Vorlesung Geomaterialien 1. Doppelstunde Chemische Grundlagen der Minerale Glossar Prof. Dr. F.E. Brenker Institut für Geowissenschaften FE Mineralogie JWG-Universität Frankfurt
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
Vorlesung Zielsetzung Einordnung der Minerale in das geologische Gesamtkonzept Übung Erkennen von Merkmalen und Identifizierung von Mineralen
Arbeitsmaterialien Literatur Skript Foliensammlung Vorlesungen Zugangsdaten User: Mineralogie PW: GeomatMin Online Übungen
Minerale Ca. 5000 bekannte natürlich vorkommende Minerale Ca. 40.000 Namen
Chemische Zusammensetzung Gesamterde?
Kruste Mantel Kern
Chemische Zusammensetzung Kern?
Differentiation von Protoplaneten Groß genug um Hitze zu speichern! 10
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
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
Chemische Zusammensetzung Erdmantel?
Tiefbohrungen Windischeschenbach (ca. 10km) 14
Mantelgesteine in Vulkanen Spinell-Peridotit (Olivinknolle) Dichte von 3,3 g/cm 3 P-Wellengeschwindigkeit 8,1 km/s 15
WESTERN VICTORIA, AUSTRALIA Arizona, USA Tay Nguyen-Gebirge, Vietnam Adelebsen, Deutschland Katalonien, Spanien Ross Island, Antarktis 16
Granat-Peridotit ab ca. 150 km Tiefe 17
Chemische Zusammensetzung Kruste? Entfernung von der Sonne Himmelskörpergröße
Flussdelta
Häufige Elemente?
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
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
Die häufigsten Elemente der Erde
Die 8 häufigsten Elemente
Die 18 wichtigsten Elemente der Erde
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..
Was gibt die Koordinationszahl an?
Koordinationspolyeder Ionenradiusquotient R K /R A
Hexagonal dichteste Kugelpackung hexagonale Symmetrie auf Lücke gepackt Untere Kugelschicht Obere Kugelschicht
Was ist ein Kristall? Enstehung aus Gasphase, Schmelze oder Lösung 1) Bildung kritischer Keime 2) Kristallwachstum
Kristall als Schmuckstein (Bsp. Zirkonia)
Anordnung erfolgt nach bestimmten Gesetzmäßigkeiten Eigenschafte der Kristalle sind ein Ausdruck ihres atomaren Aufbaus
Abgrenzung der Kristalle zu anderen homogenen Körpern => Physikalische Eigenschaften beziehen sich auf eine Richtung Isotrop richtungsunabhängig Anisotrop - richtungsabhängig
Präsolarer Diamant Nanodiamanten die ersten präsolare Kristalle TEM Transmissionselektronenmikroskopie atomare Auflösung
Olivine - Forsterite (Mg 0.99 Fe 0.01 ) 2 SiO 4 0.5 µm NASA
> 11 m Länge,2 m Durchmesser Gips, Naica, Mexiko Höhle 290 m Tiefe Durchmesser 30 m 45 C-50 C Luftfeuchte 90-100 % Einschlüsse geben Info über Bildungsbedingungen
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
AFM Atomarer Aufbau der Materie
Kristallwachstum sekundäre Keimbildung auf der Fläche eines wachsenden Kristalls
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
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.
Was ist ein Mineral? Pyrop - Mg 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 Malachti - Cu 2 [(OH) 2 CO 3 ] Pyrit - FeS 2
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
Was ist eine Modifikation? Bsp. Kohlenstoff: Graphit Diamant hexagonal kubisch anisotroper Leiter Isolator
Was ist eine Varietät? Bsp.: SiO 2 Bergkristall Achat Amethyst