Wissen für Anfänger

Ich bin die Erde, so wie ihr sie heute kennt. Mein Alter ist etwa 4,55 Milliarden Jahre. Doch ich sah nicht immer so aus, denn zu Beginn gab es vor ca. 540 Mio. Jahren vier größere Landmassen bzw. Kontinente, Laurentia, Baltica, Gondwana und Sibiria. Diese Landmassen sind im Grunde nur hauchdünne Krusten, die auf den flüssigen Kern schwimmen. So kam es auch, daß der Kontinent Laurentia und Gondwana zusammen stießen und es enstand der Urkontinent Pangaea, was aus dem griechischen kommt und soviel heiß, wie Unsere eine Erde.

Das ist etwa 300 bis 150 Millionen Jahre her und dieser brach auseinander, wobei sich die heutigen Kontinente immer weiter voneinander entfernen und die sogenannten tektonischen Platten aneinander reiben. So entstehen Gebirge, aber auch Erdbeben.

So verändere ich mich seit Urzeiten
Wissenschaftler haben meine Zeit unterteilt, damit sie die Zeitalter besser zuordnen können, um die Entwicklung von der Erde zu beschreiben. Sicher hast du schon einige Begriffe in Verbindung mit den Sauriern oder anderen geschichtlichen Ereignissen gehört.
Meine tektonischen Platten sind größer, als das Land, was du vom Atlas her kennst, denn Großteile liegen unter Wasser und sind so nicht immer sichtbar.
Meine Erdkruste im Vergleich zur Gesamtmasse nur hauchdünn. Vergleichbar ist es mit der Eierschale, die auch nur sehr dünn ist. Der Rest ist flüssig oder zähflüssig und im Erdkern herrschen 4000 und 5000 Grad Celsius. Im Zentrum befindet sich der feste Erdkern mit einem Radius von etwa 1250 km, welcher hauptsächlich aus Eisen und Nickel besteht.  Dann komm der flüssige Teil des Erdkerns, der hauptsächlich aus flüssigem Eisen besteht und ca. 2200 km dick ist. Hier herrschen Temperaturen von etwa 2900 Grad Celsius. Darüber kommt die 2900 km mächtige Schicht des sogenannten Mantels aus zähflüssigem (zähplastischem) Gestein (Silikate und Oxide). Im unteren Mantel, zwischen 660 km und 2900 km Tiefe, herrscht eine Temperatur von etwa 2000 °C. Ihr folgt eine Übergangszone: Dieser Bereich zwischen 410 km und 660 km Tiefe gilt als Übergang vom oberen zum unteren Mantel, wird gelegentlich jedoch schon zum oberen Mantel gerechnet. Die Grenzen orientieren sich an den Tiefen der Mineral-Phasenübergänge des Olivins, dem Hauptbestandteil des oberen Mantels. Der obere Mantel beginnt in 410 km Tiefe und erstreckt sich bis herauf zur Erdkruste. Er besteht aus Peridotit, der sich aus Olivin und Pyroxen zusammensetzt, sowie einer Granat-Komponente. Der oberste Bereich des Mantels umfasst die sogenannte Lithosphäre, die weiter auch die Erdkruste mit einschließt, und die darunter liegende zähplastische Asthenosphäre. Und dann eine relativ dünne, harte Kruste. Sie besteht ebenfalls aus Silikaten und Oxiden, ist aber mit Elementen angereichert, die nicht im Mantelgestein vorkommen.

Die Entstehung der Gesteine und Mineralien
Gesteine, oder Steine, wie wir umgangssprachlich sagen, gibt es, genauso, wie die Mineralien, überall auf der Welt. Doch sie sind nicht überall gleich und so einiges kann man nur in bestimmten Gebieten finden, denn es müssen auch bestimmte Bedingungen vorgeherrscht haben. Alles in Allem ist der Ursprung immer das Magma. Magma nennt man das noch flüssige – geschmolzene Gestein, welches in der Erde ist. Es enthält die Mineralien, die im oberen Teil des Erdmantels und in der tieferen Erdkruste vorkommen. Das rotglühende und heiße Magma ist ständig in Bewegung und erzeugt bei Überdruck die Vulkanausbrüche und auch Erdbeben.
Tritt nun das Magma durch gewaltige Explosionen an die Oberfläche der Erde, dann nennt man das Magma Lava, die dann als zähflüssige Masse zu sehen ist, die sich vom Vulkan wälzt. Doch diese Lava ist nicht nur zerstörerisch, sondern durch die enthaltenen Mineralien auch äußerst fruchtbar. Nachdem der Lavafluß zum Stillstand gekommen ist, erkaltet sie und Mineralien beginnen sich abzusondern. In der Regel ist sie grau, braun oder schwarz, doch carbonatreiche Lava, die sehr selten ist, kann auch beige bis weiß sein. Hier redet man dann von den sogenannten Vulkaniten. Von Pyroklastite spricht man, wenn Fragmente von Lava oder Gesteinen (Lavafetzen, welche mit Gesteinsresten der Schlotfüllung oder Schlotumrandung vermengt ist), die bei vulkanischen Eruptionen erst durch die Luft geschleudert werden. Man nennt sie auch Vulkanbomben. Gesteinsglas, wie Obsidian usw., entsteht durch eine Schockabkühlung. Das ist eine besonders schnelle Abkühlung von Gesteinsschmelzen, wie an der Oberfläche von Lavaströmen oder beim Einfließen von Lava ins Meer. Je nach Gasgehalt ist die erkaltete Lava mit Löchern durchzogen und sie ist dadurch relativ leicht. Man redet hier auch vom Tuffgestein und die älteren unter uns kennen auch noch den Bimsstein, den sie zum Händewaschen und zum Entfernen der Hornhaut an den Füssen nahmen. Bims ist ein poröses glasiges pyroklastisches Vulkangestein.  Die Farbe kann stark variieren - ist sie nahezu schwarz und wird sie Gesteinsschaum genannt und mit zunehmendem Luftgehalt und abnehmender Blasengröße wird die Farbe. In den Poren des Bimses können (auch bunte) Einlagerungen wie Vulkanglas und Kristalle, wie Opal vorkommen.
Bims findet eine vielseitige Anwendung, denn es wird zur Herstellung von Leichtbeton benutzt, welche eine hohe Wärmedämmung hat und Gärtner wissen diese als Granulat zu schätzen, denn es verbessert die Bodendurchlüftung, die Wasserspeicherfähigkeit und die Durchwurzelbarkeit. Zudem ist Bims mineralienreich und eignet sich wunderbar zur Dachbegrünung. Als feines Pulver gemahlen dient Bims als Schleifmittel für Holz und für die Schellackpolitur. Mit Bimsmehl werden Silberringe usw. mattiert und der Zahntechniker benutzt Bims mit verschiedenen Körnungen für die Kunststoffbearbeitung der Prothesen. Auch die "Stone-washed" Jeans werden in der Trommel mit Bimssteinen gewaschen.Da Bims aus saure Lava entsteht, ist es sehr reich an Siliziumdioxyd und einige zählen Bims auch zur Rhyolith-Gesteinsfamilie. Feldspatreiches Glas wurde früher auch Punit genannt. 
Das Erstarren der Lava nennt man auch die primäre Gesteinsbildung, wobei man von Mineralien spricht, wenn es sich um einheitlichen Stoff handelt. Handelt es sich um ein Stoffgemisch, spricht man von Gestein – also eine Mischung von Mineralien und auch Felsstücke des Vulkans können im Gestein enthalten sein. Abhängig von der Abkühlzeit und von der Zeit, die das Mineral zum Wachsen hat, ist auch die Größe der entstandenen Kristalle. Solche Mineralien und Gesteine des primären Bildungsprinzips werden wiederum zwischen Vulkanite und Plutonite unterschieden, wodurch die Mineralogen wissen, wo diese entstanden sind. Vulkanite bilden sich an der Erdoberfläche und Plutonite entstehen schon in der Tiefe und auch die Plutonite werden wiederum in drei Gruppen eingeteilt. Liquidmagmatisch (flüssige Magma – hier entstehen Olivin, Chromit, kalziumreicher Plagioklas, sowie Pyrop, Rosenquarz, Chromeisenerz, und Zirkon), pneumatolytisch (sehr gasreich und sauer – hier entstehen Topas, Fluorit, oder Turmalin, Beryll, Lepidolith, Apatit und Pyrit, oder Hämatit und Granat.) und hydrothermal (wässrige Lösungen der Restschmelze, die sich bei einer Temperatur unter 375°C (bis handwarm) bilden. Hier entstehen  Silizium, Chlor, Fluor und Metallen. Wird die Lösung nach oben in die selbst noch warmen Klüfte und Spalten gedrückt und kristallisiert dort aus).
Beim primären Bildungsprinzip kühlen die Stoffe unterschiedlich aus und somit ist auch die Erstarrung, sowie die Kristallisation unterschiedlich und ein kleines Kristallsetzt sich an das andere und haben die Mineralien keine Zeit zum auskristallisieren, weil sie zu schnell erstarren entstehen die Obsidiane, Bimsstein und Basalt, sowie Augen-Jaspis und Feueropal usw.
Mittel- und grobkörnigen Plutonite (oder Tiefengesteine) hingegen, entstehen, wenn das Magma langsam in einem Zeitraum von Jahrtausenden in der Tiefe abkühlt und sich die  Gesteine Granit, Syenit, Diorit bilden. 
Zu den "Fliesgestein" gehört auch die Familie der Rhyolithe, die silikatische vulkanische Gesteine sind und aus Quarz und Alkalifeldspat bestehen. Mitunter enthalten sie auch Plagioklas und Biotit in mikrokristalliner Form oder als glasartige Masse.  Rhyolithe können dabei stark variieren, was die Form betrifft, denn sie können vollkommen kristallin sein, sehr gemischt bis hin zu den reinen und glasigen Vulkanglas. So ist der Rhyolith das Gegenstück der Granite. Diese roten, rotgrauen oder rot- bis grauvioletten Gesteine haben immerhin noch eine Temperatur von bis zu 950 Grad Celsius, wenn sie die Erdoberfläche erreichen. Magma ist aber nicht immer und überall gleich, denn es besteht aus sehr unterschiedlichen Mineralstoffen und so findet man Mineralien eben auch an unterschiedlichen Orten. Doch nicht nur die Hitze und der Druck bestimmen das Ursprungsmineral, sondern auch andere ortsbedingte Einflüsse. 
Eben konnten wir etwas über das primäre Bildungsprinzip lesen, doch es gibt insgesamt drei Bildungsprinzipien.

Das zweite, sekundäre Bildungsprinzip besteht aus der Verwitterung und der Ablagerung und diese beiden Faktoren werden letztendlich durch die Natur beeinflußt und sie bestimmt, was daraus wird, denn Wind und Wetter, sowie weitere Faktoren, wie die Zeit usw. machen die festen Strukturen der Mineralien und Gesteine brüchig und porös. Solche  Brocken werden nun vom Berg/Vulkan durch Wind und Wetter abgetragen und spülen oder rutschen die Hänge runter. Dort, wo sich nun das Geröll sammelt, wenden neue Gesteine gebildet, was man dann auch Sedimentation nennt. Sediment ist also eine Masse aus Schlamm und Gestein oder Mineralien, wobei der Schlamm austrocknet, sich verfestigt und die Gesteine oder Mineralien fest einschließt. Mineralogen unterscheiden die Einflüsse und sprechen von physikalischer Verwitterung, chemischer Verwitterung und biologische Verwitterung.

Die physikalische Verwitterung bedeutet, das Wasser in das Gestein eindringt und durch Frost  auseinandergesprengt wird. Bei extremen Unterschieden der Tages und Nachttemperatur in Steinwüsten geschieht dieses täglich. Bei einer chemischen Verwitterung dringt kohlendioxidhaltiges Wasser in Klüfte, Risse und Hohlräume ein und ätzt das Kalk- und Gibsgestein heraus. Beim silikathaltigem Gestein, wie beim Granit bleibt dann nur die Körnung des Gesteins erhalten und man sprich von einer "Wollsackverwitterung" oder Vergrusung.

Eine biologische Verwitterung hat man, wenn Pflanzenwurzeln in die Risse eindringen und das Gestein sprengen oder wenn Humussäure das Gestein verätzt. Oft aber kommen die einzelnen Einflüsse auch zusammen. Sedimente sind also Ablagerungen von Kalken, Sand und Gesteinen, die über eine lange Zeit mit großem Druck zusammengepresst wurden und so neues Gestein bilden.  Je länger die Bruchstücke bis zum endgültigen Ablagerungsplatz transportiert werden, desto mehr schleifen sie sich zu Kieseln ab, wodurch man auch die etwa die Entfernung vom Ursprungsort schätzen kann. Von Breccien spricht man dann, wenn Ton kantige Bruchstücke "verkittet" hat und Konglomerate haben abgerundete Gesteinsstückchen. Größere Steine haben ein größeres Gewicht und sacken in Sedimenten nach unten, wodurch sie dann den Boden von Sedimenten bilden, während sich kleinere und kleinste Teilchen darauf ablagern, wodurch man auch ein Sedimentgestein erkennen kann. Dieses nennt der Mineraloge eine gradierte Schichtung. Ein weiteres Sediment ist der Sandstein, der durch seine Bindemittel, wie Ton, Quarz und Kalk seine Namen erhält. Stark verdichteter Sandstein ist sehr schwer und man nennt ihn Bundsandstein. Was nicht so bekannt ist, ist die Tatsache, daß alle Jaspise zu den Sandsteinen gehören, aber auch Gips und Kalk entstehen durch die sekundäre Bildung. So entstehen die Tropfsteine (Sinterstein wie Stalagmiten – stehend und die Stalaktiten – hängend) durch kalkhaltiges Sickerwasser, wobei sich der Kalk – Calzit - bei Verdunstung ablagert und so auch die Travertin- (Kalksinter-) Terrassen in der Türkei das Gebirge mit Kalk überkrustet. Aber auch die Kalkablagerungen von den Skeletten abgestorbener Meerestiere, wie Muscheln, Korallen und Schnecken können ein Gebirge aufbauen, wie man es in Salzburg sehen kann, denn der Untersberg ist ein gutes Beispiel. Kugelförmige Kalkablagerungen um Fossilien oder Sandstücke nennt man Oolithe. 

Das dritte und letzte Bildungsprinzip ist das tertiäre Bildungsprinzip, wobei bestehende Mineralien und Gesteine sich umwandeln und so neues Gestein und Mineralien bilden. Hier spricht der Mineraloge von der Metamorphose (Umwandlung, Gestalltswandlung) und diese Umwandlung kann nur durch hohen Druck oder große Hitze entstehen, die auf die Mineralien und Gesteine einwirken. Dabei werden bestimmte Stoffe aus dem Mineral herausgedrückt, wodurch ein Mineral entsteht, das diesen hohen Druck und die große Hitze aushält und somit härter wird. Man nennt diese Mineralien dann auch Metamorphite oder Tertiärmineral.
Dieses sind normalerweise umwälzende Prozesse in der Erdkruste, wenn z.B. der Kontinentaldrift ein Gebirge aufwirft. Das entsteht, wenn eine Kontinentalplatte unter oder über die andere geschoben wird oder wenn beide Platten gegeneinander stoßen.
Bei der Metamorphose muß sich das Gestein oder das Mineral also "neuorientieren" bzw. neu ordnen und so entsteht z. B. aus unterschiedlichen Eisenvorkommen der Magnetit. Diese Neuordnung hilft dem Gestein, nicht aufgeschmolzen zu werden und so kann auch z.B. die Temperatur bei der Entstehung von Metamorphiten wesentlich höher sein, als bei der Bildung von Primärgesteinen, da der enorme Druck das Aufschmelzen verzögert. Dabei werden die niedrigschmelzenden von dem höherschmelzenden Bestandteilen getrennt und dadurch entstehen schlierige Schichten, wie man sie u.a. vom Tigereisen und dem Serpentin her kennt. Diese schlierigen Schichten verformen sich oft wellenförmig.
Bei einer sogenannten Regionalmetamorphose legen sich die Ablagerungen Schicht auf Schicht und die Sedimentschicht wird immer dicker und schwerer, wobei sie langsam durch das Eigengewicht immer tiefer einsinkt und sich der heißen Magma wieder nähern. An diesen Punkt werden dann große Gesteinsregionen durch die hohe Temperatur und dem Hohen Druck umgewandelt und es entstehen kristalline Schiefer mit den entsprechenden Mineralien, wie Jade, Nephrit, Serpentin, Thulit, Tigereisen und Disthen. So wird aus Kalkstein dann Marmor, wobei beim Kontakt mit der Magma auch Rubin in Zoisit entstehen kann. Das nennt man dann Kontaktmetamorphose. Hierbei werden an der Grenze zwischen dem chemisch empfindlichen Kalkstein und der Gesteinsschmelze durch aufsteigende eisenhaltige Gase die Skarne, wie z.B. Granat, Hämatit und Pyrit gebildet. Andere Gase mit anderen Mineralbestandteilen bilden durch die chemische Reaktion mit dem Sauerstoffaustausch, daß sich Falken- und Tigerauge (rot und braun), sowie Charoit und Rhodonit.

Zu erwähnen sei aber auch noch, daß es auch eine Bildung von organischen Mineralien gibt. 

Auf diese drei Bildungsprinzipien beruhen alle bisher bekannten Mineralien und bislang gibt es ca. 3000 Mineralien, die zwar bekannt sind, aber alle noch nicht  gänzlich untersucht und beschrieben sind. Auch heute noch werden immer wieder neue Mineralien und Gesteine entdeckt. Das ist der heutige Stand der Mineralogie, wobei nur ein Bruchteil der normalen Bevölkerung bekannt ist, denn nur wenige Mineralien finden, auf Grund ihrer Schönheit und Größe, Beachtung. Der Wert dieser Mineralien wird dabei hauptsächlich, von der Beliebtheit, der Klarheit, Form und Farbe bestimmt, wobei auch diese Faktoren darüber entscheiden, was ein Mineral und was ein Edelstein ist. Der Begriff Halbedelstein ist veraltet und es gab ihn auch nur im Volksmund.

Mineralogie ist die Wissenschaft, die sich mit den Mineralien beschäftigt. An dieser Stelle muss man wohl erst einmal Mineralien definieren. Ein Mineral ist ein fester oder auch selten flüssiger Stoff mit bestimmten chemischen und physikalischen Eigenschaften, der in der Erde vorkommt. Im Vergleich dazu sind Gesteine Stoffe, die sehr unterschiedlich sind. Mineralien sind etwas was den Menschen schon seit Jahrtausenden fasziniert. Es gibt ungefähr 3000 bekannte Mineralien doch nur wenige von Ihnen konnten den Menschen begeistern. Hierbei geht es um das Aussehen der Mineralien die ausschlaggebend dafür sind wie beliebt sie sind. Besonders schöne Mineralien sind sehr oft durchsichtig und haben auch oft eine schöne Farbe oder eine schöne Form. Die Beliebtheit eines Minerals entscheidet also darüber, ob er als Edelstein angesehen wird oder nicht.

Nun kommen wir zu den physikalischen und chemischen Eigenschaften der Mineralien, die den meisten ein Gräuel sind, weil es sich im ersten Moment alles so verwirrend  anhört. Mineralogen und Sammler, sowie andere Wissenschaftler, die sich ernsthaft damit beschäftigen, müssen dieses Wissen haben. Wer nur mal Mineralien und so sammelt notiert sich allenfalls mal die chemische Formel, die Mohshärte und den Fundort.
Die chemische Formel zeigt die Hauptbestandteile eines Minerals auf, wobei diese noch andere Stoffe enthalten können, die man dann Spurenelemente nennt, weil sie in so geringen Mengen enthalten sind. Spurenelemente sind aber dennoch nicht unwichtig, denn meistens sind sie für die Farbe mitverantwortlich. Einfach ist es, wenn es nur ein einzelnes Mineral ist, doch die meisten Mineralien haben eine Zusammensetzung aus Molekülen oder Ionen, die dann eben in der chemischen Formel angegeben werden. Mineralogen haben diese in neun Mineralklassen eingeteilt.

1. Elemente (Diamant, Gold, Silber)

2. Sulfide, Selenide, Telluride, Arsenide, Antimonide und Bismutide (Pyrit, Bleiglanz)

3. Halogenide (Fluorit, Steinsalz)

4. Oxide und Hydroxide (Korund, Quarz – Bergkristall, Amethyst, Rauchquarz, Citrin, Rosenquarz, Chalcedon, Karneol, versteinertes Holz, Achat, Opal), sowie (Korund – Rubin, Saphir)

5. Nitrate, Carbonate und Borate (Calcit, Malachit, Aragonit, Korallen, Smithsonit)

6. Sulfate, Chromate, Molybdate und Wolframate (Alabaster, Coelestin, Baryt, Wüstenrose, Wüstenglas, Selenit, Gibs,)

7. Phosphate, Arsenate und Vanadate (Türkis)

8. Silikate (Feldspat, Topas, Jade, Kunzit, Amazonit, Lapislazuli, Turmalin, Dioptas, Disthen-Cyanit,  Apophyllit, Hemimorphit, Stilbit, Olivin)

9. Organische Verbindungen (Bernstein)
   
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