MINERALOGIE. Siegfried Matthes. Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde

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1 Siegfried Matthes MINERALOGIE Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde Sechste, völlig überarbeitete und erweiterte Auflage Mit 185 Abbildungen, 2 Tafeln und 42 Tabellen

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung und Grundbegriffe Der Mineralbegriff Mineralarten und Mineralvarietäten Vorkommen der Minerale, speziell als Bestandteile der Erdkruste Der Gesteinsbegriff Mineral- und Erzlagerstätten Mineralogische Wissenschaften Anwendungsgebiete der Mineralogie in Technik, Industrie und Bergbau Bestimmung von Mineralen mit einfachen Hilfsmitteln 9 Teil I Spezielle Mineralogie Zur Systematik der Minerale 13 2 Elemente Metalle Semimetalle (Metalloide, Halbmetalle) Nichtmetalle Diamant und Graphit Stabilität von Diamant und Graphit 29 3 Sulfide, Arsenide und komplexe Sulfide (Sulfosalze) Metallische Sulfide mit Me:S > 1: Metallische Sulfide und Arsenide mit Me:S =1: Metallische Sulfide, Sulfarsenide und Arsenide mit Me:S ^1: Komplexe Sulfide (Sulfosalze) Fahlerzreihe Nichtmetallische Sulfide 52 4 Oxide und Hydroxide X 2 0-Verbindungen X Verbindungen X0 2 -Verbindungen Die Quarz-Gruppe und andere Si0 2 -Minerale Einiges über ihre Kristallstrukturen Die Phasenbeziehungen im System Si0 2 60

3 XIV Inhaltsverzeichnis Tief-Quarz Hoch-Quarz XY Verbindungen: Die Spinell-Magnetit-Chromit-Gruppe Hydroxide 77 5 Halogenide 79 6 Karbonate..._ Die Calcitreihe, 32/m Die Aragonitreihe, 2/m2/m2/m Die Dolomitreihe Malachit-Azurit-Gruppe 95 7 Sulfate und Wolframverbindungen Sulfate Wolframverbindungen Phosphate, Arsenate, Vanadate Silikate Nesosilikate (silikatische Inselstrukturen) Die Al 2 Si0 5 -Gruppe Sorosilikate (silikatische Gruppenstrukturen) Cyclosilikate (silikatische Ringstrukturen) Inosilikate (Ketten- und Doppelkettensilikate) Die Pyroxen-Gruppe Die Amphibol-Gruppe Anthophyllit und Cummingtonit-Grünerit-Reihe Tremolit-Ferroaktinolith-Reihe Natronamphibolreihe Phyllosilikate (Schicht- bzw. Blattsilikate) Talk-Pyrophyllit-Gruppe Glimmer-Gruppe Chlorit-Gruppe Serpentin-Gruppe Tonmineral-Gruppe Tektosilikate (silikatische Gerüststrukturen) Die Feldspäte Das System der Feldspäte Die bekanntesten Zwillingsgesetze der Feldspäte Die Alkalifeldspäte (K,Na) [AlSi ] Die Plagioklase Feldspatoide (Foide, Feldspatvertreter) Feldspatoide ohne tetraederfremde Anionen Feldspatoide mit tetraederfremden Anionen: Sodalithreihe Die Zeolith-Gruppe Flüssigkeitseinschlüsse in Mineralen 173

4 Inhaltsverzeichnis XV Teil II Petrologie und Lagerstättenkunde 11 Die magmatische Abfolge Die magmatischen Gesteine (Magmatite) Einteilung und Klassifikation der magmatischen Gesteine Zuordnung nach der geologischen Stellung Zuordnung nach dem Gefüge Klassifikation nach dem Mineralbestand Chemismus, CIPW-Norm und NiGGLi-Werte Die Petrographie der Magmatite Die Kalkalkalimagmatite Die Alkalimagmatite Karbonatite und lamprophyrartige Gesteine Häufigkeit der magmatischen Gesteine Pyroklastische Gesteine (Pyroklastika) Die geologischen Körper der magmatischen Gesteine Einteilung der Vulkane Magma und Lava Die Viskosität der Lava Temperaturen der Laven und der Magmen der Tiefe Die Gase im Magma Die magmatische Differentiation Die gravitative Kristallisationsdifferentiation Das Reaktionsprinzip von BOWEN Magmenbildung Magmatische Kristallisationsdifferentiation Aufschmelzung Kontamination Magmenmischung Entmischung im schmelzflüssigen Zustand Die experimentellen Modellsysteme Das System Diopsid - Anorthit Das System Diopsid - Anorthit - Albit Das System Diopsid - Forsterit - Si Die Herkunft des Basalts Das Basalttetraeder von YODER und TILLEY Die globale Verbreitung der Basalte Die Bildung basaltischer Schmelzen aus Mantelperidotit Die geologischen Beziehungen des Basalts zum Oberen Erdmantel Die Herkunft des Granits Genetische Einteilung der Granite auf geochemischer Basis Zur Granitgenese, experimentelle Grundlagen Zur Entstehung nichtmagmatischer Granite Mineral- und Lagerstättenbildung, die mit magmatischen Vorgängen im Zusammenhang steht Zustandsdiagramm der magmatischen Abfolge 264

5 XVI Inhaltsverzeichnis Das magmatische Frühstadium Gravitative Kristallisationsdifferentiation und Akkumulation Liquation, Entmischung von Sulfidschmelzen Liquation unter Beteiligung leichtflüchtiger Komponenten Das magmatische Hauptstadium Das pegmatitische Stadium Das pneumatolytische (hypothermale) Stadium Die pneumatolytischen Zinnerzlagerstätten Die pneumatolytischen Wolframlagerstätten Die pneumatolytischen Molybdänlagerstätten Kontaktpneumatolytische Verdrängungslagerstätten Das hydrothermale Stadium Einteilung der hydrothermalen Bildungen Intrakrustale hydrothermale Lagerstätten Katathermale Paragenesengruppen Mesothermale Paragenesengruppen Epithermale Paragenesengruppen (Tele)thermale Paragenesengruppen Nichtmetallische hydrothermale Lagerstätten Mineralbildende Vorgänge, die genetisch zum Vulkanismus gehören Spät- und nachvulkanisches Stadium Die Produkte der Fumarolen Vulkanosedimentäre Lagerstätten Die sedimentäre Abfolge, Sedimente und Sedimentgesteine Die Verwitterung und die mineralbildenden Vorgänge im Boden Die mechanische Verwitterung Die chemische Verwitterung Die Agenzien der chemischen Verwitterung Das Verhalten ausgewählter Minerale bei der chemischen Verwitterung Subaerische Verwitterung und Klimazonen Zur Abgrenzung des Begriffs Boden Verwitterungsbildungen, Verwitterungslagerstätten Residualtone, Kaolin Bentonit und seine Verwendung Bauxit und seine Vorkommen Laterit und Basalteisenstein Nickelhydrosilikaterze Metallkonzentrationen in ariden Schuttgesteinen Die Verwitterung sulfidischer Erzkörper Mineralneubildungen innerhalb der Oxidationszone von Erzkörpern Sedimente und Sedimentgesteine Grundlagen Einteilung der Sedimente und Sedimentgesteine 318

6 Inhaltsverzeichnis XVII Das Gefüge der Sedimente und Sedimentgesteine Die klastischen Sedimente und Sedimentgesteine Transport und Ablagerung des bei der Verwitterung entstandenen klastischen Materials Chemische Veränderungen während des Transports Metallkonzentrationen am Ozeanboden Korngrößenverteilung bei klastischen Sedimenten und ihre Darstellung Diagenese der klastischen Sedimentgesteine Konkretionen als Bestandteile pelitischer Sedimentgesteine Einteilung der Psephite und Psammite Schwerminerale in den Psammiten Fluviatile und marine Seifen Einteilung der Pelite Diagenese von silikatischen Stäuben und Schlämmen zu Silt- und Tonsteinen Das Spätstadium der Diagenese, Übergang zur niedriggradigen Metamorphose Die chemischen Sedimente (Ausscheidungssedimente) Die karbonatischen Sedimente und Sedimentgesteine Die eisenreichen Sedimente und sedimentären Eisenerze Kieselige Sedimente und Sedimentgesteine Sedimentäre Phosphatgesteine Evaporite (Salzgesteine) Die Gesteinsmetamorphose Grundlagen Abgrenzung der Metamorphose von der Diagenese Zur Kennzeichnung metamorpher Produkte Auslösende Faktoren Temperatur und Druck Herkunft der thermischen Energie Die Wirkung des Drucks Die Rolle des Chemismus Die retrograde Metamorphose Das geologische Auftreten der Gesteinsmetamorphose und ihrer Produkte Die Kontaktmetamorphose und ihre Gesteinsprodukte Die Kontaktmetamorphose an Plutonen Die Kontaktmetamorphose an magmatischen Gängen und Lagergängen Die Dislokationsmetamorphose (Dynamometamorphose) und ihre Gesteinsprodukte Die Regionalmetamorphose und ihre Gesteinsprodukte Die regionale Versenkungsmetamorphose 364

7 XVIII Inhaltsverzeichnis Die thermisch-kinetische UmkristaHisationsmetamorphose (Thermodynamometamorphose) (Regionalmetamorphose in Orogenzonen) Die Ocean-floor(Ozeanboden)-Metamorphose Auswahl wichtiger metamorpher Gesteine Kontaktmetamorphe Gesteine Gesteinsprodukte der Dislokationsmetamorphose Gesteinsprodukt der Schockmetamorphose (Stoßwellenmetamorphose) Gesteinsprodukte der Regionalmetamorphose Zuordnungsprinzipien der metamorphen Gesteine Die Zoneneinteilung nach BARROW und TILLEY Die Zoneneinteilung nach BECKE, GRUBENMANN und GRUBENMANN und NIGGLI Das Prinzip der Mineralfacies nach ESKOLA Gleichgewichtsbeziehungen in metamorphen Gesteinen Die Feststellung des thermodynamischen Gleichgewichts GIBBS - Phasenregel und die mineralogische Phasenregel von GOLDSCHMIDT Beispiele experimentell untersuchter metamorpher Reaktionen Die Wollastonitreaktion Entwässerungsreaktionen Polymorphe Umwandlungen und Reaktionen ohne Entbindung einer fluiden Phase Graphische Darstellung metamorpher Mineralparagenesen ACF- und A'KF-Diagramme AFM-Diagramm Klassifikation der metamorphen Gesteine nach ihrer Mineralfacies Die Faciesserien Die metamorphen Facies Zeolith- und Prehnit-Pumpellyitfacies Grünschieferfacies Epidot-Amphibolitfacies Amphibolitfacies Granulitfacies Hornfelsfacies Sanidinitfacies Glaukophanschieferfacies Eklogitfacies Höchstdruckparagenesen Einteilung nach Reaktionsisograden Hochdruckminerale als Geobarometer Druck-Temperatur-Zeit-Pfade Gefügeeigenschaften und Gefügeregelung der metamophen Gesteine Das kristalloblastische Gefüge Die Gefügeregelung der metamorphen Gesteine Grundbegriffe 419

8 Inhaltsverzeichnis XIX Kornregelung Das Gefügediagramm Haupttypen der Regelung Homogene und nicht homogene Verformung Ultrametamorphose und die Bildung von Migmatiten Der Migmatitbegriff Die Bildung von Migmatiten, experimentelle Grundlagen Die stoffliche Bilanz bei der Entstehung von Migmatiten Metasomatose Kontaktmetasomatose Autometasomatose Die Spilite als Produkte einer Natronmetasomatose Die metasomatische Bildung granitischer Gesteine 436 Teil IM Stoffbestand und Bau von Erde und Mond 14 Die Erde Der Schalenbau Physikalische Eigenschaften und Alter Die Erdkruste Die kontinentale Erdkruste Die ozeanische Erdkruste Der Erdmantel Der Obere Erdmantel Die Übergangszone Der Untere Erdmantel Der Erdkern Magmatismus, erzbildende Prozesse und Plattentektonik Zur Theorie der Plattentektonik Platten, Plattenbewegungen und Plattengrenzen Der Magmatismus der mittelozeanischen Rücken Der ozeanische Intraplattenmagmatismus außerhalb der mittelozeanischen Rücken Der Magmatismus der Inselbögen und instabilen Kontinentalränder Die kontinentalen Plateaubasalte (Trappbasalte, continental flood basalts) Der intrakontinentale Alkalimagmatismus an Riftzonen Die intrakontinentalen Kimberlit-Pipes Der Magmatismus der alten Schilde Aufbau und Stoff bestand des Monds Die Kruste des Monds Die Hochlandregion Die Region der Maria Die Minerale der Mondgesteine Bedeutung für unsere Vorstellungen zur Erdentstehung 469

9 XX Inhaltsverzeichnis 17 Die Meteorite Einteilung der Meteorite 471 Anhang 473 Literatur- und Quellenverzeichnis 477 Sachverzeichnis 485