Begriffserklärungen
Wie in jeder Wissenschaft gibt es auch in der Geologie viele Fachbegriffe und Beschreibungen. Damit der Einstieg etwas einfacher wird (oder auch einfach nur zum Nachschlagen) werden auf dieser Seite einige Fachbegriffe für physikalische Eigenschaften der Minerale kurz erklärt. Diese Erklärungen sind notgedrungen sehr knapp gehalten und in keiner Weise vollständig!
- Kristallsystem
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- Morphologische Eigenschaften
- Form, Tracht, Habitus, Aggregatform, Verwachsungen (Zwillinge)
- Mechanische Eigenschaften
- Dichte, Härte, Kohäsion (Spaltbarkeit, Teilbarkeit, Bruch, Tenazität)
- Optische Eigenschaften
- Glanz, Transparenz, Farbe, Strichfarbe, Lichtbrechung, Doppelbrechung, besondere Effekte (Opaleszenz, Labradorisieren, Chatoyance, Asterismus)
- Andere Eigenschaften
- Magnetische Eigenschaften, Geschmack, Geruch, chemische Reaktivität
Kristalle:
| Härte | Dichte | Kristallsystem | Kohäsion | Farbe | Strichfarbe | Glanz |
|---|
Gesteine:
Gefüge |Mineralbestand
Härte
Es gibt verschieden Methoden, die Härte eines Materials zu ermitteln. Eine auch im Gelände leicht ohne weitere Hilfsmittel anzuwendende ist die Ritzhärte nach Mohs. Der Wiener Mineraloge Friedrich Mohs (1773 - 1839) entwickelte hierzu eine einheitliche Skala mit zehn bekannten Mineralien als Richtwerte. Das weichste Mineral der Skala besitzt die Härte 1 und das härteste die Härte 10. Jedes Mineral in der Skala kann von den ihm gegenüber härteren geritzt werden, selbst kann es nur die ihm gegenüber weicheren Mineralien ritzen. Wie man beim Vergleich z.B. mit der Eindruckhärte nach Vickers leicht sieht, ist die Mohs’sche Härteskala keineswegs linear.
| Mohshärte | Mineral | Hilfsprüfung | Vickers Härte in HV | absolute Härte |
|---|---|---|---|---|
| Härte 1 | Talk | mit Fingernagel schabbar | 2.4 | 0.03 |
| Härte 2 | Gips | mit Fingernagel ritzbar | 36 | 1,25 |
| Härte 3 | Kalzit | mit Kupfermünze ritzbar | 109 | 4.50 |
| Härte 4 | Fluorit | mit Messer leicht ritzbar | 189 | 5.00 |
| Härte 5 | Apatit | mit Messer gerade noch ritzbar | 536 | 6.50 |
| Härte 6 | Orthoklas | mit Staglfeile ritzbar | 795 | 37.00 |
| Härte 7 | Quarz | ritzt selber Fensterglas | 1120 | 120.00 |
| Härte 8 | Topas | - | 1427 | 175.00 |
| Härte 9 | Korund | - | 2060 | 1000.00 |
| Härte 10 | Diamant | - | 10060 | 140 000.00 |
Dichte
Die Dichte bzw. das spezifische Gewicht eines Stoffes gibt sein Gewicht im Verhältnis zum Gewicht des gleichen Volumens Wasser an. Angegeben wird das ganze in Gramm pro Kubikzentimeter. Da ein mit Wasser gefüllter Würfel mit einem Zentimeter Kantenlänge genau ein Gramm wiegt, entspricht zum Beispiel eine angegebene Dichte von 7,13 für ein Mineral, dass ein (theoretischer) Würfel des Minerals mit einer Kantenlänge von einem Zentimeter 7,13 Gramm wiegen würde.
Kristallsystem
Die sieben Kristallsysteme dienen zur Klassifizierung kristalliner Substanzen in Bezug auf die Symmetrie der Anordnung der atomaren Bausteine. Substanzen ohne eine solche regelmäßige Anordnung werden amorph genannt. Bei sogenannten idiomorphen Mineralen kann man die Symmetrie des Kristallsystems mitunter aus der Anordnung der Kristallflächen ableiten. Andererseits kann ein und dasselbe Minerale nur einen Teil der möglichen Kristallflächen oder diese auch unterschiedlich groß ausbilden, so dass ganz unterschiedlich aussehende Kristalle (vgl. Tracht, Habitus) entstehen. Beschrieben wird das Kristallsystem mithilfe der Achsenlängen (a, b und c) und Achsenwinkel (α, β und γ) eines dreidimensionalen Achsensystems.
Kubisches System
Alle drei Achsen des Achsenkreuzes sind gleich lang und schneiden sich im rechten Winkel.
Achsen: a = b = c
Winkel: α = β = γ = 90°
Tetragonales System
Zwei Achsen des Achsenkreuzes sind gleich lang, die dritte (Hauptachse) ist entweder länger oder kürzer.
Alle Achsen schneiden sich im rechten Winkel.
Achsen: a = b ≠ c
Winkel: α = β = γ = 90°
Hexagonales System
Drei der vier Achsen sind gleich lang, liegen in einer Ebene und schneiden sich unter 120°. Die vierte Achse unterscheidet sich in der Länge und steht senkrecht auf dieser Ebene.
Achsen: a = b ≠ c
Winkel: α = β = 90°, γ = 120°
Trigonales System
Drei der vier Achsen sind gleich lang, liegen in einer Ebene und schneiden sich unter 120°. Die vierte Achse unterscheidet sich in der Länge und steht senkrecht auf dieser Ebene. Der Unterschied zum hexagonalem System liegt im Querschnitt. Während das hexagonale System eine sechseckigen Grundform besitzt, ist es beim trigonalem System eine dreieckige Grundform.
Achsen: a = b = c
Winkel: α = β = γ ≠ 90°
Rhombisches System
Alle drei Achsen des Achsenkreuzes sind verschieden lang und schneiden sich im rechten Winkel.
Achsen: a ≠ b ≠ c
Winkel: α = β = γ = 90°
Monoklines System
Alle drei Achsen des Achsenkreuzes sind verschieden lang. Zwei davon schneiden sich im rechten Winkel, der Winkel der dritten zu diesen beiden ist beliebig, aber ungleich 90°.
Achsen: a ≠ b ≠ c
Winkel: α = β = 90° ≠ γ
Monoklines System
Alle drei Achsen des Achsenkreuzes sind verschieden lang und gegeneinander ungleich 90° geneigt.
Achsen: a ≠ b ≠ c
Winkel: α ≠ β ≠ γ ≠ 90°
Kohäsion (Spaltbarkeit, Teilbarkeit, Bruch, Tenazität)
Das Verhalten eines Minerals bei mechanischer Zerstörung ist strukturabhängig, daher in kristalliner Materie immer anisotrop. Eine Spaltbarkeit ist eine Schwächezone entlang kristallographischer Flächen mit schwächerer chemischer Bindung, entlang derer das Mineral bevorzugt bricht. Sie wird qualitativ als perfekt – sehr gut – gut – mäßig gut – schlecht beschrieben. Teilbarkeit ist ähnlich, aber parallel zu bestimmten Diskontinuitäten wie Zwillingsverwachsungsflächen oder Entmischungslamellen orientiert. Ein Bruch hat keine erkennbare Beziehung zu einer kristallographischen Fläche und wird nach seiner Morphologie als rau - uneben - splittrig – hakig - muschelig beschrieben. Die Tenazität beschreibt die Verformbarkeit, insbesondere bei Metallen und kann z.B. hämmerbar – schneidbar – duktil – flexibel – spröde sein.
Glanz
Der Glanz ist der visuell erkennbare Effekt der Lichtbrechung und hängt auch von der Transparenz bzw. dem Reflexionsvermögen des Minerals ab: metallischer Glanz entsteht bei 20-50 % Lichtreflexion, nichtmetallischer Glanz bei < 5 % Lichtreflexion. Er wird qualitativ als metallischer – halbmetallischer – Diamant- – Glas- – wässriger Glanz beschrieben. Die Beschaffenheit der Oberfläche ermöglicht weitere Unterscheidungen, wie z.B. lackartig (ganz glatte Oberflächen), Permutt-G. (feine oberflächenparallele Ablösungen), Porzellan-G. (Trübungen), Seiden-G. (feinfaserige Struktur), Wachs- oder Fett-G. (glatte, sanft unebene Oberflächen mit zusätzlichen Trübungen).
Farbe
Minerale werden unterteilt in transparente (lichtdurchlässige) und opake (nicht lichtdurchlässige) Arten, wobei die Lichtdurchlässigkeit von der Länge des Lichtwegs durch das Mineral abhängt. Die Farbe ist eine kooperative Eigenschaft von Chemismus und Kristallstruktur, verursacht durch wellenlängenspezifische Licht-Absorption (Wellenlängenbereich 400 – 750 nm). Farblose Minerale absorbieren keine Lichtwellen im angegebenen Bereich. Farbige Minerale zeigen die Farbe, die sich aus der Kombination der nicht absorbierten Wellenlängen ergibt. Bei nicht-kubischen Mineralen hängt die Absorption oft von der Kristallorientierung ab (Pleochroismus, Dichroismus). Die Farbe kann auch von der Intensität der einzelnen Wellenlängen der Lichtquelle abhängen (Kunstlicht, Tageslicht). Opake Minerale lassen kein Licht durch. Die Lichtdurchlässigkeit kann auch durch Streuung des Lichts an unebenen Oberflächen oder feinsten Einschlüssen verringert sein. Werden alle Wellenlängen des Lichts gleichmäßig gestreut und reflektiert, erscheint das Mineral weiß.
Strichfarbe
Der Strich ist die Farbe des Minerals, wenn es als feines Pulver vorliegt. Durch die feine Zerteilung entspricht der Farbeindruck bei eher opaken Mineralen mehr dem im durchfallenden Licht in sehr dünnen Blättchen. Transparente Minerale haben dagegen in der Regel einen farblosen Strich. Man erzeugt die Strichfarbe durch Verreiben auf einem unglasierten Porzellantäfelchen.
Magnetische Eigenschaften
Die magnetischen Eigenschaften eines Minerals werden durch die Konfiguration der magnetischen Dipole bestimmt. Jedes Atom besitzt ein permanentes magnetisches Moment, das sich aus dem Spin seiner Elektronen und der Orbitalbewegung der Elektronen um den Atomkern ergibt. Gewöhnlich neutralisieren sich die einzelnen Felder gegenseitig, so dass kein magnetisches Moment nach außen wirkt. Man unterscheidet diamagnetische, paramagnetische, ferro- bzw. antiferromagnetische und ferrimagnetische Minerale. Nur die ferrimagnetischen Minerale haben ein permanentes magnetisches Dipolmoment, so dass man sie mit einem Handmagneten identifizieren kann.