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Das feste Land – Baustein mit Verfallsdatum

Kräfte aus dem Erdinnern formen seit Jahrmillionen die feste Hülle der Erde. Sie ist jedoch keine zusammenhängende Schale, sondern in einzelne Platten gespalten. Die Gesteine der Erdkruste und des oberen Erdmantels, die zusammen die Lithosphäre bilden, unterliegen dabei einem stetigen Kreislauf. In ihn sind Ergussgesteine oder fachsprachlich Magmatite, Schichtgesteine bzw. Sedimentite und Umwandlungsgesteine, die Metamorphite, eingebunden. Gelangen die Gesteine an die Erdoberfläche, sind sie der Verwitterung ausgesetzt.

Gesteine lassen sich anhand ihrer charakteristischen Mineralzusammensetzung unterscheiden. Die Mineralien ihrerseits weisen neben Eigenschaften wie Farbe, Glanz, Dichte, Härte oder Spaltbarkeit eine eigene Kristallstruktur auf. Meist ist sie aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften symmetrisch aufgebaut. Um die Kristallstruktur zu gliedern, werden sieben Kristallsysteme unterschieden. Nur wenige Minerale treten nicht in Kristallform auf, man nennt sie amorph oder gestaltlos.

Ob Mineral oder Gestein – für den Menschen birgt der Untergrund eine Vielzahl von Baustoffen und Bodenschätzen, die er schon früh zu nutzen gelernt hat. So waren in der Steinzeit Faustkeile unverzichtbare Werkzeuge. Edelsteine wurden schon in prähistorischer Zeit zu Schmuck verarbeitet. Gesteine aller Art dienten bereits in den frühen Hochkulturen als wichtige Baustoffe: Die antiken Ägypter errichteten gigantische Pyramiden aus Kalkstein, mit hartem und verwitterungsresistentem Basalt pflasterten die Römer ihre Straßen, und aus dem vulkanischen Trachyttuff baute man im Siebengebirge seit dem Mittelalter besonders hitzebeständige Backöfen.

Auch in der heutigen Zeit besitzen Bodenschätze weltweit eine wichtige wirtschaftliche Bedeutung. Aus unzähligen Lagerstätten werden nutzbare Rohstoffe gefördert – seien es wichtige Salze, Metalle oder Diamanten. Auch untermeerische Lagerstätten werden in zunehmendem Maß ausgebeutet. Fossile Energieträger wie Kohle, Erdöl und Erdgas, die aus vor Jahrmillionen abgestorbenen Organismen entstanden sind, werden seit 200 Jahren in großem Maßstab abgebaut.

Die Lithosphäre: Ein beweglicher Untergrund

Wie dick ist die Erdkruste?

Im Verhältnis zur gesamten Erde ist sie etwa so dünn wie die Schale eines Apfels im Verhältnis zur ganzen Frucht.

Zwei Krustenformen sind zu unterscheiden: die ozeanische und die kontinentale. Sie unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung, Mächtigkeit und Dichte. Die im Wesentlichen aus Basalten bestehende Kruste der ozeanischen Becken ist nur 5–8 km dick und hat eine mittlere Dichte von 2,8 g/cm³. Die unter den Kontinenten liegende kontinentale Kruste ist im Durchschnitt etwa 30 km dick und mit einer mittleren Dichte von 2,67 g/cm³ leichter als die ozeanische Kruste. Den Aufbau unserer Erde haben Geologen ermittelt, indem sie untersuchten, wie sich Erdbebenwellen durch den Erdball ausbreiten. Gehen die Erdbebenwellen von einer Schicht in die andere über, ändert sich ihre Geschwindigkeit.

Übrigens: Derjenige Anteil der Erde, der im Gegensatz zur Atmosphäre und Hydrosphäre fest ist, wird als Lithosphäre bezeichnet. Sie umfasst die Erdkruste und den oberen Teil des Erdmantels und ist in eine Anzahl von Platten zerlegt. Diese Platten »driften« auf dem zähflüssigen Teil des darunterliegenden Erdmantels, der Asthenosphäre, mit einer Geschwindigkeit von etwa 1–10 cm pro Jahr.

Warum bewegen sich die Erdplatten?

Da fortwährend heißes Magma aus dem Erdinnern nach oben aufsteigt und an anderer Stelle kaltes Material wieder nach unten absinkt, »wandern« die lithosphärischen Platten regelrecht auf der dickflüssigen Masse. Einige Platten bewegen sich aufeinander zu, andere driften auseinander (Plattentektonik). Die meisten Platten, auch die Nordamerikanische und Eurasische Platte, umfassen kontinentale und ozeanische Kruste. Die Plattengrenzen fallen demnach nicht unbedingt mit den Grenzen zwischen Kontinenten und Ozeanen zusammen.

Wo quillt Magma aus der Tiefe?

An auseinanderstrebenden Platten wie dem Mittelatlantischen Rücken. Das hier entlang von mehreren tausend Kilometern langsam und stetig emporquellende Magma lagert sich an den Rändern der beiden auseinanderstrebenden Platten, der Südamerikanischen und Afrikanischen Platte, an. So entsteht fortwährend neue ozeanische Kruste, die sich wie auf einem Förderband zu beiden Seiten vom Rücken fortbewegt.

Diese ozeanische Kruste ist relativ jung; ihr Alter beträgt an keiner Stelle mehr als 250 Mio. Jahre, während die kontinentale Kruste z. B. in Skandinavien mehr als 1 Mrd. Jahre zählt.

Vor der südamerikanischen Westküste stößt eine ozeanische auf eine kontinentale Kruste. Die ozeanische Kruste der Nazca-Platte wird aufgrund ihrer höheren Dichte hinabgedrückt und das Gestein zu Magma aufgeschmolzen. Dieses Abtauchen wird als Subduktion bezeichnet. So schließt sich der Kreislauf von neu entstehendem und wieder aufschmelzendem Material.

Was passiert, wenn zwei Erdplatten aufeinanderstoßen?

Dann entstehen Gebirge (z. B. die Anden), weil durch die Kollision die kontinentale Kruste an ihrem Rand zusammengestaucht wird. Stoßen zwei Platten mit kontinentaler Kruste zusammen, bilden die aufgetürmten Gesteinsmassen ebenfalls Gebirgszüge. Die großen Faltengebirge wie die Alpen oder der Himalaya liegen in einer solchen »Knautschzone«. Vor der Küste bilden sich schmale Tiefseegräben wie der Chile-Peru-Graben, und das durch Risse in der Erdkruste aufsteigende Magma führt zu Vulkanismus.

Die größte tektonische Platte, die Pazifische Platte, besteht nur aus ozeanischer Kruste. Sie bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 cm im Jahr in nordwestlicher Richtung auf die Eurasische, die Philippinische und die Indisch-Australische Platte zu. Umgeben ist sie vom »Ring of Fire«, dem pazifischen Feuerring mit einigen der aktivsten Vulkanen der Erde.

Wussten Sie, dass …

Plattenbewegungen mit Radioteleskopen millimetergenau gemessen werden können? Erfasst werden die Veränderungen im Abstand der einzelnen Messstationen.

unter dem Hochland von Tibet die Erdkruste über 80 km dick und damit der mächtigste Teil der Erdkruste ist?

die Antarktische Platte die langsamste ist? Die Kontinentalplatte bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von nur 2 cm im Jahr auf ihre Nachbarplatten zu.

Mineralien und Gesteine: Die Bausteine der Erdkruste

Was versteht man unter Mineralien?

Unter dem Begriff Mineralien versteht man sowohl die Elemente in ihrer Reinform als auch ihre chemischen Verbindungen. Ein Mineral ist ein in sich einheitlicher, natürlich entstandener Feststoff. Mineralien besitzen immer dieselbe Zusammensetzung, unabhängig von ihrer Entstehung oder ihrem Fundort.

Gesteine haben eine charakteristische Mischung von Mineralien, die sich aus dem Ursprungsmaterial und den bei der Entstehung herrschenden Bedingungen ergibt. Im Gegensatz zu Mineralien variieren Gesteine in ihrer Zusammensetzung. Eine identische mineralische Zusammensetzung haben Gesteine nur, wenn sie aus einem einzigen Mineral aufgebaut sind.

Die Lithosphäre besteht aus ungefähr 100 chemischen Elementen, dazu gehören Kohlenstoff, Sauerstoff, Schwefel und Eisen. Diese gehen miteinander vielfältige Verbindungen in der Erdkruste ein; in reiner bzw. gediegener Form treten sie dagegen nur selten auf.

Wie sehen Mineralien aus?

Die meisten Mineralien weisen bestimmte Kristallformen auf, das heißt, ihre Atome oder Ionen sind gesetzmäßig angeordnet. Diese Anordnung im Inneren sorgt dafür, dass die Mineralien als mehr oder weniger regelmäßig geformte Kristalle auftreten.

Das Mineral Natriumchlorid (NaCl), unser Kochsalz, besteht aus den beiden Elementen Natrium und Chlor. Ist das Salz in Wasser gelöst, so bewegen sich Natrium und Chlor frei als positiv (Kation) bzw. negativ (Anion) geladene Ionen. Findet durch Wasserentzug eine Kristallisation statt, verbinden sich Natrium- und Chlorionen miteinander, indem sie exakt festgelegte Positionen im Kristallgitter einnehmen. Ihre Bindung basiert dabei auf der Anziehungskraft der einander entgegengesetzten Ladungen. Die systematische Anordnung der Ionen im Kristallinneren spiegelt sich vereinfacht in der äußeren Kristallform wider.

Übrigens: Aufgrund ihrer symmetrischen Eigenschaften werden die Kristallformen insgesamt sieben verschiedenen Systemen zugeordnet. Die Würfel- und die Tetraederformen etwa gehören zum kubischen (würfeligen) Kristallsystem. Kristalle entstehen auch bei der Abkühlung von Magma oder unter hohem Druck und hoher Temperatur im Erdinneren.

Was sagt die Farbe aus?

Die Farbe der Mineralien kann nur selten – wie beim gelben Schwefel – als eindeutiges Merkmal herangezogen werden. Deutlichere Aussagen ermöglicht die Strichfarbe, das heißt die Farbe, die das Mineral beim Streichen über eine Porzellantafel hinterlässt.

Auch der Glanz ist ein wichtiges Hilfsmittel. Hierbei wird u. a. zwischen metallischem Glanz, Diamantglanz, Glasglanz und Fettglanz unterschieden. Weiterhin wird die Transparenz untersucht, denn es gibt sowohl durchsichtige als auch undurchsichtige Mineralien. Einige Mineralien fallen durch ihre magnetischen, fluoreszierenden oder radioaktiven Eigenschaften auf.

Neben der Dichte (oder dem spezifischen Gewicht) eines Minerals sind dessen Spaltbarkeit und die Härte wichtige Unterscheidungsmerkmale. Das spezifische Gewicht eines Minerals gibt sein Gewicht pro Volumeneinheit an (g/cm³). Zerbricht ein Mineral, ergeben sich entweder unregelmäßige Bruchstücke oder Teile mit ebenen und parallelen Oberflächen und Kanten.

Wann sind Mineralien gediegen?

Eine bedeutende Gruppe bilden Elemente in Reinform, die auch gediegene Elemente genannt werden. Dazu gehören Metalle wie Gold, Silber und Kupfer oder Nichtmetalle wie Kohlenstoff und Schwefel.

Weitere Mineralgruppen sind u. a. die Oxide, Silicate, Sulfide, Chloride und Carbonate. Oxide sind Verbindungen mit Sauerstoff, z. B. die Eisenoxide. Silicate weisen siliciumhaltige Verbindungen auf; zu dieser sehr vielfältigen Gruppe gehören viele Edelsteine wie Jade, Smaragd und Aquamarin. Sulfide und Chloride sind Verbindungen mit Schwefel bzw. Chlor. Bei Carbonaten verbinden sich Metallsalze mit Kohlensäure.

Nicht nur reines Gold oder Diamanten gelten als besonders wertvoll. Unter dem Oberbegriff Erze werden Mineralien zusammengefasst, aus denen sich Metalle gewinnen lassen. Viele Erze zählen zu den Oxiden, z. B. Haematit (Fe23) und Magnetit (Fe34); auch Carbonate wie Kupfercarbonat oder Sulfide wie beispielsweise Quecksilbersulfid gehören zu dieser Gruppe. Quecksilbersulfid kennt man auch als Zinnober, der dank seiner ziegelroten Farbe bereits in der Steinzeit als Farbpigment genutzt wurde.

Welche Mineralien bilden Gesteine?

Von den weit über 2000 bekannten Mineralien spielen nur wenige eine bedeutende Rolle als Gesteinsbildner. Einen besonders hohen Anteil am Aufbau der Erdkruste haben Silicate.

Diese Verbindungen aus Sauerstoff und Silicium sind als artenreichste Mineralgruppe zu etwa 90 % am Aufbau der oberen Erdkruste beteiligt. Granit etwa, ein Hauptgestein der Lithosphäre, besteht aus den Silicaten Quarz, Feldspat und Glimmer. Granite sind gelblich, rötlich, grünlich, bläulich oder grau. Die jeweilige Farbe bestimmt der Feldspat als dominierendes Mineral. Die auch in anderen Gesteinen vorkommenden Glimmer sind leicht an ihrer Spaltbarkeit zu erkennen. Bei der Spaltung zerfallen diese Silicate in glänzende kleine Blättchen. Zu den wichtigen gesteinsbildenden Mineralien zählen auch Augite, Hornblende und Olivin.

Was macht Meteorite so wertvoll?

Meteorite, Gesteinsbrocken aus dem Weltraum, unterscheiden sich in ihrer Mineralzusammensetzung von den Erdgesteinen. So sind die auf der Erde verhältnismäßig selten vorkommenden Elemente Titan, Zirkonium und Uran häufig Bestandteile von Meteoriten. In den meisten Fällen weisen sie einen erhöhten Gehalt an Eisen und Nickel auf.

Das Universum ist voller Gesteine. Schon bevor der Mensch in der Lage war, Raumsonden ins Weltall zu schicken und auf dem Mond zu landen, gelangten sie auf die Erde. Kleinere Gesteinsbrocken verglühen in der Atmosphäre und leuchten dabei als Sternschnuppen, größere erreichen als Meteorite die Erde. Da sie mit Wucht aufprallen, hinterlassen sie deutliche Krater, z. B. vor etwa 15 Mio. Jahren das Nördlinger Ries in Bayern.

Was versteht man unter Plutoniten?

Plutonite sind Tiefengesteine, die nach dem römischen Gott der Unterwelt benannt sind. Wenn durch Spalten und Risse Magma aus dem Erdinnern an die Oberfläche tritt, erstarrt es und bildet die Ergussgesteine oder Vulkanite. Ihr häufigster Vertreter ist der dunkle Basalt. Bilden sich die Magmatite unterhalb der Erdoberfläche, so spricht man von Tiefengesteinen oder Plutoniten. Granit ist der häufigste Plutonit.

Übrigens: Bei langsamer Abkühlung innerhalb der Erdkruste wachsen große Kristalle, die den Plutoniten eine grobkörnige Gestalt geben. An der Erdoberfläche hingegen kühlt die Lava, wie das Magma hier genannt wird, wesentlich schneller ab, so dass Vulkanite eine feinkörnige Struktur aufweisen.

Wie wird aus Sand Sandstein?

Ablagerungen von Bruchstücken verwitterter Gesteine, von chemischen Ausfällungen sowie von Resten pflanzlicher und tierischer Lebewesen bilden Schichten, die sich zu neuen Gesteinen, den Sedimentiten, verfestigen. Durch Druckbelastung werden diese Schichten entwässert; es wachsen neue Kristalle, und Bindemittel verkitten das Ganze. Je mehr Schichten sich übereinanderlagern, desto größer wird der Druck auf die tiefer liegenden. Bestehen diese aus Verwitterungsprodukten in Sandkorngröße, lässt die Verfestigung Sandstein entstehen.

Zu den chemischen Sedimentiten zählen Steinsalz und Gips; sie gehen aus der Verdunstung von Meerwasser hervor. Andere Sedimentite bestehen aus Überresten von Pflanzen und Tieren. Kalkstein ist entweder durch die Ausfällung aus Lösungen entstanden oder hat sich aus den Schalen und Skeletten oft winziger Tiere aufgebaut.

Wann werden Steine flüssig?

Bei hohen Temperaturen und hohem Druck in der Erdkruste bilden sich Metamorphite. Unter diesen Bedingungen schmelzen die Gesteine und ändern ihre Struktur. Diese Gesteinsumwandlung wird Metamorphose genannt.

Bei der Kontaktmetamorphose dringt Magma in ein anderes Gestein ein. Die hohe Temperatur lässt das umgebende Gestein teilweise aufschmelzen und in Metamorphite verwandeln. Werden Gesteine durch Zusammendrücken und Verformung umgewandelt, spricht man von Regionalmetamorphose. Typische Metamorphite sind der aus Kalkstein hervorgegangene Marmor sowie Schiefer und Gneise.

Wussten Sie, dass …

die Mineraliensammlung des Naturkundemuseums in Berlin Beispiele für 75 % aller weltweit bekannten Mineralien umfasst? Von den rund 250 000 Proben werden allerdings nur 3500 ausgestellt.

nur wenige Mineralien nicht in Kristallform auftreten? Zu diesen amorphen (gestaltlosen) Mineralien gehört z. B. der Edelstein Opal.

Sand zum größten Teil aus dem Silicat Quarz besteht? Das sehr häufig vorkommende Mineral bildet aber auch schöne Schmucksteine wie mehrfarbigen Achat oder violetten Amethyst.

Wer war Friedrich Mohs?

Zum Vergleich der Mineralhärte stellte der deutsche Mineraloge Friedrich Mohs (1773 bis 1839) eine zehnteilige Härteskala auf. Jedes Mineral in dieser Reihe kann das vorhergehende Mineral ritzen und wird seinerseits vom nachfolgenden geritzt. Den niedrigsten Härtegrad (Mohshärte 1) besitzt der weiche Talk, der bereits mit dem Fingernagel zu ritzen ist. Härte 10 erreichen Diamanten; sie sind so hart, dass sie alle vorherigen Mineralien ritzen.

Welche Mineralien sind für die Gesteinsbildung wichtig?

Auch wenn es in der Erdkruste zahlreiche Mineralien gibt, hat nur eine Handvoll wirkliche Bedeutung für die Bildung von Gestein: Quarz, Feldspat, Glimmer, Amphibole, Augite, Olivine, Kalkspat, Aragonit, Dolomit, Gips, Anhydrit, Limonit, Glaukonit, Tonminerale, Steinsalz, Kalisalze, Graphit, Granate, Disthen, Andalusit, Epidot, Chlorite, Serpentin, Talk, Zeolithe.

Was sind eigentlich ...

Magmatite? Erstarrungsgesteine. Sie entstehen z. B. bei Vulkanausbrüchen, wenn die glutflüssige Lava erstarrt.

Sedimentite? Schichtgesteine, die sich aus Ablagerungen bilden. Sedimentite bedecken mehr als zwei Drittel der Erdoberfläche und enthalten vielfach Fossilien.

Metamorphite? In der Erdkruste entstandene Umwandlungsprodukte dieser beiden vorigen Gesteinsgruppen.

Wussten Sie, dass …

die Vorfahren des modernen Menschen in Afrika schon vor 2,5 Mio. Jahren Steinwerkzeuge herstellten? Mit diesen scharfkantigen Geröllgeräten konnten sie Tierknochen zertrümmern, um an das nahrhafte Knochenmark zu gelangen.

Marmor im Alterum kostbar wie Gold war? Aus dem schimmernden Stein wurden Skulpturen und Säulen gefertigt. In der Renaissance entdeckten Bildhauer wie Michelangelo den kostbaren Rohstoff wieder.

im Petrified Forest im US-Bundesstaat Arizona ein mehr als 200 Mio. Jahre alter versteinerter Wald zu bewundern ist? Wasser drang in die Holzstrukturen ein und verkieselte sie zu Quarz.

Was versteht man unter Mineralien?

Unter dem Begriff Mineralien versteht man sowohl die Elemente in ihrer Reinform als auch ihre chemischen Verbindungen. Ein Mineral ist ein in sich einheitlicher, natürlich entstandener Feststoff. Mineralien besitzen immer dieselbe Zusammensetzung, unabhängig von ihrer Entstehung oder ihrem Fundort.

Gesteine haben eine charakteristische Mischung von Mineralien, die sich aus dem Ursprungsmaterial und den bei der Entstehung herrschenden Bedingungen ergibt. Im Gegensatz zu Mineralien variieren Gesteine in ihrer Zusammensetzung. Eine identische mineralische Zusammensetzung haben Gesteine nur, wenn sie aus einem einzigen Mineral aufgebaut sind.

Die Lithosphäre besteht aus ungefähr 100 chemischen Elementen, dazu gehören Kohlenstoff, Sauerstoff, Schwefel und Eisen. Diese gehen miteinander vielfältige Verbindungen in der Erdkruste ein; in reiner bzw. gediegener Form treten sie dagegen nur selten auf.

Wie sehen Mineralien aus?

Die meisten Mineralien weisen bestimmte Kristallformen auf, das heißt, ihre Atome oder Ionen sind gesetzmäßig angeordnet. Diese Anordnung im Inneren sorgt dafür, dass die Mineralien als mehr oder weniger regelmäßig geformte Kristalle auftreten.

Das Mineral Natriumchlorid (NaCl), unser Kochsalz, besteht aus den beiden Elementen Natrium und Chlor. Ist das Salz in Wasser gelöst, so bewegen sich Natrium und Chlor frei als positiv (Kation) bzw. negativ (Anion) geladene Ionen. Findet durch Wasserentzug eine Kristallisation statt, verbinden sich Natrium- und Chlorionen miteinander, indem sie exakt festgelegte Positionen im Kristallgitter einnehmen. Ihre Bindung basiert dabei auf der Anziehungskraft der einander entgegengesetzten Ladungen. Die systematische Anordnung der Ionen im Kristallinneren spiegelt sich vereinfacht in der äußeren Kristallform wider.

Übrigens: Aufgrund ihrer symmetrischen Eigenschaften werden die Kristallformen insgesamt sieben verschiedenen Systemen zugeordnet. Die Würfel- und die Tetraederformen etwa gehören zum kubischen (würfeligen) Kristallsystem. Kristalle entstehen auch bei der Abkühlung von Magma oder unter hohem Druck und hoher Temperatur im Erdinneren.

Was sagt die Farbe aus?

Die Farbe der Mineralien kann nur selten – wie beim gelben Schwefel – als eindeutiges Merkmal herangezogen werden. Deutlichere Aussagen ermöglicht die Strichfarbe, das heißt die Farbe, die das Mineral beim Streichen über eine Porzellantafel hinterlässt.

Auch der Glanz ist ein wichtiges Hilfsmittel. Hierbei wird u. a. zwischen metallischem Glanz, Diamantglanz, Glasglanz und Fettglanz unterschieden. Weiterhin wird die Transparenz untersucht, denn es gibt sowohl durchsichtige als auch undurchsichtige Mineralien. Einige Mineralien fallen durch ihre magnetischen, fluoreszierenden oder radioaktiven Eigenschaften auf.

Neben der Dichte (oder dem spezifischen Gewicht) eines Minerals sind dessen Spaltbarkeit und die Härte wichtige Unterscheidungsmerkmale. Das spezifische Gewicht eines Minerals gibt sein Gewicht pro Volumeneinheit an (g/cm³). Zerbricht ein Mineral, ergeben sich entweder unregelmäßige Bruchstücke oder Teile mit ebenen und parallelen Oberflächen und Kanten.

Wann sind Mineralien gediegen?

Eine bedeutende Gruppe bilden Elemente in Reinform, die auch gediegene Elemente genannt werden. Dazu gehören Metalle wie Gold, Silber und Kupfer oder Nichtmetalle wie Kohlenstoff und Schwefel.

Weitere Mineralgruppen sind u. a. die Oxide, Silicate, Sulfide, Chloride und Carbonate. Oxide sind Verbindungen mit Sauerstoff, z. B. die Eisenoxide. Silicate weisen siliciumhaltige Verbindungen auf; zu dieser sehr vielfältigen Gruppe gehören viele Edelsteine wie Jade, Smaragd und Aquamarin. Sulfide und Chloride sind Verbindungen mit Schwefel bzw. Chlor. Bei Carbonaten verbinden sich Metallsalze mit Kohlensäure.

Nicht nur reines Gold oder Diamanten gelten als besonders wertvoll. Unter dem Oberbegriff Erze werden Mineralien zusammengefasst, aus denen sich Metalle gewinnen lassen. Viele Erze zählen zu den Oxiden, z. B. Haematit (Fe23) und Magnetit (Fe34); auch Carbonate wie Kupfercarbonat oder Sulfide wie beispielsweise Quecksilbersulfid gehören zu dieser Gruppe. Quecksilbersulfid kennt man auch als Zinnober, der dank seiner ziegelroten Farbe bereits in der Steinzeit als Farbpigment genutzt wurde.

Welche Mineralien bilden Gesteine?

Von den weit über 2000 bekannten Mineralien spielen nur wenige eine bedeutende Rolle als Gesteinsbildner. Einen besonders hohen Anteil am Aufbau der Erdkruste haben Silicate.

Diese Verbindungen aus Sauerstoff und Silicium sind als artenreichste Mineralgruppe zu etwa 90 % am Aufbau der oberen Erdkruste beteiligt. Granit etwa, ein Hauptgestein der Lithosphäre, besteht aus den Silicaten Quarz, Feldspat und Glimmer. Granite sind gelblich, rötlich, grünlich, bläulich oder grau. Die jeweilige Farbe bestimmt der Feldspat als dominierendes Mineral. Die auch in anderen Gesteinen vorkommenden Glimmer sind leicht an ihrer Spaltbarkeit zu erkennen. Bei der Spaltung zerfallen diese Silicate in glänzende kleine Blättchen. Zu den wichtigen gesteinsbildenden Mineralien zählen auch Augite, Hornblende und Olivin.

Was macht Meteorite so wertvoll?

Meteorite, Gesteinsbrocken aus dem Weltraum, unterscheiden sich in ihrer Mineralzusammensetzung von den Erdgesteinen. So sind die auf der Erde verhältnismäßig selten vorkommenden Elemente Titan, Zirkonium und Uran häufig Bestandteile von Meteoriten. In den meisten Fällen weisen sie einen erhöhten Gehalt an Eisen und Nickel auf.

Das Universum ist voller Gesteine. Schon bevor der Mensch in der Lage war, Raumsonden ins Weltall zu schicken und auf dem Mond zu landen, gelangten sie auf die Erde. Kleinere Gesteinsbrocken verglühen in der Atmosphäre und leuchten dabei als Sternschnuppen, größere erreichen als Meteorite die Erde. Da sie mit Wucht aufprallen, hinterlassen sie deutliche Krater, z. B. vor etwa 15 Mio. Jahren das Nördlinger Ries in Bayern.

Was versteht man unter Plutoniten?

Plutonite sind Tiefengesteine, die nach dem römischen Gott der Unterwelt benannt sind. Wenn durch Spalten und Risse Magma aus dem Erdinnern an die Oberfläche tritt, erstarrt es und bildet die Ergussgesteine oder Vulkanite. Ihr häufigster Vertreter ist der dunkle Basalt. Bilden sich die Magmatite unterhalb der Erdoberfläche, so spricht man von Tiefengesteinen oder Plutoniten. Granit ist der häufigste Plutonit.

Übrigens: Bei langsamer Abkühlung innerhalb der Erdkruste wachsen große Kristalle, die den Plutoniten eine grobkörnige Gestalt geben. An der Erdoberfläche hingegen kühlt die Lava, wie das Magma hier genannt wird, wesentlich schneller ab, so dass Vulkanite eine feinkörnige Struktur aufweisen.

Wie wird aus Sand Sandstein?

Ablagerungen von Bruchstücken verwitterter Gesteine, von chemischen Ausfällungen sowie von Resten pflanzlicher und tierischer Lebewesen bilden Schichten, die sich zu neuen Gesteinen, den Sedimentiten, verfestigen. Durch Druckbelastung werden diese Schichten entwässert; es wachsen neue Kristalle, und Bindemittel verkitten das Ganze. Je mehr Schichten sich übereinanderlagern, desto größer wird der Druck auf die tiefer liegenden. Bestehen diese aus Verwitterungsprodukten in Sandkorngröße, lässt die Verfestigung Sandstein entstehen.

Zu den chemischen Sedimentiten zählen Steinsalz und Gips; sie gehen aus der Verdunstung von Meerwasser hervor. Andere Sedimentite bestehen aus Überresten von Pflanzen und Tieren. Kalkstein ist entweder durch die Ausfällung aus Lösungen entstanden oder hat sich aus den Schalen und Skeletten oft winziger Tiere aufgebaut.

Wann werden Steine flüssig?

Bei hohen Temperaturen und hohem Druck in der Erdkruste bilden sich Metamorphite. Unter diesen Bedingungen schmelzen die Gesteine und ändern ihre Struktur. Diese Gesteinsumwandlung wird Metamorphose genannt.

Bei der Kontaktmetamorphose dringt Magma in ein anderes Gestein ein. Die hohe Temperatur lässt das umgebende Gestein teilweise aufschmelzen und in Metamorphite verwandeln. Werden Gesteine durch Zusammendrücken und Verformung umgewandelt, spricht man von Regionalmetamorphose. Typische Metamorphite sind der aus Kalkstein hervorgegangene Marmor sowie Schiefer und Gneise.

Bodenschätze: Erze, Salze, Edelsteine

Was sind Bodenschätze?

Nicht nur Steine werden vom Menschen als natürliche Rohstoffe genutzt. Auch Erze und Salze sowie andere nichtmetallische Minerale zählen wie die fossilen Energieträger Kohle, Erdöl und Erdgas zu den Bodenschätzen der Erde.

Die größte Gruppe setzt sich aus den Erzen zusammen. Darunter versteht man natürliche Minerale, aus denen Metalle gewonnen werden, beispielsweise Kupfer, Eisen und Aluminium. Je nach Beteiligung am Aufbau der Erdkruste fällt der Anteil der Minerale in den Gesteinen sehr unterschiedlich aus: Während Aluminium und Eisen relativ häufig vorkommen, finden sich Silber, Platin oder Gold eher selten. Letztere werden auch als Edelmetalle bezeichnet.

Übrigens: Neben den Erzen finden sich auch Bodenschätze nichtmetallischen Ursprungs in der Lithosphäre, also in der Erdkruste und der obersten Schicht des Erdmantels, z. B. Salze. Sieht man von den Salzkrusten ab, die sich oberflächlich in Trockenregionen bilden, entstehen die ergiebigsten Salzlagerstätten bei der Verdunstung von Meeresbecken. Weitere Nichtmetall-Minerale sind etwa Schwefel, Graphit, Asbest und Glimmer. Besonders wertvoll sind Diamanten.

Wann lohnt sich der Abbau?

In der Erdkruste häufig vorkommende und daher auf dem Weltmarkt billig gehandelte Erze müssen in der Lagerstätte relativ hoch konzentriert zu finden sein, seltene und daher teure Metalle wie Gold oder Platin gelten auch in niedrigeren Konzentrationen als abbauwürdig.

Von Lagerstätten spricht man, wenn die Konzentration der Bodenschätze so hoch ist, dass sich deren wirtschaftlicher Abbau lohnt. Sie haben sich durch geologische oder biochemische Prozesse im Lauf der Erdgeschichte gebildet und werden ober- und unterirdisch abgebaut. Rohstoffmengen in zugänglichen Lagerstätten, deren Umfang und ökonomische Abbauwürdigkeit bekannt sind, werden Reserven genannt. Die geschätzten oder vermuteten Gesamtvorratsmengen eines Rohstoffs bezeichnet man als Ressourcen.

Über eine lohnenswerte Förderung entscheiden darüber hinaus die entstehenden Kosten. Neben dem technischen Aufwand bei der Gewinnung spielen auch die Transportmöglichkeiten und die Nachfrage eine Rolle.

Eisen ist in der Erdkruste mit fast 6 % vertreten, der Abbau lohnt sich jedoch erst, wenn das Erz mindestens 50 % Eisen enthält. Aus geologischer Sicht gilt bei Erzen: Je höher der Anteil der Metalle im Erz, desto weniger »taubes«, das heißt nicht erzführendes Gestein wird abgebaut und umso höher ist die Abbauwürdigkeit.

Wie entstehen Erzlager?

Die Bildung von Erzlagerstätten hängt eng mit dem Aufstieg von mineralreichem Magma aus dem Erdinnern zusammen. Die Minerale fallen bei der Abkühlung von Magma in einer bestimmten Reihenfolge aus. So werden Chrom-, Titan- und Nickelerze bereits bei sehr hohen Temperaturen noch im Innern des Magmenherdes abgeschieden, Zinn und Wolfram dagegen erst bei kühleren Temperaturen in dessen Randbereich. Schließlich werden weitere Minerale wie Kupfer, Eisen, Blei, Zink und Gold aus dem bei weiterer Abkühlung an Mineralen übersättigten Magmenbereich ausgetragen und entlang von Gängen in angrenzende Nachbargesteine verlagert, wo sie schließlich ausfallen.

Auch wässrige Lösungen können Minerale aus der Schmelze oder dem Gestein lösen. Wenn das heiße, mineralreiche Wasser schließlich in Spalten abkühlt, wird die Erzfracht ausgefällt.

Durch anhaltende Hebung über Millionen von Jahren bei gleichzeitiger Abtragung der aufliegenden Schichten der Erdkruste geraten die Erzlager in Tiefen, die der Mensch zum Abbau mit seinen Gerätschaften erreichen kann. Gelangen sie direkt an die Erdoberfläche, spricht man von Primärlagerstätten.

Was sind Seifen?

Erze, die an der Erdoberfläche anstehen, verwittern und durch Wind und Wasser abgetragen werden. In Bächen und Flüssen können sie über große Entfernungen transportiert und schließlich in den Flussbetten, entlang von Uferzonen und im Mündungsbereich abgelagert werden. Es entstehen sekundäre Lagerstätten, sog. Seifen. Die bekanntesten Seifen bilden sich aus Zinn, Chrom, Platin und Gold. Die übrigen Erze oxidieren leicht und verwittern, bevor sie abgelagert werden.

Eine besondere Form von Erzlagerstätten entsteht durch Anreicherungen. Diese basieren auf der Lösung mineralischer Verbindungen innerhalb des Gesteins. So wird in den Tropen die Kieselsäure (SiO2) des Ausgangsgesteins durch hohe Temperaturen und Niederschläge besonders rasch gelöst und aus dem Gestein ausgetragen. Als Verwitterungsrest reichern sich die vorhandenen Aluminiumverbindungen an, und es entstehen umfangreiche Bauxitlager.

Welcher Rohstoff kommt aus dem Meer?

Das Salz. Alle Meere der Erde haben einen durchschnittlichen Salzgehalt von 3,5 %; das entspricht einer Menge von etwa 22 Mio. km³, die bei Verdunstung des gesamten Meerwassers übrig bliebe. Sie würde eine 60 m dicke Salzschicht zurücklassen.

Voraussetzung für die Entstehung von Salzlagerstätten war das Vorhandensein flacher Meeresteile in der geologischen Vergangenheit, die mit dem großen Urmeer nur durch wenige schmale Zugänge verbunden waren. Außerdem muss ein extrem trockenes Klima mit geringer Zulieferung an Süßwasser geherrscht haben. Im Randbereich der Meere fielen schließlich die Salze aufgrund der hohen Konzentrationen aus. In regelmäßigen Abständen muss immer neues Meerwasser nachgeströmt und verdunstet sein. Über Jahrmillionen sind so die mächtigen Salzlager entstanden, die im Lauf der Erdgeschichte von Deckschichten überlagert wurden, die das Salz unter Druck gesetzt haben.

Übrigens: Durch Faltung des Deckgebirges entlädt sich der Druck, und das plastische Salz wird in Klüften und Spalten pfeilerartig emporgedrückt; es entstehen Salzstöcke.

Wie findet man eigentlich Diamanten?

Manchmal nur durch Zufall: Die ersten Diamanten in Südafrika entdeckte 1866 ein Kind, das am Ufer des Oranje spielte. Nur wenige Monate später trafen Glücksritter aus aller Welt in der Gegend um die heutige Stadt Kimberley ein. Als man 1870 die ersten Steine auch in der Erde fand, entstand innerhalb von 43 Jahren das größte von Menschenhand gegrabene Loch der Welt. Im »Big Hole« wurden insgesamt drei Tonnen Diamanten gefunden.

Auch Auffälligkeiten in der Geländeform haben dazu beigetragen, Lagerstätten auszumachen. Tiefer gelegene Rohstoffe werden dagegen durch andere Verfahren geortet, mithilfe von Bohrungen, künstlich hervorgerufenen Erdbebenwellen, Magnetik und Radarverfahren auch in mehreren Kilometern Tiefe. In jüngerer Zeit kommt den zunehmend präziseren Aufnahmen der Erdoberfläche von Satelliten aus eine immer größere Bedeutung bei der Entdeckung von Lagerstätten zu. Die hohe Auflösung der Bilder ermöglicht Rückschlüsse auf die Zusammensetzung des Untergrunds und das Zutagetreten von Gesteinsschichten.

Wo gibt es die meisten Bodenschätze?

Erze werden vor allem dort gefunden, wo Magma in die Erdkruste eingedrungen und erkaltet ist. Umfangreiche Lagerstätten von Eisen und Stahlveredlern sowie von Bunt- und Edelmetallen findet man in den Staaten der ehemaligen Sowjetunion. Die Anden und ihre nördliche Verlängerung, die Rocky Mountains, sind ebenfalls reich an Kupfer, Blei, Zink, Zinn sowie Silber und Gold. Die weltweit größten Eisenvorkommen lagern im Osten Brasiliens, im Bundesstaat Minas Gerais – übersetzt »Allgemeine Minen«. Bedeutende Lagerstätten an Eisenerz und Buntmetallen gibt es in Schweden, Spanien und den Balkanstaaten. Auch Länder wie Südafrika oder Australien gelten als rohstoffreich. Europa ist global gesehen ein relativ rohstoffarmer Kontinent. Japan ist sogar fast ausschließlich von einer Zulieferung von außen abhängig.

Wussten Sie, dass …

schon in der Steinzeit Feuerstein oder Flint bergmännisch abgebaut, in Depots gelagert und über Handelswege vertrieben wurde? Er war Ausgangsstoff für Werkzeuge, Schmuck und Waffen.

»Blutdiamanten« die wichtigste Finanzierungsquelle für die Bürgerkriege in der Demokratischen Republik Kongo, in Sierra Leone, Angola und anderen Krisengebieten waren? Mit dem illegalen Abbau und Vertrieb von Diamanten wurden Waffen gekauft und Söldner bezahlt.

Wo wurde der erste Goldrausch entfacht?

Auf dem Territorium von John Sutter, einem deutschstämmigen Auswanderer, in der Gegend von San Francisco an der nordamerikanischen Westküste. Am 24. 1. 1848 fand dort John Marshall beim Bau einer Sägemühle das erste Goldnugget. Der durch diesen Fund entfachte »goldrush« führte 100 000 »Fortyniners« in diese Gegend. Innerhalb von zehn Jahren verzehnfachte sich die Bevölkerung San Franciscos. Andere Städte wurden nach Abnahme der Goldvorkommen ebenso schnell wieder verlassen wie sie gegründet worden waren. Als »Geisterstädte« sind sie zum Teil noch erhalten geblieben und verkörpern für viele Touristen den Mythos vom Goldenen Westen.

Wussten Sie, dass …

Bauxit nach dem ersten Fundort Les Baux in Südfrankreich benannt wurde? Das Gemisch aus Tonerdemineralen ist der wichtigste Rohstoff zur Herstellung von Aluminium.

der »Welcome Stranger« ein riesiger Goldklumpen ist? Das rd. 70 kg schwere Stück fand man Mitte des 19. Jahrhunderts in Australien.

die Antarktis das Rohstofflager der Zukunft werden könnte? Bis 2041 verhindert der Antarktisvertrag noch die Ausbeutung der nachgewiesenen vielfältigen Bodenschätze.

Was sind die Perlen der Tiefsee?

Manganknollen. Ende des 19. Jahrhunderts stießen britische und deutsche Tiefseeexpeditionen auf der Suche nach neuen Lebewesen eher zufällig auf geheimnisvoll aussehende schwarze Knollen, die sie in Netzen vom Meeresgrund an die Oberfläche zogen. Die Klumpen hatten einen Durchmesser von nur wenigen Zentimetern und wiesen neben Mangan, daher der Name Manganknollen, Beimengungen von Kupfer, Nickel oder Kobalt auf. Seither beschäftigt die Wissenschaft die Frage, wie diese Knollen entstanden sind. Jüngere Theorien vertreten die Ansicht, dass sich die im Meerwasser gelösten Minerale mit der Zeit um einen Kern, z. B. einen kleinen Felsbrocken anlagern. Sogar Bierdosen hat man als Kernstücke solcher Knollen gefunden. Eine kommerzielle Ausbeutung der Vorkommen ist bislang an den hohen Kosten gescheitert.

Wussten Sie, dass …

Coltan die Berggorillas im Kongo bedrohte? Coltan, die Abkürzung für das Erz Colombo-Tantalit, enthält die seltenen Elemente Niob und Tantal. Pulverisiertes Tantal dient zur Herstellung von Kondensatoren, die etwa in Handys eingesetzt werden. Große Coltanvorkommen gibt es im Osten der Demokratischen Republik Kongo. Mit dem in kleinen Gruben abgebauten Coltan finanzieren Rebellen ihren Krieg. Minen befinden sich auch im Nationalpark Kahuzi-Biega, der Heimat der Berggorillas. Durch Bürgerkrieg und Bergbau sank ihr Bestand von 8000 auf 1000. Aufrufe zum Boykott von Bodenschätzen aus dem Bürgerkriegsgebiet tragen erste Früchte: Coltan wird heute fast nur noch aus Australien oder Brasilien bezogen.

Fossile Brennstoffe: Fest, flüssig und gasförmig

Wie ist Erdöl entstanden?

Erdöl ist aus der Zersetzung von winzigen Meereslebewesen, dem Plankton, entstanden. Es sank auf den Meeresboden herab; die im Lauf der Zeit entstandenen mächtigen Ablagerungen wurden von anderen Schichten überdeckt. In diesen sauerstoffarmen Sedimenten bildete sich durch Zersetzung Faulschlamm, aus dem über Jahrmillionen unter hohem Druck und hoher Temperatur kostbares Erdöl wurde. Als recht zähflüssige Substanz durchdringt es durchlässige Gesteine. In Gesteinskörpern, die von undurchlässigen Schichten umgeben sind, den Erdölfallen, konnte sich Erdöl in großer Tiefe ansammeln.

Erdöl ist ein vielfältiges Gemisch verschiedener Kohlenwasserstoffverbindungen mit einem sehr hohen Brennwert und heute der weltweit wichtigste Energieträger, besonders in Form raffinierter Brennstoffe wie Benzin, Kerosin oder Diesel.

Wie viel Öl wird auf dem Meer gefördert?

Von weltweit mehr als 3,8 Mrd. t geförderten Erdöls (2004) stammte über ein Drittel aus Quellen unterhalb des Meeresbodens. 1947 begann vor der Küste von Louisiana im Golf von Mexiko die Ausbeutung des ersten Offshorefeldes. Aber erst nach der Ölkrise 1973 begann die große Zeit der Offshoreförderung. Der Vorreiter auf diesem Gebiet war in Europa Norwegen. Das bereits 1969 entdeckte große Ekofisk-Feld zwischen Großbritannien und Dänemark leitete die Erdölförderung in der Nordsee ein. Heute entfallen 95 % der Erdölförderung der Anrainerstaaten der Nordsee auf die Offshoreförderung.

Woher kommt die Kohle?

Aus versunkenen Wäldern. Pflanzen bestehen im Wesentlichen aus Kohlenstoff, Wasser und Mineralstoffen. Sterben diese Stoffe ab, wird bei der Verwesung der Kohlenstoff vom Luftsauerstoff wieder in Kohlendioxid zurückverwandelt. Urzeitliche Wälder und Sümpfe, die mit ihrer üppigen Vegetation einst große Flächen bedeckten, bildeten das Ausgangsmaterial für Kohle.

In überschwemmten Gebieten oder am Boden seichter Gewässer verrotteten die abgestorbenen Pflanzen nur allmählich, so dass Torfschichten entstanden. Werden die Torfschichten über Jahrmillionen von neuen Ablagerungen überdeckt, lassen Druck und Wärme mit der Zeit Wasser und Gase aus den Schichten entweichen. Im Zuge chemischer Prozesse reichert sich Kohlenstoff an, und es entsteht Kohle.

Was unterscheidet Braun- von Steinkohle?

Der Gehalt an Kohlenstoff; er nimmt im Lauf der Umwandlung, der Inkohlung, zu.

Torf mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 55 bis 60 % kann getrocknet bereits verbrannt werden. Das nächste Stadium stellt die Braunkohle mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 70 % dar. Die bedeutendsten Braunkohlenlager sind im Tertiär vor rd. 60 Mio. Jahren aus den Überresten einer üppigen, subtropischen Vegetation entstanden. Die unter dem Begriff Steinkohle zusammengefassten Kohlen werden nach ihrem zunehmenden Inkohlungsgrad in Flammkohle, Gasflammkohle, Gaskohle, Fettkohle, Esskohle und Magerkohle sowie Anthrazit unterschieden. Anthrazit besitzt mit einem Anteil von 95 % reinem Kohlenstoff den größten Heizwert.

Am Ende der Inkohlungsreihe steht der ausschließlich aus Kohlenstoff bestehende Graphit. Die Steinkohlenlagerstätten stammen vor allem aus Wäldern aus dem Karbon, der Steinkohlezeit, vor 300 Mio. Jahren. Erreichen die einzelnen Schichten flächenhaft Mächtigkeiten von mehreren Metern, spricht man von Kohlenflözen.

Übrigens: Kohle war nach der Erfindung der Dampfmaschine im 18. Jahrhundert das »Schmiermittel« der industriellen Revolution. Zusammen mit Kohle werden Erdöl und Erdgas als fossile Rohstoffe bezeichnet, weil sie aus den Überresten von vor Jahrmillionen abgestorbenen Lebewesen entstanden sind.

Wie explosiv ist Erdgas?

Ein kleiner Funke genügt, um Erdgas zu entzünden. Dabei handelt es sich um ein Gemisch von Kohlenwasserstoffen, vor allem Methan (CH4) und Ethan (C26). Weitere Gase sind Butan und Propan, die dem Erdgas entzogen und unter Druck verflüssigt und abgefüllt werden können.

Reiche Vorkommen von Erdgas sind zumeist an Erdöllager gebunden, wo sich das Gas in der Regel über dem Erdöl ansammelt. Da das Erdgas in den Erdöllagern hohem Druck ausgesetzt ist, kann Erdöl zu Beginn der Förderung sogar ohne Pumpen an die Oberfläche gebracht werden. Erdgas wird wie Erdöl in Pipelines oder Tankern zu den Verbrauchern transportiert.

Wussten Sie, dass …

»Schneewittchen« (norwegisch Snøhvit) ein riesiges Erdgasfeld in der kalten Barentssee ist? Mit der Förderung des auf 193 Mrd. m³ geschätzten Vorkommens soll 2007 von sieben Förderanlagen aus begonnen werden, die auf dem Meeresboden verankert sind.

1859 im US-amerikanischen Bundesstaat Pennsylvania das erste größere Erdölfeld erschlossen wurde? Der erste Ölbohrturm der Welt wurde schon ein Jahr zuvor in der Lüneburger Heide errichtet.

in den deutschen Braunkohlerevieren über 2300 km² Land verbraucht wurden? Mehr als 230 Dörfer wurden von den riesigen Schaufelradbaggern vernichtet.

Wissenschaft

Im Lithium-Rausch

Der Trend zur Elektromobilität lässt den Bedarf an manchen Rohstoffen kräftig steigen – vor allem an Lithium. Bislang wird das Metall nur in wenigen Regionen der Welt gefördert. Doch künftig könnte es auch aus heimischen Quellen kommen. von JAN BERNDORFF Feldspat, Quarz und Glimmer – die drei vergessʼ ich nimmer!“ Dieser Erdkunde...

Planetoiden
Wissenschaft

Bergbau im All

Start-up-Unternehmen bringen sich in Stellung, um Planetoiden auszubeuten. Diese enthalten riesige Mengen an Platin, Gold und anderen Metallen.

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