriemineral in großer Menge synthetisiert (Verneuil-Verfahren)

Hämatit Fe2O3 trig

HämatitWhitehaven, Cumberland, UK

HämatitBad Lauterberg, Harz

HämatitBad Lauterberg, Harz

- rot bis grauschwarz, Strich rot- halbmetallischer bis Metallglanz- H. 6 – 6,5- keine #

- oft glaskopfartig (Roter G.); erdig; Kristalle blättchenförmigbis isometrisch

Hämatit Fe2O3 trig

HämatitWhitehaven, Cumberland, UK

HämatitBad Lauterberg, Harz

HämatitBad Lauterberg, Harz

Bildung:typischer Durchläufer; lagerstättenbildend v.a.:- hydrothermal

- submarin-vulkanisch (Lahn-Dill-Typ)- Gangvererzungen (mit Quarz, Baryt u.a.)

- metamorph: aus sedimentären Limoniterzen: banded iron formations (BIF)

- chem. und mechan. stabil: Anreicherung in Sanden

Wichtigstes Eisenerz !

Ilmenit FeTiO3 trig

IlmenitEgersund, Norwegen

IlmenitFroland, Norwegen

- schwarz mit bräunlichem Stich; Strich ebenso- Halbmetallglanz- H. 5 – 6- keine #

- meist massig, eingesprengt; Kristalle dicktafelig

Ilmenit FeTiO3 trig

IlmenitEgersund, Norwegen

IlmenitFroland, Norwegen

Bildung:- Lagerstätten liquidmagmatisch in Gabbro-/Anorthosit-Intrusionen

- angereichert in Schwermineralsanden

- oberhalb 1050°C lückenlos mischbar mit Hämatit, darunterEntmischung (Ilmenohematit bzw. Hemoilmenit)

Ti-Erz (Seifensande und liquidmagmatisch)

Spinell-Gruppe

Chromit-ErzUral

MagnetitHargreavis, Brasilien

SpinellVaskö, Ungarn

Franklinit, ZinkitFranklin, New Jersey, USA

SpinellMorogoro, Tansania

http://www.mindat.org

http://www.mindat.org

ZnFe3+2O4

FeCr2O4 Fe2+Fe3+2O4

MgAl2O4 MgAl2O4

MagnetitTaquaral, Brasilien

SpinellMorogoro, Tansania

ChromitScogna, Ligurien, Italien

Magnetit Fe3O4 Chromit FeCr2O4 Spinell i.e.S. MgAl2O4

- schwarz- Metallglanz- H. 5,5- keine deutliche #

- derb, körnig, häufig Kristalle(v.a. Oktaeder)

- magmatisch in vielen Gesteinen;

- liquidmagmatische Lagerst.- metamorph aus limonitischen

Eisenerzen- in Schwermineralsandenferromagnetischwichtiges Eisenerz

- schwarz, Strich braun- Halbmetallglanz- H. 5- keine deutliche #

- meist körnig eingesprengt;Kristalle (selten) oktaedrisch

- frühmagmatische Kumulate(in Ultrabasiten),z.B. Bushveld

- in Seifensanden

wichtigstes Chromerz

- blau, grün, rot, braun- Glasglanz- H. 7,5 – 8- keine deutliche #

- meist idiomorph (Oktaeder)

- meist kontaktmetamorphin Karbonatgesteinen

- in Edelsteinseifen

- Farbursachen:- blau: FeO- grün: CuO + Fe2O3- rot: Cr2O3- undurchsichtig: viel FeO,

Fe2O3

PerowskitRocca Sella, Piemont, Italien

Perowskit CaTiO3Hoch-T kub.Tief-T monokl} paramorph

- grauschwarz, braun, gelb- Diamantglanz- H. 5,5 – 6- undeutl. # nach (100)

- typisch: Würfel mit Zwillingsstreifung- v.a. in basischen Magmatiten und assoziierten Erzlagerstätten,auch metamorph keine wirtschaftliche Bedeutung

Rutil TiO2 tetrag

RutilMagnet Cove, Arkansas, USA

- dunkelrot, braun bis schwarz (Fe-Gehalt)- Diamantglanz- H. 6- gute # nach (100)

- Kristalle kurzprismatisch bis nadelig (nach c)

Rutil in QuarzSopa, Brasilien

Rutil TiO2 tetrag

RutilMagnet Cove, Arkansas, USA

Rutil in QuarzSopa, Brasilien

weiter Bildungsbereich:- magmatisch (basische Gesteine, Alkaligesteine)- metamorph (Ti-Träger in vielen Gesteinstypen)- hydrothermal (in alpinen Klüften)

- angereichert in Schwermineralsanden

- wichtigstes Ti-Erz (fossile Strandseifen!)

Sulfide

• FeS2 Pyrit

• PbS Bleiglanz

• ZnS Zinkblende

Eisensulfide IPyrit und Markasit FeS2

PyritFacebaj, Ungarn

MarkasitBad Grund, Harzkub.

- messinggelb- Metallglanz- Härte 6 – 6,5- muscheliger Bruch, spröde

- typische Kristallformen:Würfel, Pentagondodekaeder;auch knollig-faserige Aggregate

- messinggelb- Metallglanz- Härte 6 – 6,5- muscheliger Bruch, spröde

- typische Kristallformen:tafelig, Parallelverwachsungen als„Kammkies“, „Speerkies“;oft knollige Aggregate

o'rh.

Eisensulfide IPyrit und Markasit FeS2

Pyrit in MergelNavajun, Spanien Markasit auf Kreidekalk

Abbots Cliff, Kent, UK

- verwittert leicht zu Limonit

- häufigstes Sulfid überhaupt !- verbreitet magmatisch, metamorph,sedimentär (reduzierendes Milieu)

- wichtiges Schwefelerz, mituntergoldhaltig (Hoch-T), dann Gold-Erz

- verwittert sehr leicht zu Limonit

- Bildung niedrig-hydrothermal- >400°C Umwandlung in Pyrit- ist an der Atmosphäre oft instabil, zerfällt in Sammlungen unter Ausblühungvon weißen Eisensulfaten

Unterscheidung Pyrit – Markasit: Kristallform

Unterscheidung Pyrit – Markasit: Kristallform

Pyrit Markasit

Eisensulfide II - MagnetkiesPyrrhotin Fe1-xS und Pentlandit (Fe,Ni)8S9

PyrrhotinDalnegorsk, Russland

PentlanditSudbury, Ontario

x ≈ 0,1-0,2

- braungelb (tombakfarben)- Metallglanz- Härte 4- kaum spaltbar

- ferromagnetisch

- meist derb-massig, wenn Kristalledann hexagonal-dicktafelig

- bronzegelb (heller als Pyrrhotin)- Metallglanz- Härte 3,5-4,5- gute Spaltbarkeit nach (111)

- nicht magnetisch

- massig-derb

hex. kub.

Eisensulfide II - MagnetkiesPyrrhotin Fe1-xS und Pentlandit (Fe,Ni)8S9

PyrrhotinDalnegorsk, Russland

PentlanditSudbury, Ontario

x ≈ 0,1-0,2

Pyrrhotin

hex. kub.

- in basischen Plutoniten- in hochthermalen Skarnlagerstätten- in vulkanosedimentärenSulfidlagerstätten

Schwefel-Rohstoff

Struktur wie Nickelin: hcp von S mitFe in Oktaederlücken

in Meteoriten: Troilit (FeS = stöchiometrischer Magnetkies

Pentlandit- nur in liquidmagmatischen Sulfid-körpern in gabbroiden Intrusionen(z.B. Sudbury, Ontario; Bushveld,Südafrika)

- Pentlandit ist das wichtigsteNickelerz!

Polymorphie von ZnSSphalerit (kub) und Wurtzit (hex)

SphaleritSan Luis, Argentinien

SphaleritMadan, Bulgarien

SphaleritMadan, Bulgarien

WurtzitPribram, Tschechien

WurtzitAltáró, Matra-Geb., Ungarn

„Schalenblende“Altenberg / Vielle Montagnebei Aachen

Fe-arm Fe-reich

Dimorphie kubisch – hexagonal –wo ist die uns schon einmal begegnet?

SphaleritSan Luis, Argentinien

WurtzitPribram, Tschechien

Sphalerit Wurtzit (2H, 3R, ...)

- hellgelb, braun, rot, schwarz(rot durch Mn; dunkel durch Fe)

- Diamant- bis Halbmetallglanz- Härte 3,5-4- vollkommen spaltbar nach (110)

- spätige Aggregate, massig, Kristalletetraedrisch

- hellgelb, braun

- Diamantglanz- Härte 3,5-4- vollkommen spaltbar nach (10-10)

- strahlig-faserig, krustig, Kristalle (selten)hexagonal-tafelig

SphaleritSan Luis, Argentinien

WurtzitPribram, Tschechien

Sphalerit Wurtzit (2H, 3R, ...)

- hydrothermale Gänge (meist hochthermal)- hydrothermale Verdrängungslagerstättenin Karbonatgesteinen (tiefthermal)(mit Galenit)

- Skarnlagerstätten (z.B. Trepca, Serbien)- vulkanosedimentär (z.B. Rammelsberg)

Diadochie:- bis 40% Zn durch Fe ersetzbar- Cd (In, Ga, Ge)

- wichtigstes Zn- und Cd-Erz, wichtig auchals In-, Ga-, Ge-Erz

- vorwiegend in tiefthermalen Verdrängungslagerstätten (meistals Schalenblende)

- wandelt sich mit der Zeit in Sphaleritum

- Zn- und Cd-Erz

Bleiglanz – das wichtigste SilbererzGalenit PbS

GalenitPribram, Tschechien

GalenitBytom (Beuthen), Schlesien

- bleigrau- intensiver Metallglanz- Härte 2,5- vollkommen spaltbar nach (100)

- spätige Aggregate, dicht (oft mit Sphalerit verwachsen), Kristalle meist Würfel und Kubooktaeder

GalenitPribram, Tschechien

GalenitBytom (Beuthen), Schlesien

Bleiglanz – das wichtigste SilbererzGalenit PbS

Lagerstätten ganz ähnlich wie Zinkblende und fast immer gemeinsam.- hydrothermale Gänge (mit Sphalerit, Chalkopyrit, Pyrit u.a.)- niedrigthermale Verdrängungslagerstätten (mit Sphalerit, Wurtzit, Pyrit,Markasit)

- vulkanosedimentäre Lagerstätten (mit Spalerit, Pyrit, Chalkosin, Chalkopyrit u.a.)

- Silbergehalt ca. 0,005 bis 0,5%- in Form fein entmischter Silberminerale

Wichtigstes Blei- und Silbererz.

KarbonateCO3

2- Anionengruppe als strukturelle Baueinheit – C von drei O koordiniert

Karbonate können als Salze der Kohlensäure aufgefasst werden

Als Kationen dienen zweifach positiv geladene Metalle

Ca2+ Kalzit Ca2+ AragonitMg2+ Magnesit Sr2+ StontianitFe2+ Siderit Pb2+ CerussitMn2+ Rhodochrosit Ba2+ Witherit

Rhomboedrische Karbonate Karbonat des Aragonit Typs(trigonal rhomboedrisch) (orthorhombisch)

Kalzit TypCO3

2- Schichten alternieren mit einem Typ Kationenschichten

Ca2+ Lagen bei KalzitMg2+ Lagen bei MagnesitFe2+ Lagen bei SideritMn2+ Lagen bei Rhodochrosit

Dolomit TypCO3

2- Schichten alternieren mit zweierlei Kationenschichten

Ca2+ und Mg2+ Lagen - DolomitCa2+ und (Fe2+ Mg2+) Lagen -Ankerit

Kalzit Struktur

Typische Formen

Sulfate

SO42- Anionengruppe als strukturelle Baueinheit – S

tetraedrisch von vier O koordiniert

Sulfate können als Salze der Schwefelsäure aufgefasst werden

Als Kationen dienen zweifach positiv geladene Metalle

CaSO4 * 2 H2 O GipsCaSO4 AnhydritBaSO4 Baryt (Schwerspat)

Gips Struktur

Typische Form Schwalbenschwanz Zwilling

CaSO4 * 2 H2 O

HalideNaCl HalitKCl Sylvin

CaF2 Flurit

einfache Strukturtypen:

Halit-Strukturtyp- Cl-Ionen bilden fcc-Teilgitter,d.h. kubisch dichteste Kugelpackung

- Na-Ionen besetzen (mit identischemTeilgitter) die Oktaederlücken

Fluorit-Strukturtyp- F-Ionen liegen in quadratischenSchichten

- die Schichten liegen exakt über-einander

- Ca-Ionen besetzen die resultierendenWürfelzentren

z.B. NaCl

z.B. CaF2

Typische Eigenschaften von Halogeniden:

- meist farblos (Grund: meist frei von Übergangsmetallen)

- meist glasglänzend, transparent, mit niedrigem Brechungsindex(Grund: ionischer Bindungscharakter)

- meist mäßig hart (≤ 4) (Grund: ionischer Bindungscharakter)

HalitNaCl

Morsleben, Sachsen-Anhalt

Neuhof, Hessen

Bismarckshall, Südharzmit Anhydrit

kubisch

Halit kub

Morphologische Kennzeichen

- farblos, weiß; auch gelb, orange, rot, braun, blau - Glasglanz, z.T. fettiger Glasglanz- Härte 2,5- vollkommen spaltbar nach (001)

- massiv, körnig, würfelige Kristalle- leicht wasserlöslich

- Bildung in marinen und terrestrischen Evaporiten

blaues Steinsalz: Bestahlungsverfärbung, verschwindet bei Erhitzen auf ca. 300°C

Sylvin kubKCl

SylvinGrube Hansa Silberberg bei Hannover

Morphologische Kennzeichen

- farblos, weiß; auch gelblich, bläulich, rötlich, grau

- Glasglanz- Härte 2,5- vollkommen spaltbar nach (001)

- massiv, körnig, würfelige Kristalle- leicht wasserlöslich

- Bildung in marinen Evaporiten, wird erst beistärkerer Eindampfung als Halit ausgefällt

- isotyp mit Halit- nur sehr beschränkte Mischkristallbildung

Unterscheidung von Halit: Sylvin schmeckt etwas bitter

Wasser als LösungsmittelH2O stark polares Molekül

Hydratisierung eines Na+ Kationsdurch H2O Moleküle

Wasser ist ein exzellentes Lösugnsmittel für ionische Substanzen

Mineral LösungsreaktionenKongruente Auflösung

Mineral + Wasser = gelöste Spezies im Wasser

NaCl = Na+ + Cl-

CaSO4 * 2 H2O = Ca2+ SO42- + 2 H2O

CaCO3 = Ca2+ + CO32-

Mineral Lösungsreaktionen

Inkongruente Auflösung

Mineral 1 + Wasser = Mineral 2 + gelöste Spezies im Wasser

2 NaAlSi3O8 + 2 H+ + 8 H2O = Al2Si2O5(OH)4 + 4 H4SiO4 + 2 Na+

Feldspat + Saure Lösung = Tonmineral + neutralisierte Lösung

Verwitterung

CaAl2Si2O8 + 2 H2O + CO2(g) = CaCO3 + 2 Al2Si2O5(OH)4

atmosphärisches CO2meteorisches Wasser

Anorthit (Feldspat) KaolinitKalzit

Fixierung von atmosphärischem CO2

Verwitterungsprodukte: Karbonate und Tonminerale

KristallinegesteineGranite, Gneise - endogen

SedimentgesteineKalke, Tone - exogen

Magmatismus(endogen)

kontrolliert durch die Tendenz der zunehmenden Tetraedervernetzung während der magmatischenKristallisation

BytownitLabradorit

Oligoklas

Andesin

Albit

Olivin

Pyroxen

BiotitAmphibol

QuarzKalifeldspat

Muskovit

Granit/Rhyolit

Granodiorit/Dazit

Diorit/Andesit

Gabbro/Basalt

Bowen‘sche Kristallisationsreihe

Zune

hmen

de P

olym

erisi

erun

g

Zunehmende Polym

erisierung

Auch die härtesten Gesteine sind der Verwitterung ausgesetztMonte Disgrazia, Val Malenco (Serpentinite, Gabbros, Tonalite)

Verwitterung als Regulator für den CO2Gehalt der Atmosphäre

CaAl2Si2O8 + H2O + 2 H+ = Al2Si2O5(OH)4 + Ca2+

saure Alteration von Anorthit unter Bildung von Kaolinit und Ca2+ Ionenin Lösung

CO2 + 2 H2O = H2CO32- Gleichgew. Atmosphäre/Hydrosphäre

Ca2+ + CO32- = CaCO3 Bildung von Kalzit

H2CO3 = 2 H+ + CO32- Kohlensäure Gleichgewicht

Buchenstein PlattenkalkeMesozoische Sedimente, Marmolada Gruppe, S-Tirol

KalkeHauptsächlich im marinen Bereich biogen gefällt

CaCO3 + SO2 + 1/2 O2 + 2 H2O → CaSO4 * 2 H2O + CO2

Karbonate als reaktive Puffer für sauren Regen

Inertisierung von Schwefeldioxid über Fällung als Gips

SO2 + 1/2 O2 + H2O → H2SO4

Saurer Regen durch Reaktion zwischen SO2, O2 und H2O

Fossile EnergietrFossile Energieträäger ger -- Rauchgas Rauchgas -- SOSO22

• Bruttoenergieverbrauch Österreich (2000): 1.185*1015J

• 42% : Mineralöl• 23%: Erdgas• 12%: Braun- und Steinkohle• 11%: Biomasse• 11%: Wasserkraft

• SO2 Emissionen in Österreich

• 1980: 90300 Tonnen• 2000: 6400 Tonnen

50 µm

Gp

Gp

Gp

Gp

Konversion von Konversion von Kalk zu GipsKalk zu Gips

200 µm

Cc

CaCO3 + SO2 + 1/2 O2 + 2 H2O → CaSO4 * 2 H2O + CO2

Cc

Cc

Gas

CO2 95,32%N2 2,70%Ar 1,60%O2 0,13%CO 0,07%H2O 0,03% ± 33%rel

Druck:

5 bis 8 mbar

Oberflächentemperatur:

-125°C bis +25°CTagesgang: bis 100°C15 cm Tiefe: ~ -50°CSommer: N –8°C

S +25°C

Atmosphärenflucht

Mars - Umweltbedingungen

Solare UV-Strahlung

Oxidation hetero-

valenter Elemente

O2O2

H2H2

step back, take a break...

Blick aus der Mars Umlaufbahn von Mars Global Surveyer auf Mars, Erde und Mond

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