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
2
Ursprung des
Sonnensystems
Bildung und
Veränderung von
Planetesimalen
(Kometen, Asteroiden)
Ursprung des
Erde – Mond
Systems
Planetare Prozesse
Erde vs. Mars
Globaler Massenaustausch
(Aufbau, Chemie und Dynamik
der tiefen Erde)
Zielsetzung Vorlesung
Übung
Einordnung der Minerale in das geologische Gesamtkonzept
Erkennen von Merkmalen und Identifizierung von Mineralen
Arbeitsmaterialien
Literatur
Foliensammlung Vorlesungen Zugangsdaten User: Mineralogie PW: GeomatMin
Skript
Online Übungen
Reste von Protoplanetenkernen Fe,Ni - Meteoriten
Eisenmeteorite spiegeln die
Kernzusammensetzungen von
differenzierten Asteroiden wieder
• Dichte Erdmantel/Erdkern 9,9 g/cm3
• Dichte innerer Kern 12,2 g/cm3 an.
Dichte metallisches Eisen 10,6 g /cm3
Zumischung von leichteren Elementen
Sauerstoff, Silizium, Schwefel
Falls der Innere Kern wärmer sein sollte,
warum war er dann fest, während der äußere
Kern flüssig ist?
Schmelzpunkterniedrigung von metallischem Eisen =>
flüssiger äußerer Kern
Laborversuche
Mantelgesteine in Vulkanen Spinell-Peridotit (Olivinknolle)
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• Dichte von 3,3 g/cm3
• P-Wellengeschwindigkeit 8,1 km/s
Adelebsen, Deutschland
Ross Island, Antarktis
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WESTERN VICTORIA,
AUSTRALIA
Arizona, USA
Katalonien, Spanien
Tay Nguyen-Gebirge, Vietnam
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
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.
.
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
Anordnung erfolgt nach bestimmten Gesetzmäßigkeiten
Eigenschafte der Kristalle sind ein Ausdruck ihres atomaren Aufbaus
Isotrop – richtungsunabhängig
Anisotrop - richtungsabhängig
Abgrenzung der Kristalle zu anderen
homogenen Körpern
=>
Physikalische Eigenschaften beziehen
sich auf eine Richtung
Präsolarer Diamant
TEM
Transmissionselektronenmikroskopie – atomare Auflösung
Nanodiamanten –
die ersten präsolare Kristalle
> 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
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
Auf Wachstumsfläche gibt es Lagen mit unterschiedlicher Anlagerungsenergie
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 Mischkristall ?
Bsp. Olivin (Mg, Fe)2SiO4
Forsterit (Mg2SiO4) und Fayalit (Fe2SiO4)
Nudeln mit Spinat vs. Spinatnudeln
Was ist eine Modifikation?
Bsp. Kohlenstoff: Graphit Diamant hexagonal kubisch
anisotroper Leiter Isolator