Einführung in die Geologie Teil 4: Minerale - Baustoffe der Gesteine

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1 Einführung in die Geologie Teil 4: Minerale - Baustoffe der Gesteine Prof. Dr. Rolf Bracke FH Bochum GeothermieZentrum Lennershofstraße Bochum Übersicht Definition der Minerale Minerale und Kristalle Kristallbildung Kristallsysteme Gesteinsbildende Minerale

2 Definition der Minerale Natürlich vorkommend Kristalliner Festkörper Feste anorganische Verbindungen Bestimmte chemische Zusammensetzung Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Minerale und Kristalle Minerale entstehen durch den Prozess der Kristallisation, bei dem aus einer gasförmigen oder fluiden Phase Festkörper entstehen In einer Kristallstruktur sind die Atome, Ionen oder Molekülgruppen periodisch zu Raumgittern angeordnet Flächen und Symmetrien der Kristalle hängen direkt mit der Anordnung von Atomen in ihrem Kristallgitter zusammen Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum

3 Kristallbildung Kristallisation beginnt mit Bildung mikroskopisch kleiner Kristallisationskeime Wachstum der kleinen Kristalle unter Beibehaltung der Kristallflächen Sind die Räume zwischen den wachsenden Kristallen ausgefüllt werden die Kristallflächen überwachsen Die ursprünglichen Kristalle vereinigen sich zu einer festen Masse kristalliner Teilchen, sogenannte Kristallaggregate Kristallgeometrie Symmetrieoperationen Spiegelungen Zwei-, drei-, vier- oder sechszählige Drehungen Translationen (Verschiebungen) Gleitspiegelungen Spiegelung und Translation werden verknüpft Inversion (Punktspiegelungen) Schraubungen Drehinversion

4 Symmetrieoperationen Quelle: Minerale und Gesteine; Verlag: Spektrum Kristallsysteme Gestalt eines Kristalls: Habitus Gesamtheit der entwickelten Flächen: Tracht Quelle: Minerale und Gesteine; Verlag: Spektrum

5 Beispiele von natürlichen Kristallen für verschiedene Kristallsysteme Quelle: Minerale und Gesteine; Verlag: Spektrum Kriterien zur Bestimmung von Mineralen Optische Eigenschaften: Farbe Strich Glanz Form der Kristalle Bruch Physikalische und chemische Eigenschaften Spaltbarkeit Härte Dichte

6 Farbe Strich

7 Glanz Spaltbarkeit Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum

8 Härte Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Chemische Einteilung der Minerale Quelle: Die Erde; Verlag: DK

9 Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer Gediegene Elemente Gediegene Elemente sind chemische Elemente, die in der Natur in reiner Form vorkommen. Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer

10 Kupfer Platin Eisen Silber Gold

11 Graphit Schwefel Arsen Diamant Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer

12 Sulfide In Sulfidmineralien ist Schwefel mit einem oder mehreren Metallen verbunden. Zu dieser Mineralklasse gehört die größte Anzahl der Erzminerale. Eigenschaften: Gleichen denen von Metallen z.b. Metallglanz und elektr. Leitfähigkeit Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer

13 Pyrit Oxide und Hydroxide Dicht gepackte Sauerstoffatome, in deren Hohlräume Metall- oder Halbmetallatome eingeschlossen sind Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer

14 Spinell Korund: Saphir Karbonate, Nitrate und Borate Chemisch sind Karbonate Salze der Kohlensäure H ² CO ³ Karbonate bedeutende Mineralgruppe in der Erdkruste Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer

15 Calcit Dolomit Aragonit Sulfate und Chromate Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer

16 Baryt Gips Anhydrit Phosphate Phosphate enthalten Phosphor und Sauerstoff im Verhältnis 1:4 Unterteilung: Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer Primäre Phosphate (Kristallisieren aus wässrigen Lösungen) Sekundäre Phosphate (Entstehen in Gegenwart von Wasser aus primären Phosphaten) Feinkörnige gesteinsbildende Phosphate (Entstehen aus phosphorhaltigen organischen Stoffen)

17 Silikate Natürliche Silikate sind mit etwa 90 Vol.-% am stofflichen Aufbau der Erde beteiligt Si stets von 4 O-Atomen umgeben Aufteilung in 6 Silikatgruppen Inselsilikate Isolierte Gruppen von Siliciumtetraedern Meist hohes spezifsches Gewicht und große Härte Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer

18 Olivin Zirkon Topas Gruppensilikate Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer Epidot

19 Ringsilikate Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer Beryll: Aquamarin Ketten- und Doppelsilikate Unterteilung in: Pyroxene (Einfachketten) Amphibole (Doppelketten) Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer

20 Schichtsilikate Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer Talk Muskovit Kaolinit Biotit

21 Gerüstsilikate SiO2-Minerale Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer Feldspate Zeolithe Heulandit

22 Mineralverteilung innerhalb der Erdkruste Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer Quelle: Minerale und Gesteine; Verlag: Spektrum

23 Quelle: Minerale und Gesteine; Verlag: Spektrum Einführung in die Geologie Teil 5: Plattentektonik Prof. Dr. Rolf Bracke International Geothermal Center Lennershofstraße Bochum

24 Übersicht Lithosphärenplatten Konvektionsströmungen Paläomagnetismus Beginn der Diiferentiation Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum

25 Die Entstehung des inneren Aufbaus Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Lithosphärenplatten der heutigen Erde Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum

26 Lithosphärenplatten der heutigen Erde Quelle: Geodynamics; Verlag: Cambridge Mantelkonvektion Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum

27 Erdmagnetismus Quelle: Geodynamics; Verlag: Cambridge Paläomagnetismus Quelle: Geodynamics; Verlag: Cambridge

28 Polwanderung Quelle: Geodynamics; Verlag: Cambridge Magnet. Anomalien Mittelozeanischer Rücken Quelle: Geodynamics; Verlag: Cambridge

29 Alter von Ozeanböden Quelle: Geodynamics; Verlag: Cambridge Wilson-Zyklus Quelle: Geodynamics; Verlag: Cambridge

30 Kontinentaldrift Plattenbewegung 170 Mio J. Quelle: Geodynamics; Verlag: Cambridge

31 Plattenbewegung 100 Mio J. Quelle: Geodynamics; Verlag: Cambridge Plattenbewegung 50 Mio J. Quelle: Geodynamics; Verlag: Cambridge

32 Vulkanismus an den Plattengrenzen Quelle: Mineralogie; Verlag: Springer Quelle: BGR

33 Einführung in die Geologie Teil 6: Gesteine - Dokumente geologischer Prozesse Prof. Dr. Rolf Bracke FH Bochum GeothermieZentrum Lennershofstraße Bochum Übersicht Kreislauf der Gesteine Kristallisation in Gesteinsschmelzen Magmatische Gesteine

34 Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum

35 Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Anteile der Gesteinsarten an der Erdkruste Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum

36 Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Quelle: Minerale und Gesteine; Verlag: Spektrum

37 Magmatische Gesteine: Gesteine aus Schmelzen Magmatische Gesteine sind Kristallisationsprodukte aus einer natürlichen glutheißen meist silikatischen Schmelze, dem Magma Unterteilung in: Extrusivgesteine Intrusivgesteine Extrusivgesteine werden auch als vulkanische Gesteine oder Ergussgesteine bezeichnet Intrusivgesteine werden im Erdinnern gebildet Unterteilung in: Tiefengesteine Ganggesteine Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum

38 Wichtige Erscheinungsformen Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Vulkanite Werden im Zuge vulkanischer Ereignisse an der Erdoberfläche oder am Meeresboden gebildet Effusive Förderung: Relativ dünnflüssige Laven fließen an die Erdoberfläche Extrusive Förderung: Zähfließender Brei wird an die Erdoberfläche gedrückt In beiden Fällen werden vulkanische Gase, insbesondere H2O, CO2 und Schwefeldämpfe freigesetzt

39 Effusiv und Extrusiv geförderte Laven erstarren rasch zu feinkörnigen vulkanischen Gesteinen Erreichen die leichtflüchtigen Komponenten einen gewissen Mengenanteil -> Blasenbildung innerhalb des Magmas -> explosiver Vulkanismus Häufig kommt es zur Bildung mächtiger Schichten von vulkanischer Asche, die diagenetisch zu vulkanischem Tuff verfestigt wird Vulkanisches Lockermaterial wird als pyroklastisches Gestein bezeichnet Plutonite Erreichen nicht die Erdoberfläche, bleiben in größerer Erdtiefe stecken Entgasung wird durch die Gesteinsbedeckung verhindert Silikatischer Schmelzbrei enthält gelöstes Gas und bereits erste Kristalle Kristallisation in der Tiefe unter Bildung mittelbis grobkörniger Plutonite (Tiefengesteine) z.b. Granit

40 Abkühlung einer heißen Gesteinsschmelze Bei der Kristallisation entnehmen die entstehenden Kristalle die Stoffe aus der Schmelze die sie zum Aufbau ihrer Gitter benötigen. Der Anteil dieser Stoffe in der Schmelze verringert sich dadurch Quelle: Gesteine; Verlag: Wiss. Buchgesellschaft Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum

41 Quelle: Gesteine; Verlag: Wiss. Buchgesellschaft Klassifikationsschema magmatischer Gesteine Quelle: Gesteine; Verlag: Wiss. Buchgesellschaft

42 Änderung der Elementverteilung beim Übergang von sauren und basischen Gesteinen Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Häufige Mineralien in Magmatiten Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum

43 Basalt, Gabbro, Rhyolit und Granit Basalt und Gabbro besitzen die gleiche mineralogischchemische Zusammensetzung Unterscheidung nur anhand des feinkristallinen Gefüges möglich Quelle: Allgemeine Geologie; Verlag: Spektrum Granit

44 Gabbro Basalt Andesit Rhyolit

45 Diorit Granodiorit Syenit Tuff Bims