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Entstehung von Mineralien und Edelsteinen

Wissen
Die Entstehung von Mineralien und Edelsteinen
 
Magmatische Entstehung
 
Bei Vulkanen treten geschmolzene Gesteine in Form von Lava an die Oberfläche und erstarren allmählich. In dem aus tieferen Schichten stammenden Magma finden sich Stoffe, die vor allem Sauerstoff-, Silizium-, Aluminium- und Eisenatome enthalten. Beim Abkühlen entstehen durch Auskristallisation Mineralien und Gesteine. Der Prozess der Kristallisation kann eindrucksvoll beobachtet werden, wenn eine heiße, konzentrierte Kupfersulfat Lösung für einige Tage an der Luft erschütterungsfrei stehen gelassen wird. Es bilden sich mehr oder weniger große, blaue Kristalle.

Das Abkühlen der Schmelze im Erdinneren erfolgt langsamer. Dort entstehen dann z. B. unter hohem Druck und Temperatur Tiefengesteine wie Granit. In sogenannten vulkanischen Durchschlagsröhren können unter sehr hohem Druck Diamanten entstehen. Als Muttergestein dienen dann die Kimberlite, welche sich aus Olivin, Pyrop und Ilmenit zusammensetzen. Bei der Abkühlung einer Schmelze bilden sich immer wieder Hohlräume, in denen unter besonders günstigen Bedingungen Mineralien und Kristalle wachsen können (Bsp. Achatgeode). Die Hohlraumbildung ist besonders dann günstig, wenn die Schmelze auf wenige hundert Grad abgekühlt ist. Dann werden die Gesteine nicht mehr plastisch verformt, sondern zerbrechen unter Druckeinwirkung, was Kluft Bildungen und Verwerfungen begünstigt.

 
Manche Kristallklüfte in den Schweizer Alpen erreichen Durchmesser von mehr als zwanzig Metern. Wenn aus der Tiefe aufsteigendes, heißes Wasser, das gelöste Mineralstoffe enthält, in einen Hohlraum gelangt, werden die Mineralstoffe ausgefüllt und kristallisieren dabei aus. Auf diese Weise können Klüfte mit Quarzkristallen von mehreren Metern Größe entstehen. In den magmatischen Klüften der Alpen finden sich auch eine Vielzahl anderer, zu schönen Kristallen ausgebildeten Mineralien, z. B. die Titanmineralien Rutil und Titanit. Je langsamer, je länger und je ungestörter das mineralstoffreiche Wasser in einer Kluft zirkuliert, umso größer und regelmäßig ausgebildeter entwickeln sich die Kristalle. Dieser Prozess kann viele Millionen Jahre andauern.
 
Die schönsten Kristalle entwickeln sich in sogenannten Pegmatiten. Dies sind meist quarz- und Feldspat reiche Gesteine, die bei der Erstarrung des Magmas erst bei tieferen Temperaturen aus der Restschmelze auskristallisieren. In pegmatischen Gesteinen finden sich der zu den Glimmern gehörende Muskovit und seltene Mineralien wie Turmalin oder Beryll.

                      
Sedimentäre Entstehung
 
Am Meeresboden entstehen durch Ablagerung von Mineralstoffen, aber auch durch biologische Abbauprozesse, Sedimentgesteine, in denen sich oft winzige Kristalle befinden. Auf diese Weise sind z.B. Kalkgebirge wie die Schwäbische Alb entstanden.

 
                                                                                Versteinerter Ammonit auf Kalkstein  
 
Unter besonderen Bedingungen entstehen durch Sedimentation auch Gips- oder Salzablagerungen, in deren Hohlräume Mineralien auskristallisieren, die schon das Sedimentgestein aufbauen (z.B.  Calcit-, Gips- oder Salzkristalle). Die Eisenerzlagerstätten sind ebenfalls sedimentär in der Frühgeschichte der Erde entstanden, als die Urmeere durch zahlreiche Meteoriteneinschläge mit Eisensalzen angereichert wurden und diese am Meeresboden sedimentierten.
 
In sedimentär entstandenen Klüften finden sich Mineralien wie dem Strontium haltige Coelestin oder in sedimentär entstanden Manganerz-Lagerstätten der Rodochosonit. Sedimentgesteine entstehen auch, wenn Material durch Bäche und Flüsse in einem Delta abgelagert wird. Später werden diese Ablagerungen verdichtet und verkitten zu sogenannten Konglomeraten. Sandsteine und Tonschichten sind auf diese Weise entstanden.
 
 
Metamorphe Entstehung
 
Die magmatisch oder sedimentär entstandenen Gesteine werden im Verlauf der Erdgeschichte immer wieder in die Erdkruste hineingeschoben, z. B. bei der Verschiebung von Kontinentalplatten oder bei der Entstehung von Gebirgen. Unter dem erhöhten Druck und der erhöhten Temperatur in den tiefen Schichten machen die Gesteine eine Umwandlung, eine Metamorphose, durch. Unter diesen besonderen Bedingungen entwickeln sich die metamorphen Mineralien. Bei der Metamorphose von kalkhaltigen Gesteinen entstehen Mineralien wie Diopsid (Calcium-Magnesiumsilicat) oder der zu den Granaten gehörende Grossular (die metamorph entstehenden Granate bestehen aus Silicaten mit unterschiedlicher Zusammensetzung, je nach Farbe und Herkunft). Durch Metamorphose entstehen auch, aus Kalk Marmor, oder aus Ton, Glimmerschiefer.

                                                                     Der Granat ist auf metamorphen Gesteinen zu finden  
Metallerze
 
Kommt es bei der Entstehung von Mineralien zur Anreicherung von bestimmten Metall-Atomsorten, eignen sich diese zur Metallgewinnung. Die Erze sind wichtige Rohstoffe zur Herstellung von chemischen Erzeugnissen. Beim Rösten von Pyrit entsteht Schwefeldioxid, aus dem Schwefelsäure hergestellt werden kann. Die Erze werden nach ihrem Hauptmetallanteil eingeteilt:
 
Erzfamilie Erzname (die wichtigsten Abbauerze)
Bleierze Bleiglanz (Galenit), Cerussit, Krokoit, Pyromorphit
Eisenerze Goethit, Hämatit (Roteisen), Limonit (Brauneisen), Magnetit, Siderit
Kupfererze Buntkupferkies, Chalkophyit, Covellin, Cuprit, Malachit
Manganerze Manganit, Rhodochorosit, Psilomelan, Pyrolusit
Titanerze Anatas, Ilmenit, Rutil
Zinkerze Zinkblende (Spholerit), Zinkspat (Smithsonit)

Nur die wenigsten Metalle kommen in der Natur elementar vor. Dazu gehören: Gold, Kupfer, Platin, Arsen, Quecksilber, Silber, Wismut. Die Metalle sind meistens stark verunreinigt und müssen einem aufwendigen Reinigungsverfahren unterzogen werden. Vom 17. Jahrhundert bis zum 19. Jahrhundert gewann man in Gondo (Simplonpass/Schweiz) das Gold, in dem man goldhaltigen Pyrit zusammen mit dem Ganggestein zu einem feinen Pulver zermahlte und mit reinem Quecksilber versetzte. Das Gold des Pyrits löste sich im Quecksilber und wurde durch eine Destillation abdestilliert. Auf diese Weise konnten etwa zwei Drittel des im Erz vorhandenen Golds gewonnen werden. Nach der Quecksilberbehandlung wurde das Gesteinspulver in eine Kaliumcyanidlauge gegeben, wobei sich das restliche Drittel Gold als Goldschwamm am Boden absetzte.   
 
              Kristallisiertes Gold auf Quarz aus Kalifornien                                                           Kupfer

 
Die Erzgewinnung aus oxidhaltigen Erzen erfolgt heute durch eine aufwendige Reduktion, bei der ein Reduktionsmittel (Kohle, Wasserstoff, Aluminium, Magnesium) dem Erz die Sauerstoffatome entreißt. Eisenerz (Eisenoxid) wird im Hochofenprozess mit Hilfe von Kohle zu unreinem Roheisen reduziert, welches im Sauerstoffblasverfahren zu Stahl weiterverarbeitet werden kann.

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Kurt J. Hälg
Alpenrosenweg 6
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