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Die Entstehung von Mineralen



Minerale werden hinsichtlich der Entstehung in magmatische, metamorphe und sedimentäre Mineralien unterschieden.

Die drei Entstehungsprinzipien

Ferner differenziert die Mineralogie bei der Entstehung von Mineralen in primäres, sekundäres sowie tertiäres Bildungsprinzip.

  • Primäres Bildungsprinzip: magmatische Minerale, Stichwort: liquidmagmatisch, pneumatolytisch und hydrothermal
  • Sekundäres Bildungsprinzip: Sedimentationsminerale, Stichwort Verwitterung und Ablagerung
  • Tertiäres Bildungsprinzip: Metamorphite, Stichwort: Umwandlung unter mehr oder weniger hohen Druck- und/oder Temperaturbedingungen

Bild 1: magmatische Minerale: Quarz, Fluorit, Buntkupferkies und Olivin

Magmatische Minerale

Magmatische Minerale werden während verschiedener Abkühlungsstadien aus heißen, flüssigen Gesteinsschmelzen gebildet.
Die Herkunft des Magmas ist entweder sialisch – das Material stammt aus der Erdkruste von aufgeschmolzenen Gesteinen – oder simatisch – Material aus dem oberen Erdmantel.
Innerhalb der magmatischen Minerale wird differenziert zwischen Vulkaniten, die an der Erdoberfläche entstehen, und Plutoniten, die im Erdinneren gebildet werden.
Abhängig von der Abkühlungsgeschwindigkeit der Gesteinsschmelze und den Möglichkeiten der freien Kristallausbildung weisen magmatische Minerale verschiedene Kristallgrößen auf.


Die mineralbildenden Magmen kristallisieren, abhängig von der chemischen Zusammensetzung, bei Temperaturen von 650 bis 1300°C. Hauptbestandteile der Schmelze sind neben Silikaten, Wasserdampf und zahlreichen Elementen auch leichtflüchtige Bestandteile wie Kohlenstoffdioxid, Chlorwasserstoff, Fluorwasserstoff, Schwefelwasserstoff und Wasser, die den Schmelzpunkt um 200 bis 300 °C erniedrigen.
Bedingt durch tektonische und vulkanische Vorgänge im Erdinneren ist die Gesteinsschmelze ständig in Bewegung. Es kommt zu chemischen Reaktionen mit der Umgebung, aus denen die Variabilität der später entstehenden Minerale resultiert.


Bereits auf dem Weg an die Erdoberfläche, folgt eine etappenweise Differentiation und Auskristallisation der Gesteinsschmelze.


Sinkt die Temperatur des Magmas auf 700 bis 1200°C ab, werden im liquidmagmatischen Stadium erste Frühkristalle gebildet.
Charakteristisch für diese Phase sind besonders dichte Minerale wie bspw. Magnetkies, Pentlandit, Chalkopyrit (Kupferkies), Chromit und Ilmenit.
Die fortschreitende, schwerebedingte Entmischung der Gesteinsschmelze führt dazu, dass Mineralien höherer Dichte wieder absinken und erst bei Verwitterung des aufliegenden Gesteins oder durch tektonische bzw. vulkanische Vorgänge zutage treten.


Im pegmatischen Stadium bei Temperaturen von 600 bis 700°C kristallisieren die meisten Minerale aus. Die fluidreiche Restschmelze ist besonders gesättigt an Metallen sowie Seltenen Erden, z.B. Scandium, Yttrium, Lanthan oder Thulium. Während der sogenannten Phase der Hauptkristallisation entstehen u.a. Olivin-Vertreter, Pyroxene, Feldspäte, Quarze, Beryll, Topas und Turmaline. Ort der Kristallbildung sind vorwiegend Hohlräume von Gesteinen oder Gänge selbiger.


Minerale in der verbleibenden Restschmelze kristallisieren im pneumatolytischen Stadium bei etwa 400 bis 600°C aus.
Der Grund für den relativ späten Zeitpunkt der Entstehung dieser Minerale sind die enthaltenen Elemente, deren Atome aufgrund der Größe nicht in die Kristalle der vorhergehenden Kristallisationsphasen integriert werden konnten. Die hohe Mobilität der Restschmelze infolge des hohen Anteils an Wasser und Kohlendioxid, begünstigt die Kristallbildung in Spalten, Gängen, Klüften und Hohlräumen des Umgebungsgesteins. Beispiele für sogenannte Pegmatite sind Topas, Apatit, Turmalin, Rosenquarz und Aquamarin. Möglich ist auch, dass die Restschmelze Poren des Nebengesteins u.a. mit Kassiterit, Molybdänglanz, Pyrit oder Fluorit ausfüllt (Imprägnation).

Unterhalb von Temperaturen von 400°C entwickeln sich im hydrothermalen Stadium aus den Schmelzen wässrige Lösungen, die mit Schwermetallen und Elemente angereichert sind. Dringen diese Lösungen in Gesteinshohlräume ein, folgt die dortige Kristallbildung. Entsprechende Drusen oder Geoden sind mit Quarzen oder Achaten ausgefüllt.
Durch den Druck innerhalb der Erdkruste sind fluidreiche Lösungen in der Lage, innerhalb von Gesteinsspalten aufzusteigen, in diesen abzukühlen und vor Ort auszukristallisieren. Die Präsenz von Schwermetallen in den Lösungen führt über diesen Weg zur Bildung von Erzgängen.
Gelangt die Lösung immer weiter in die Nähe der Erdoberfläche und trifft dabei auf versickerndes Oberflächenwasser, entsteht eine heiße Mineralquelle, an der sich z.B. Aragonit und Geyserit als Minerale ausprägen.
Innerhalb der Phase der wässrigen Lösungen werden bei Temperaturen von 300 bis 400°C katathermale (Mineralbeispiel: Arsenopyrit), bei 200 bis 300°C mesothermale (Mineralbeispiel: Sphalerit (Zinkblende), Galenit), bei 200 bis 300°C epithermale (Mineralbeispiel: Nickelin) und unterhalb von 100°C telethermale (Mineralbeispiel: Antimonit) Lagerstätten gebildet.
Charakteristische Minerale des hydrothermalen Stadiums sind bspw. diverse Kupfererze und Magnetkies.

Primär- und Sekundärminerale

Während magmatische Minerale zu den Primärmineralen zählen, sind Minerale sedimentären und metamorphen Ursprungs Sekundärminerale, da diese infolge einer späteren Veränderung aus primären Mineralen hervorgehen.


Bild 2: sedimentäre Minerale: Gips und Ulexit

Minerale sedimentären Ursprungs

Sedimentäre Minerale sind Minerale, die aus der Verwitterung von Gesteinen oder Mineralen und deren Ablagerung oder aus gesättigten Lösungen, entweder vor Ort, autochthon, oder verlagert, allochthon, hervorgehen - wie zum Beispiel Carnallit, Ulexit, Alabaster, Borax, Anhydrit und Halit.


Minerale und Gesteine unterliegen, sobald diese an die Erdoberfläche gelangen, der chemischen und physikalischen Verwitterung, deren Grad abhängig von den lokalen Klimabedingungen ist.


Einige besonders harte Minerale zeichnen sich durch eine besonders hohe Verwitterungsresistenz aus.
Vom Muttergestein losgelöst, erfolgt der Transport jener Minerale über Wasser und Wind. Die Anreicherung erfolgt an anderer Stelle, zum Beispiel als Seifenlagerstätten von Gold, Platin, Diamant oder Zinn.


Teilweise gelangen die gelösten Minerale bis zum Meer oder zu Seen und kristallisieren bei Eindunstung aus. Bekannte Evaporite sind Muschelkalk und Salzlagerstätten, die auch aus der Verdunstung im Wasser gelöster, mineralischer Bestandteile hervorgehen können.


Bild 3: metamorphe Minerale: Magnetit, Muskovit und Granat (Almandin)

Umwandlungsminerale

Während der Metamorphose von Mineralen werden bestehende Minerale durch Druck und/oder hohe Temperaturen, mitunter auch durch hydrothermale Lösungen, verändert.


Das neu gebildete Mineral weist im Anschluss einen Kristallgitterbau auf, der sich optimal an die veränderten Umweltbedingungen angepasst hat. Im Wesentlichen erfolgt ein Aufschmelzen der Minerale, gefolgt von Verdichtung und Rekristallisation; mit oder ohne Zufuhr sowie Abtransport von chemischen Elementen.


Unterschieden wird bei metamorphen Mineralen zwischen metamorphogenen und metamorphosierten Mineralen.
Metamorphogene Minerallagerstätten zeichnen sich durch Stoffanreicherungen während der Metamorphose, insbesondere in Form von Fluiden, aus, die mit den Ausgangsmineralen chemische Reaktionen bewirken, v.a. bei Regionalmetamorphosen.
Metamorphosierte Lagerstätten sind gekennzeichnet, dass keine Änderung des chemischen Aufbaus von Mineralen erfolgt. Vor allem hohe Druck- und Temperaturverhältnisse der Kontaktmetamorphose bedingen eine Entwässerung der Minerale, die abschließend neu formiert werden. Beispielsweise entwickelt sich über diesen Weg aus Hämatit Magnetit und Korund geht aus Bauxit hervor.


Ausdruck niedriger Druck- und Temperaturverhältnisse, etwa 3 kbar und 300 bis 500°C, während der Metamorphose sind z.B. Chlorit, Muskovit und Biotit. Bei mittlerem Druck, 2 bis 7 kbar, und mittleren Temperaturen, 250 bis 700°C, entstehen bspw. Staurolith und Granat. Unter Hochdruckbedingungen, Druck von 2 bis 20 kbar und Temperaturen von 200 bis 500°C, entsteht z.B. Sillimanit, Seifertit oder Perowskit.


Werbung; Literatur zum Thema Mineralogie*



Siehe auch:
Vitriole
Alltägliches - Steine und Minerale im Alltag von Menschen
Zeolithe - Minerale im Einsatz gegen Radioaktivität


Quellen:
Markl, G. und Marks, M. (2014): Minerale und Gesteine: Mineralogie – Petrologie – Geochemie, Springer Spektrum*
Okrusch, M. (2013): Mineralogie: Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde. Springer Sektrum*
Götze, J. und Göbbels, M. (2017): Einführung in die Angewandte Mineralogie. Springer Spektrum*
⇒ Maresch, W., Medenbach, O.; Trochim, H.-D. (1987): Die farbigen Naturführer Gesteine. Mosaik Verlag GmbH München
Pellant, C. (1994): Steine und Minerale. Ravensburger Naturführer. Ravensburger Buchverlag Otto Maier GmbH*
Bauer, J.; Tvrz, F. (1993): Der Kosmos-Mineralienführer. Mineralien Gesteine Edelsteine. Ein Bestimmungsbuch mit 576 Farbfotos. Gondrom Verlag GmbH Bindlach*
Medenbach, O.; Sussieck-Fornefeld, C.; Steinbach, G. (1996): Steinbachs Naturführer Mineralien. 223 Artbeschreibungen, 362 Farbfotos, 250 Zeichnungen und 30 Seiten Bestimmungstabellen. Mosaik Verlag München*
Schumann, W. (1992): Edelsteine und Schmucksteine: alle Edel- und Schmucksteine der Welt; 1500 Einzelstücke. BLV Bestimmungsbuch, BLV Verlagsgesellschaft mbH München*
Schumann, W. (1991): Mineralien Gesteine – Merkmale, Vorkommen und Verwendung. BLV Naturführer. BLV Verlagsgesellschaft mbH München*

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Letzte Aktualisierung: 17. Januar 2019

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