Ton – Korngröße oder Mineral? · LÜ-Sedimentologie. Ton-Einführung1. Ton – Korngröße oder...

LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung1

Ton – Korngröße oder Mineral?

TON (AIPEA 1995) :

ein natürliches Material aus sehrfeinkörnigen Mineralen, welches sich

beigeeignetem Wassergehalt plastisch verhält und beim Trocknen oder Brennenverhärtet.

TON istein klastisches Sediment mit einer medianen Korngröße

von weniger als 2 µm

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Clay Mineralogy

Clay Chemistry

Soils and Agronomy

Ceramics

Sedimentary Petrology

Economic Geology

Civil Engineering

Waste disposal (landfills and radioactive)Slope stability

CatalysisColloid propertiesPaper coatingsDrilling fluidspharmaceuticals

Hydrothermal weathering

Environment of depositionStratigraphic correlationReservoir qualityBasin History

NutrientsTilthFertilizer

Wer untersucht Tone?

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Ton, Keramik, Baustoffe, Papier

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Ton, Chemie, Medizin und Pharmazie

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Verwendung

• Porzellan (Kaoline)• Keramik, Ziegel (Tone, Auenlehme, wenig Smektit)• Deponiebau (min. 20% Tonminerale)• Papierindustrie (Kaolinit)• Bohrspülung (Bentonit)• Tunnelbau (Bentonit)• Pharmazie

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Überbegriff TongesteinLutit (lat. lutum = Lehm): v.a. KarbonatgesteinePelit (gr. pelos = Schlamm): übergeord. BegriffMergel: Tongesteine mit 25-75% Karbonat

(Tonmergel 25-50% - Kalkmergel 50-75%)Letten: farbige Ton/Siltsteine (Keuper, Zechstein)Schlamm: Ton + SiltLehm: Ton + Sand, Verwitterungsprodukt Tonschiefer: metamorphe Tonsteine

NomenklaturTon (unverfestigt) - Tonstein (verfestigt)

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clay Ton

claystone Tonstein ohne sedim. Paralleltextur

shale Tonstein mit sedimentärer Paralleltextur

argillite (Schieferton)

slate Tonschiefer mit tektonischer Paralleltextur

"tonstein" (engl.) Kaolinkohlentonstein

mud (Schlamm) mudstone (Schlammstein)

Nomenklatur II (engl.)

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O2- Si4+, Al3+ OH- Al3+, Mg2+, Fe3+, Fe2+

[SiO4] tetrahedra [M(O,OH)6] octahedra

Bauelemente der Tonminerale

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Tetraederschicht

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Oktaederschicht

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trioktaedrisch (2+ Kation) dioktaedrisch (3+ Kation)

Oktaederbesetzung

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a) 1:1 (tetrahedral : octahedral) or (TO)b) 2:1 (tetrahedral :octahedral : tetrahedral) or (TOT)c) 2:1:1 (tetrahedal:octahedral : tetrahedral ) : octahedral or (TOT:O)

a)

b)

c)

Kombinationsmöglichkeiten für Tetraeder und Oktaederschicht

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Begriffe (AIPEA):a) Ebene

(plane): b) Schicht

(sheet):c) Zwischenschicht

(interlayer):d) Schichtpaket

(layer): e) Struktureinheit

(unit structure):

Struktur der Tonminerale

LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung14kaolinite, dickite, halloysite, serpentine

Dioctahedral: Al2[Si2O5(OH)4]

Trioctahedral: Mg3[Si2O5(OH)4]

d001

T

0

T

0KAOLINITE (view along b axis)

1:1 Typ

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pyrophyllite, talc, montmorillonite, illite, micas

Dioctahedral: M+x+y Si4-xAlx Al3+

2-yMg2+y O10(OH)2

Trioctahedral: M+x+y Si4-xAlx Mg2+

3-yLi+y O10(OH)2

d001

T0

T

T0

T

SMECTITE (view along b axis)

2:1 Typ

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Tr,Tr chlorites; Di,Di chlorites; Di,Tr chlorites

d001

T0

TT0

T

0

CHLORITE (view along b axis)

2:1:1 Typ

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Tonminerale-Struktur (4)

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Tonminerale-Sytematik

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Tonminerale-Sytematik

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Unit-layer formula for an unsubstituted 2:1 clay mineral: Al4Si8O20(OH)4

Unit-layer formula for a substituted 2:1 clay mineral: [Al3.5 Mg0.5]Si8O20(OH)4

Isomorpher Ersatz

4 x Al3+ + 12 3.5 x Al3+ + 10.5

8 x Si4+ + 32 0.5 x Mg2+ + 1

20 x O2- - 40 8 x Si4- + 32

4 x OH- - 4 20 x O2 - 40

Net charge 0 4 x OH- - 4

Net charge - 0.5

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Wechsellagerungsminerale

• regelmäßig (50:50) oder unregelmäßighäufig:• Illit-Smectit (regelmäßig und unregelmäßig) z.B. Rectorit• Chlorit-Smectit (regelmäßig und unregelmäßig) z.B. Corrensit

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Wechsellagerungsminerale

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Polytypen

Moore&Rynolds, 1997

Glimmer

1M

2M1

3T

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Verwitterung

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Silikatverwitterung

Apello&Postma, 1993

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Tonminerale-Genese

Kaolinitgruppe• Verwitterung magmatischer und metamorpher Geteine in humidem

KlimaSerpentingruppe• Hydrothermale Umwandlung Mg-reicher (z.B. olivinhaltiger),

ultrabasischer GesteineTalk-Pyrophyllitgruppe• Talk wie Serpentin, Pyrophyllit durch hydrothermale Umwandlung Al-

reicher GesteineSmektitgruppe• Verwitterung vulkanischer Aschen oder hydrothermale Spätphase des

Vukanismus• Auch Verwitterung ultrabasischer, Fe-haltiger Gesteine (Nontronit)

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Tonminerale-Genese

Vermiculitgruppe• Hydrothermale Umwandlung von Biotit oder Phlogopit oder durch

Verwitterung dunkler, gesteinsbildender MineraleIllitgruppe• Hydrothermale Bildung bei gleichzeitigem K+ und H3O+ Angebot oder

durch Austausch von K+ gegen H3O+ aus Muskovit• Dehydratation von Smectiten bei der DiageneseGlimmergruppe• Magmatische Bildung (meist saure Gesteine) und metamorphChloritgruppe• Metasomatische Veränderung Mg-reicher Gesteine

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Diagenese / Metamorphose

Meunier, 2005

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Smectit – Illit Umwandlung

Meunier, 2005