Vorlesung. Geomaterialien. 1. Doppelstunde Chemische Grundlagen der Minerale Glossar. Prof. Dr. F.E. Brenker

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1 Vorlesung Geomaterialien 1. Doppelstunde Chemische Grundlagen der Minerale Glossar Prof. Dr. F.E. Brenker Institut für Geowissenschaften FE Mineralogie JWG-Universität Frankfurt

2 AG Brenker Planetare und extraterrestrische Prozesse auf der Nanoskala Ursprung des Sonnensystems Ursprung des Erde Mond Systems Bildung und Veränderung von Planetesimalen (Kometen, Asteroiden) Planetare Prozesse Erde vs. Mars Globaler Massenaustausch (Aufbau, Chemie und Dynamik der tiefen Erde) 2

3 Vorlesung Zielsetzung Einordnung der Minerale in das geologische Gesamtkonzept Übung Erkennen von Merkmalen und Identifizierung von Mineralen

4 Arbeitsmaterialien Literatur Skript Foliensammlung Vorlesungen Zugangsdaten User: Mineralogie PW: GeomatMin Online Übungen

5 Minerale Ca bekannte natürlich vorkommende Minerale Ca Namen

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7 Chemische Zusammensetzung Gesamterde?

8 Kruste Mantel Kern

9 Chemische Zusammensetzung Kern?

10 Differentiation von Protoplaneten Groß genug um Hitze zu speichern! 10

11 Reste von Protoplanetenkernen Fe,Ni - Meteoriten Eisenmeteorite spiegeln die Kernzusammensetzungen von differenzierten Asteroiden wieder Dichte Erdmantel/Erdkern 9,9 g/cm 3 Dichte innerer Kern 12,2 g/cm 3 an. Dichte metallisches Eisen 10,6 g /cm 3

12 Falls der Innere Kern wärmer sein sollte, warum war er dann fest, während der äußere Kern flüssig ist? Laborversuche Zumischung von leichteren Elementen Sauerstoff, Silizium, Schwefel Schmelzpunkterniedrigung von metallischem Eisen => flüssiger äußerer Kern

13 Chemische Zusammensetzung Erdmantel?

14 Tiefbohrungen Windischeschenbach (ca. 10km) 14

15 Mantelgesteine in Vulkanen Spinell-Peridotit (Olivinknolle) Dichte von 3,3 g/cm 3 P-Wellengeschwindigkeit 8,1 km/s 15

16 WESTERN VICTORIA, AUSTRALIA Arizona, USA Tay Nguyen-Gebirge, Vietnam Adelebsen, Deutschland Katalonien, Spanien Ross Island, Antarktis 16

17 Granat-Peridotit ab ca. 150 km Tiefe 17

18 Chemische Zusammensetzung Kruste? Entfernung von der Sonne Himmelskörpergröße

19 Flussdelta

20 Häufige Elemente?

21 Chemische Zusammensetzung der Gesamterde [Gew%] Iron 33.3 Oxygen 29.8 Silicon 15.6 Others 1.9 Sodium 0.2 Aluminiun 1.5 Calcium 1.8 Nickel 2.0 Magnesium 13.9

22 Chemische Zusammensetzung der Erdkruste [Gew%] Oxygen 46.6 Silicon 27.7 Others 1.4 Magnesium 2.1 Potassium 2.6 Sodium 2.8 Calcium 3.6 Iron 5.0 Aluminium 8.1

23 Die häufigsten Elemente der Erde

24 Die 8 häufigsten Elemente

25 Die 18 wichtigsten Elemente der Erde

26 Atom- und Ionenradien Die meisten Minerale und daher natürlich auch Gesteine bestehen nicht aus elektrisch neutralen Atomen, sondern aus geladenen Teilchen, die man Ionen nennt. Diese Ionen gehen aus Atomen durch Abgabe bzw. Anlagerung von Elektronen hervor. Positiv und negativ geladene Ionen ziehen sich gegenseitig an und bilden auf diese Weise die Kristallgitter von Mineralen..

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29 Was gibt die Koordinationszahl an?

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31 Koordinationspolyeder Ionenradiusquotient R K /R A

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34 Hexagonal dichteste Kugelpackung hexagonale Symmetrie auf Lücke gepackt Untere Kugelschicht Obere Kugelschicht

35 Was ist ein Kristall? Enstehung aus Gasphase, Schmelze oder Lösung 1) Bildung kritischer Keime 2) Kristallwachstum

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37 Kristall als Schmuckstein (Bsp. Zirkonia)

38 Anordnung erfolgt nach bestimmten Gesetzmäßigkeiten Eigenschafte der Kristalle sind ein Ausdruck ihres atomaren Aufbaus

39 Abgrenzung der Kristalle zu anderen homogenen Körpern => Physikalische Eigenschaften beziehen sich auf eine Richtung Isotrop richtungsunabhängig Anisotrop - richtungsabhängig

40 Präsolarer Diamant Nanodiamanten die ersten präsolare Kristalle TEM Transmissionselektronenmikroskopie atomare Auflösung

41 Olivine - Forsterite (Mg 0.99 Fe 0.01 ) 2 SiO µm NASA

42 > 11 m Länge,2 m Durchmesser Gips, Naica, Mexiko Höhle 290 m Tiefe Durchmesser 30 m 45 C-50 C Luftfeuchte % Einschlüsse geben Info über Bildungsbedingungen

43 Abnehmende Länge und Breite der sich neu auflagernden Schichten Morphologie entsteht durch unterschiedliche Verschiebungsgeschwindigkeiten Schnell wachsende Flächen verschwinden Langsam wachsende Flächen prägen sich aus Entwickelte Theorie über Raumgitter von Kristallen

44 AFM Atomarer Aufbau der Materie

45 Kristallwachstum sekundäre Keimbildung auf der Fläche eines wachsenden Kristalls

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47 Auf Wachstumsfläche gibt es Lagen mit unterschiedlicher Anlagerungsenergie A) Diffusion eines Gitterbausteins aus der Lösung zur Kristalloberfläche B) Oberflächenadsorption und Dehydration C) Diffusion der Gitterbausteine auf der Oberfläche zur bereits bestehenden Stufen D) + E) Diffusion zu energetisch besonders günstigen Halbkristalllagen und Inkorporation in den wachsenden Kristall

48 Kossel-Stranski-Theorie Kristallwachstum durch elektrostatische Wechselwirkung an der Oberfläche des Kristalls Ionen lagern sich an einer Kristallfläche genau dort an, wo der höchste Energiegewinn zu erwarten ist.

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50 Was ist ein Mineral? Pyrop - Mg 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 Malachti - Cu 2 [(OH) 2 CO 3 ] Pyrit - FeS 2

51 Was ist ein Mischkristall? Bsp. Olivin (Mg, Fe) 2 SiO 4 Forsterit (Mg 2 SiO 4 ) und Fayalit (Fe 2 SiO 4 ) Nudeln mit Spinat vs. Spinatnudeln

52 Was ist eine Modifikation? Bsp. Kohlenstoff: Graphit Diamant hexagonal kubisch anisotroper Leiter Isolator

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54 Was ist eine Varietät? Bsp.: SiO 2 Bergkristall Achat Amethyst

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