Mineral

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Ein Mineral (aus mittellateinisch aes minerale "Grubenerz", im 16. Jahrhundert nach französischem Vorbild geprägt) ist im Gegensatz zum Gestein ein einzelnes Element oder eine einzelne chemische Verbindung, die im Allgemeinen kristallin und durch geologische Prozesse gebildet worden ist.
Der Plural lautet Minerale (in der Wissenschaft in Deutschland und Österreich verwendet) oder Mineralien (von Sammlern, Händlern und in der Deutschschweiz als Synonym zu Minerale verwendet).
Die Mehrzahl der heute bekannten und von der International Mineralogical Association (IMA) als eigenständig anerkannten rund 5.650 Mineralarten (Stand 2020) ist anorganisch, doch auch einige organische Substanzen wie beispielsweise Mellit und Evenkit oder die Nierensteinbildner Whewellit und Weddellit sind als Minerale anerkannt, weil sie sich auch in freier Natur bilden.
Einschließlich aller bekannten Mineral-Varietäten und synonymer Bezeichnungen (ca. 1200) sowie noch nicht anerkannter Mineralarten (ca. 120) existieren allerdings über 6.800 Mineralnamen (Stand 2018/19).
Die Lehre von den Mineralen ist die Mineralogie, die von ihrer Verwendung und Bearbeitung die Lithurgik.
== Abgrenzungen und Ausnahmen
=== Homogenität
Die Begriffe "chemisches Element" und "chemische Verbindung" beinhalten eine feste Zusammensetzung und eine definierte chemische Struktur.
Stoffgemische sind keine Minerale.
Die Zusammensetzungen von Mineralen können jedoch eine gewisse Variation aufweisen (Mischkristalle), solange sie strukturell homogen sind.
Eine chemische Verbindung kann mit verschiedenen Strukturen auftreten.
Chemisch einheitliche Gemische von verschiedenen Phasen unterschiedlicher Struktur sind ebenfalls keine Minerale.
So kann z. B. Feuerstein (Hornstein) aus reinem SiO2 bestehen, ist aber kein Mineral, sondern ein Gemisch der strukturell unterschiedlichen Minerale Tiefquarz, Moganit und Opal und somit ein Gestein.
=== Kristallinität
Einige natürlich vorkommende Verbindungen sind nicht kristallin.
Diese Substanzen können in zwei Kategorien unterteilt werden:
Die Bestimmung von Struktur und Zusammensetzung mit einer Vollständigkeit, die ausreicht, um amorphe Phasen eindeutig voneinander abzugrenzen, ist meist schwierig bis unmöglich.
Daher werden nichtkristalline natürliche Verbindungen von vielen Wissenschaftlern unter der Bezeichnung Mineraloide zusammengefasst.
Der Begriff ist allerdings vorwiegend in amerikanischen Lehrbüchern gebräuchlich.
Im deutschen Sprachraum ist er dagegen nicht eingeführt.
Natürliche amorphe Substanzen können als Mineral anerkannt werden, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:
Beispiele hierfür sind Georgeit und Calciouranoit.
Metamikte Substanzen können Minerale sein, wenn nachgewiesen werden kann, dass die Substanz ursprünglich kristallin war und die gleiche Zusammensetzung hatte (z. B. Fergusonit-Y).
Flüssigkeiten werden im Allgemeinen nicht zu den Mineralen gezählt.
Flüssiges Wasser ist beispielsweise kein Mineral, Eis hingegen schon.
Eine Ausnahme ist Quecksilber:
Es kommt als Element auf der Erde nur flüssig und gasförmig vor, wird aber als Flüssigkeit dennoch als Mineral anerkannt.
Erdöl und alle übrigen, auch festen, nicht kristallinen Bitumen sind Stoffgemische und keine Minerale.
=== Extraterrestrische Substanzen
Die Prozesse, die zur Bildung extraterrestrischer Substanzen, z. B. in Meteoriten und Mondgesteinen, beitragen, sind ähnlich denen, die auch auf der Erde stattfinden.
Infolgedessen werden natürlich vorkommende Komponenten extraterrestrischer Steine und kosmischen Staubes als Minerale bezeichnet (z. B. Tranquillityit, Brownleeit).
=== Anthropogene Substanzen
Von Menschen erzeugte Substanzen sind keine Minerale.
Wenn solche anthropogenen Substanzen identisch mit Mineralen sind, werden sie als "synthetische Äquivalente" bezeichnet.
Auch Materialien, die durch geologische Prozesse aus synthetischen Substanzen entstanden sind, werden im Allgemeinen nicht als Minerale bezeichnet.
Eine Ausnahme bilden einige Substanzen, die früher bereits als Minerale anerkannt worden sind, z. B. einige Minerale, die sich bei der Reaktion von antiken metallurgischen Schlacken mit Seewasser gebildet haben.
Natürliche Substanzen, die durch menschliche Aktivitäten umgewandelt wurden, können als Minerale anerkannt werden, wenn die menschlichen Aktivitäten nicht direkt auf die Erzeugung neuer Substanzen ausgerichtet waren.
Substanzen, die bei Gruben- oder Haldenbränden neu gebildet werden, können durch die IMA anerkannt werden, wenn der Brand nicht durch Menschen ausgelöst und dort kein Material anthropenen Ursprungs abgelagert wurde.
=== Biogene Substanzen
Biogene Substanzen sind Verbindungen, die ausschließlich durch biologische Prozesse ohne geologischen Anteil gebildet worden sind, wie z. B. Muschelschalen oder Oxalatkristalle in Pflanzengeweben.
Diese Verbindungen sind keine Minerale.
Sobald geologische Prozesse an der Bildung der Verbindungen beteiligt waren, können diese Substanzen als Minerale anerkannt werden.
Beispiele hierfür sind Minerale, die sich aus organischen Bestandteilen in Schwarzschiefern oder aus Fledermausguano in Höhlen gebildet haben, sowie Bestandteile von Kalksteinen oder Phosphoriten organischen Ursprungs.
== Vorkommen
Mit Ausnahme der natürlichen Gläser und der Kohlegesteine sind alle Gesteine der Erde und anderer Himmelskörper aus Mineralen aufgebaut.
Am häufigsten kommen etwa dreißig Minerale vor, die sogenannten Gesteinsbildner.
Daneben findet man Minerale auch als Kolloide im Wasser oder als Feinstaub in der Luft.
Auch Wasser selbst ist ein Mineral, wenn es in Form von Wassereis vorliegt.
== Mineralbildung
Minerale bilden sich
Primärminerale entstehen zeitgleich mit dem Gestein, dessen Teil sie sind, während sich Sekundärminerale durch eine spätere Veränderung des Gesteins (Metamorphose, hydrothermale Überprägung oder Verwitterung) bilden.
Man unterscheidet zwei Phasen der Mineralbildung:
Zunächst lagern sich mehrere Atome oder Ionen zusammen und bilden einen Kristallisationskeim (Keimbildung).
Wenn dieser einen kritischen Keimradius überschreitet, wächst er weiter und es entsteht ein Mineral (Kristallwachstum).
Nach zahlreichen Umwandlungsreaktionen mit anderen Mineralen, mit der Luft oder mit dem Wasser kommt es schließlich zur Zerstörung der Minerale durch die Verwitterung.
Die Ionen, aus denen das Kristallgitter aufgebaut war, gehen wieder in Lösung oder gelangen bei der Anatexis in eine Gesteinsschmelze (Magma).
Schließlich beginnt der Zyklus an einem anderen Ort von vorn.
Zur Bestimmung des Abkühlalters siehe Spaltspuren.
Eine besondere Form der Mineralbildung aus der Lösung ist die Biomineralisation.
Darunter versteht man die Bildung von Mineralen durch Organismen.
Folgende Minerale können auf diesem Wege entstehen:
Weitere Formen der Mineralbildung aus der Lösung beziehungsweise durch die Reaktion von Mineralen mit Wasser spielen in der Technischen Mineralogie eine Rolle:
Calcit dient der Neutralisation von Säuren einschließlich Kohlensäure unter Bildung von Wasserhärte, Pyrit wirkt als Reduktionsmittel bei der bakteriellen Elimination von Nitrat durch Denitrifikation, während Tonminerale Neutralisationsreaktionen bei niedrigen pH-Werten und Ionenaustauschreaktionen bewirken können.
Bei der Trinkwasseraufbereitung entstehen als Reaktionsprodukte bei der Elimination von Eisen(II)- und Manganionen Goethit und -MnO2, Calcit kann bei Enthärtungsreaktionen (Entkarbonisierung) gebildet werden.
Bei der Abwasserbehandlung können bei ausreichend hohen Phosphatkonzentrationen in den Abwasserbehandlungsanlagen wasserklare Kristalle von Struvit, einem Ammonium-Magnesiumphosphat, entstehen.
Diese können den Querschnitt von Leitungen verengen.
Bei der Korrosion von Stahl und Gusseisen im Kontakt mit Wasser können je nach Wasserbeschaffenheit Goethit, Magnetit und Lepidokrokit, bei höherer Karbonathärte auch Siderit, in phosphathaltigen Wässern Vivianit, in sulfathaltigen Wässern Troilit und in schwefelwasserstoffhaltigen Wässern Greigit gebildet werden.
Aus Kupfer kann sich Cuprit, Malachit oder Azurit bilden, während aus Blei hauptsächlich Hydrocerussit entsteht.
== Kristallographie
Frei kristallisierte Minerale zeigen äußerlich eine geometrische Form mit definierten natürlichen Flächen, die in feststehenden Winkelverhältnissen zueinander stehen, je nach dem spezifischen Kristallsystem, dem das Mineral zugeordnet ist.
Dies wird auch als Gesetz der Winkelkonstanz (Nicolaus Steno) bezeichnet.
Die symmetrische Anordnung der Flächen ist Ausdruck der inneren Struktur eines kristallinen Minerals:
Es zeigt eine wohlgeordnete Atomstruktur, die durch vielfach wiederholte Aneinanderreihung sogenannter Elementarzellen entsteht, die die kleinste Struktureinheit des Minerals ausmachen.
Man unterscheidet aufgrund der inneren Symmetrie sechs bis sieben Kristallsysteme, nämlich das kubische, das hexagonale, das trigonale, das tetragonale, das orthorhombische, das monokline und das trikline System.
Das hexagonale und das trigonale System werden von manchen Mineralogen gelegentlich zusammengefasst.
Zwei oder mehr Mineralindividuen, die in einer bestimmten kristallographischen Orientierung miteinander verwachsen sind, bezeichnet man als Zwillinge.
Sie entstehen beim Wachstum oder bei der Deformation des Gesteins.
Vielfachzwillinge bilden oft sogenannte Zwillingslamellen, die nicht mit den Entmischungslamellen verwechselt werden dürfen, die entstehen, wenn ein Mischkristall bei der Abkühlung thermodynamisch instabil wird und sich Präzipitate bilden.
== Eigenschaften
=== Optische Eigenschaften
Bestimmung mit bloßem Auge:
Bestimmung mit der Polarisationsmikroskopie in Durchlicht:
Bestimmung mit der Polarisationsmikroskopie im Auflicht (Erzmikroskopie):
Bestimmung mit speziellen Mikroskopen:
=== Geruchseigenschaften
Schwefelhaltige Minerale lassen sich oft am Geruch erkennen, der beim Anschlagen entsteht.
=== Geschmackseigenschaften
Die Unterscheidung von Halit und Sylvin erfolgt traditionell dadurch, dass letzterer bitter schmeckt.
== Bedeutung
=== Petrologische Bedeutung
Jedes Mineral ist nur unter bestimmten Druck-Temperatur-Bedingungen thermodynamisch stabil.
Außerhalb seines Stabilitätsbereiches wandelt es sich mit der Zeit in die dort stabile Modifikation um.
Einige Phasenumwandlungen erfolgen schlagartig beim Verlassen des Stabilitätsfeldes (zum Beispiel Hochquarz-Tiefquarz), andere sind kinetisch gehemmt und dauern Millionen Jahre.
Teilweise ist die Aktivierungsenergie sogar so hoch, dass die thermodynamisch instabile Modifikation als metastabile Phase erhalten bleibt (zum Beispiel Diamant-Graphit).
Diese Hemmung der Reaktion führt zu einem "Einfrieren" des thermodynamischen Gleichgewichts, das zu einem früheren Zeitpunkt herrschte.
Daher liefert der Mineralbestand eines Gesteins Informationen über die Bildung und Entwicklungsgeschichte eines Gesteins und trägt damit zur Kenntnis des Ursprungs und der Entwicklung des Planeten Erde bei (siehe auch Präsolares Mineral).
=== Lagerstättenkundliche Bedeutung
Mineralische Rohstoffe werden in Energierohstoffe, Eigenschaftsrohstoffe und Elementrohstoffe unterteilt.
Energierohstoffe sind zum Beispiel die Minerale Uraninit und Thorit als Kernbrennstoffe.
Eigenschaftsrohstoffe werden ohne chemische Zerlegung in der Technik verwendet, darunter fallen zum Beispiel Quarz für die Glas- und Tonminerale für die keramische Industrie.
Elementrohstoffe werden mit dem Ziel abgebaut, ein bestimmtes chemisches Element zu gewinnen.
Handelt es sich dabei um ein Metall, so spricht man von einem Erz.
Eine Anreicherung von Rohstoffen bezeichnet man als Lagerstätte, wenn sie wirtschaftlich abbaubar ist.
Der Begriff ist somit ökonomisch, nicht wissenschaftlich geprägt:
Ob ein gegebenes Vorkommen kommerziell ausgebeutet werden kann, hängt von den Abbau- und Aufbereitungskosten und dem Marktwert des enthaltenen Metalls ab - während der Eisenanteil von Mineralen bei bis zu 50 % liegen muss, um einen finanziellen Gewinn zu erzielen, reichte im Jahr 2003 bei dem wesentlich wertvolleren Platin bereits ein Anteil von 0,00001 % dazu aus.
Neben der Gliederung nach der Verwendung des Rohstoffs ist auch eine Klassifizierung nach der Entstehung üblich.
Sedimentäre Lagerstätten, wie zum Beispiel die gebänderten Eisenerzformationen, bildeten sich durch Fällungsreaktionen bei Änderung von pH-Wert, Druck und Temperatur oder durch den Einfluss von Bakterien oder durch Verwitterungsprozesse und den Transport von Mineralen aus ihrem ursprünglichen Entstehungsgebiet und ihre Ablagerung als (Seifen), zum Beispiel von Seifengold, am Grund von Flüssen, Seen oder flachen Meeren.
Hydrothermale Lagerstätten bilden sich, indem Oberflächen- oder Tiefenwässer bestimmte Elemente aus den umgebenden Gesteinen lösen und diese an anderer Stelle ablagern oder aus Restfluiden nach der Erstarrung eines Magmas.
Magmatische Lagerstätten entstehen durch die Kristallisation eines Magmas.
Ein Beispiel sind viele Platin- und Chromit-Lagerstätten.
Metamorphe Lagerstätten entstehen erst durch die Umwandlung von Gesteinen, zum Beispiel Marmor-Lagerstätten.
=== Gemmologische Bedeutung
Einige Minerale finden als Schmuck Verwendung.
Wenn sie transparent sind und ihre Härte größer als 7 ist, bezeichnet man sie als Edelsteine, andernfalls als Schmucksteine.
95 Prozent des weltweiten Umsatzes auf diesem Markt wird mit Diamanten erzielt, der Rest fast überwiegend mit Saphiren, Smaragden, Rubinen und Turmalinen.
Um die durch Farbe und Glanz beeinflusste Schönheit eines Schmucksteins zur Geltung zu bringen, muss er geschliffen und poliert werden.
Dazu existieren zahlreiche verschiedene Schliffformen: Durchsichtige oder durchscheinende Varietäten werden in der Regel mit Facettenschliffen versehen, bei denen meist in festen Winkelbeziehungen zueinanderstehende Flächen, die sogenannten Facetten, die Lichtreflexion maximieren.
Undurchsichtige Minerale erhalten hingegen glatte, einflächige Schliffe.
Der Asterismuseffekt eines Sternsaphirs beispielsweise lässt sich nur durch den Cabochonschliff erzielen.
Das Feuer eines im Brillantschliff geschliffenen Diamanten hängt in der Hauptsache von der Einhaltung bestimmter Winkelverhältnisse der einzelnen Facetten ab und entsteht durch die Aufspaltung des weißen Lichtes in die einzelnen sichtbaren Farben (Dispersion).
=== Sonstige Bedeutung
Einige Minerale finden auch als Mittel zur Körperpflege Verwendung, wie beispielsweise das Tonmineral Lavaerde, das bereits seit der Antike als Körper- und Haarreinigungsmittel verwendet wird.
Andere Minerale, wie zum Beispiel Talk, dienen ebenso als Rohstoff in der bildenden Kunst wie auch medizinischen Zwecken (Pleurodese, Gleitmittel bei der Tablettenherstellung).
In vielen alten Kulturen, aber auch in der modernen Esoterik schrieb und schreibt man bestimmten Mineralen gewisse Schutz- und Heilwirkungen zu.
Beispielsweise galt bereits im Alten Ägypten der Karneol aufgrund seiner an Blut erinnernden Farbe als "Lebensstein" und spielte bei Bestattungsritualen wie auch als Schutz- und Schmuckstein der Pharaonen eine entsprechende Rolle.
Legendär sind auch die angeblichen Heil- und Schutzkräfte des Bernsteins, die schon von Thales von Milet und Hildegard von Bingen beschrieben wurden.
Minerale können auch als Sammelobjekt von Bedeutung sein, entweder in wissenschaftlichen Mineralsammlungen zur Darstellung des Mineralbestands eines Fundortes (Typmaterial) oder für private Hobbysammler, die sich auf Fundortsammlungen oder verschiedene systematische Sammlungen spezialisiert haben.
Aufgrund der Seltenheit vieler Minerale, die zudem oft nur in sehr kleinen Proben zu bekommen sind, sammeln Privatsammler mit Spezialisierung auf systematische Sammlungen aus Platz- und Kostengründen gerne auch Micromounts.

Klexikon (einfache Sprache):
Minerale sind Stoffe aus der Natur.
Sie sind entweder Elemente, dann bestehen sie aus lauter gleichen Atomen.
Oder sie sind chemische Verbindungen von Elementen, also Moleküle.
Außerdem haben sie den Aufbau eines Kristalls.
Normalerweise sind sie bei Raumtemperatur feste Stoffe.
Eine Ausnahme bildet zum Beispiel Quecksilber bis minus 39 Grad Celsius flüssig.
Erst bei tieferen Temperaturen wird daraus ein fester Kristall.
Gestein besteht aus Mischungen von Mineralen.
Die häufigsten dafür sind Quarz und Feldspat.
Granit beispielsweise besteht aus Feldspat, Quarz und Glimmer.
Auch Kochsalz ist ein Mineral.
Über 4000 Arten von Mineralen sind bekannt.
Einige Minerale finden als Schmuck Verwendung.
Wenn sie transparent, also durchsichtig und besonders hart sind, bezeichnet man sie als Edelsteine.
Wichtig für den Preis ist auch, dass sie selten sind.
Beispiele dafür sind der Diamant, der Rubin und der Smaragd.