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Silizium und Sauerstoff sind die häufigsten Elemente in der Erdkruste. Zusammen mit den Silikat-Mineralien sind Siliziumoxide (SiO2) damit auch die häufigsten Mineralien. Als Kristalle treten sie oft einzeln auf, meistens aber sind sie Quarz-Bestandteile der Krustengesteine.
Die wichtigsten Vertreter der Siliziumoxid-Minerale sind Quarz (trigonal + hexagonal), Tridymit T (orthorhombisch), Cristobalit C (tetragonal) und Opal (amorph oder mit C-T-Anteilen). Die Möglichkeit der Bildung zahlreicher SiO2-Minerale in Abhängigkeit der Bedingungen durch Druck und Temperatur liefert eine Vielzahl von SiO2-Modifikationen. Am häufigsten ist Quarz, ein Hauptbestandteil vieler magmatischer, sedimentärer und metamorpher Gesteine. Er ist auch ein sehr verbreitetes Kluftmineral.
Mit sinkenden Druck- und Temperatur-Bedingungen können sich die SiO2-Modifikationen in der Reihenfolge SiO2-Glas, Cristobalit, Tridymit, Quarz und Opal entwickeln. Jedes dieser Mineralien kommt in mindestens zwei strukturell leicht verschiedenen Ausbildungen (Modifikationen) vor. Zusätzlich sind noch drei Hochdruck-Modifikationen bekannt. Quarzmaterial kommt in sehr vielen Varietäten vor, die sich bezüglich ihrer Farben und ihres makrokristallinen bis faserigen oder polykristallinen Aufbaus stark unterscheiden. Wegen dieser sichtbaren Vielfalt existieren auch zahlreiche Namen für die verschiedenen Varianten.
Quarz Einkristalle
Grobkristalline Quarze (Einkristalle) kristallisieren als ?-Quarz hexagonal, als ?-trigonal, der Übergang verläuft bei 573 Grad Celsius. Quarz hat mit 1.544 und 1.553 eine niedrige Licht- und Doppelbrechung, was beim Facettieren etwas bauchige Formen verlangt. Farbvarietäten der grobkristallinen Quarze sind:
– Bergkristall (farblos)
– Rauchquarz (braun), Aluminiumspuren und Bestrahlung (F-Zentren)
– Amethyst (violett), Eisenspuren und Bestrahlung
– Citrin (gelb), Eisenspuren
Rauchquarze können durch Erhitzen entfärbt werden. Amethyste können durch Erhitzen in Citrin überführt werden, bei weiterem Erhitzen werden sie milchig und imitieren Mondstein. Natürliche Bestrahlung aktivierten die F-Zentren in Rauchquarz und Amethyst. Durch Bestrahlen und Erhitzen können sie grün werden. Bestrahlung und Erhitzung ergibt sich in der Natur, kann aber auch künstlich erreicht werden. Einschlüsse in Quarz-Einkristallen sind nicht nur aufschlussreich für die Bildungsbedingungen, sondern liefern oft auch die Grundlage für Effekte, Muster und Farberscheinungen. Am verbreitetsten sind wohl Gas-Flüssigkeitseinschlüsse. Bei besonders grosser Ausbildung kann man ein Bläschen wandern sehen, wie in einer Wasserwaage. Mineraleinschlüsse (Goethit, Turmalin, Rutil, Chlorit, Pyrit, Dendriten) sorgen für besonders interessante Steine. Katzenauge-Effekt und Asterismus kommen beispielsweise durch feinste Sillimanit-Einlagerungen zustande.
Synthetischer Quarz
Die Herstellung von synthetischem Quarz erfolgt heute in grossem Stil nach der Hydrothermal-Methode. Ursprünglich wurde die Methode zur Herstellung fehlerfreier, nicht verzwillingter Kristalle für die Uhrenindustrie zur Perfektion entwickelt. In Autoklaven wurden tonnenweise Quarze gezüchtet, die zu Scheibchen zersägt, die Schwingquarze in den elektrisch betriebenen Uhren liefern. Später wurden die Einrichtungen auch für die Herstellung von Amethyst und sogar Ametrin verwendet. Die Unterscheidung von natürlichem Quarz ist möglich wenn Einschlüsse vorliegen oder durch Untersuchen der Infrarotspektren.
Polykristalline Quarze
Polykristalline Quarze sind körnige Quarzgefüge, die metamorph beispielsweise aus Sand entstehen und Quarzit heissen. Dieser ist weiss oder rosa (Rosenquarz). Oft enthalten Quarzite farbgebende Mineraleinschlüsse wie grünen Fuchsit und sie bilden Aventurin-Quarz. Auch Tigerauge und Falkenauge bestehen aus Quarzit und enthalten zusätzlich faserige Amphibol-Minerale.
Kryptokristalline Quarze (faserige Aggregate): Chalcedon ist der Name für eine dichte, faserige Varietät von Quarz mit sub-mikroskopischen Poren. Chalcedone besitzen oft einen amorphen Anteil (opalartiges SiO2). Die Poren zwischen den Fasern können Wasser und färbende Pigmente enthalten. Die Fasern bilden häufig fächerartige Büschel, was zu niedrigen Gebilden führt. Chalcedone können einen lagigen Aufbau zeigen und gebändert sein. Dann heissen sie Achat. Nach ihren Mustern erhalten die Achate bezeichnende Namen wie Augenachat, Festungsachat, Bänderachat. Die meisten entstanden als Blasenfüllungen in Basalten, wo SiO2-reiche Lösungen ihren Mineralgehalt abgegeben haben. Oft enthalten Achatmandeln Drusenhohlräume mit Quarz oder Amethyst. Diese können bis zu einem Meter gross sein, wie bei den Amethyst-Drusen aus Uruguay oder Brasilien. Da kryptokristalline Quarzaggregate meist unterschiedlich dichte Bänder aufweisen, können die poröseren Lagen durch Einlegen in Farblösungen leicht künstlich gefärbt werden. Erstaunlicherweise sind derart imprägnierte Achate im Handel gemäss Cibjo nicht als behandelt zu bezeichnen.
Weniger regelmässig geordnete Aggregate von körnigem Quarz heissen Jaspis (Jaspis, Flint, Feuerstein) und kommen oft als kieselige Konkretionen in Kalkstein vor, so auch das Kieselalgen-Sediment Radiolarit. Eisenoxid-Einlagerungen färben Jaspis gelb oder braunrot. Jaspis ist sehr zäh und diente in der Steinzeit als bevorzugter Werkstoff zur Herstellung von Schabern, Pfeil- und Lanzenspitzen.
Quarz als Versteinerungsmittel
SiO2-reiche Lösungen haben oft poröse Strukturen imprägniert und diese damit erhalten: silifizierte Fossilien, Dinosaurierknochen oder verkieseltes Holz. Auch der Übergang von Quarzsand zu Sandstein ist zu erwähnen. Das zugeführte SiO2 erlaubt ein Weiterwachsen der einzelnen Quarzkörner, was den Porenraum verkleinert und das Gefüge verdichtet.
Prof. Dr. Henry A. Hänni
Info
www.gemexpert.ch