Entstehung von Zwillingen

[Gerdchen]

Hallo,

ich habe eine Frage zur Entstehung von Zwillingen. In manchen Zonen treten gehäuft Zwillinge auf. Vermutlich entstehen sie durch Phasenübergänge der Temperaturen während des Kristallwachstums. Im Lexikon steht von hohen Temperaturphasen zu niedrigen Temperaturphasen. Geht es auch anders herum (von niedrigen zu hohen Temperaturphasen)? In den speziellen Fällen handelt es sich um zwei Fundstellen (beide leider nicht zugänglich) in der Pfalz. Einmal um die Calcitzwillinge aus Rammelsbach und zum anderen um Phakolithe bei Baumholder. Im zweiten Fall war im Steinbruch eine Lavadecke zu sehen, die sich über die Zone mit den Zeolithen geschoben hat. Kann dieser Vorgang zur Bildung der Phakolithe geführt haben? In diesem Bereich fanden sich meines Wissens keine Chabasite.
Die Entstehung der Calcitzwillinge in Rammelsbach ist mir noch rätselhafter. In einem Dolomitgang fanden sich zwischen zahlreichen Calciten ab und zu Zwillinge unterschiedlicher Form. Wie kommt es zur Entstehung einzelner Zwillinge in Mitten vieler Calcite?
Wäre schön wenn mir jemand weiterhelfen könnte.

Gruß
Gerdchen

[aca]

Hallo,

nur zur Klärung einiger Begriffe:
Eine Temperatur hat und ist keine Phase, sie ist ein Zustand. Minerale kann man aber als Phasen betrachten. Wenn man von einer Hochtemperaturphase spricht, meint man also die Hochtemperaturmodifikation eines Minerals/einer Verbindung. Diese sind oft höher symmetrisch als die Tieftemperaturphasen/modifikationen, und wenn die Temperatur sinkt, und das Kristallgitter beim Phasenübergang von einem in das andere Mineral eine andere Symmetrie annimmt, muss es sich "entscheiden", auf welche Art das Gitter verzerrt wird. Das geschieht an verschiedenen Stellen des Gitters unterschiedlich (sozusagen mal links rum, mal rechts rum) und am Ende ist der Kristall dann verzwillingt. Solche Zwillinge sind aber eher nicht anhand ihrer groben äusseren Form zu erkennen.

Das ist allerdings nur möglich, wenn es sich um eine sog. displazive Umwandlung des Gitters handelt, d.h. die Bindungen zwischen den Atomen im Gitter ändern nur ihren Winkel, werden aber nicht gelöst und neu verknüpft (das wäre eine sog. rekonstruktive Umwandlung).

Als Phasen von CaCO₃ ließen sich Calcit und Aragonit unterscheiden, allerdings kann man nicht einfach von Hoch- und Niedrigtemperatur oder Hoch- oder Niedrigdruckphasen sprechen. Womit ich sagen will, dass ich nicht glaube, dass die Zwillingsbildung beim Calcit was mit Phasenübergängen zu tun hat.
Ein besseres Beispiel sind Feldspäte, die bei hohen Temperaturen oft monoklin, bei niedrigen triklin sind und die nach langsamer Abkühlung innerlich deutlich verzwillingt sind (allerdings sieht die äusser Form immer noch monoklin aus).

Die Zwillingsbildung kann auch durch die Anwesenheit von Spurenelementen und durch mechanische Einflüsse ausgelöst werden.

Gruss
Amir

[Gerdchen]

@ aca

Vielen Dank für deine Antwort. Deine Ausführung über Zwillingsbildungen klärt jetzt doch einiges. Vielleicht doch noch eine Frage. Wie kann man feststellen welche Entstehungsvariante die für den Fundort richtige ist? Wäre super wenn du mir da auch noch weiterhelfen könntest.
Nochmals vielen Dank
Gerdchen

[caliastos]

du müstest die entwicklungsgeschichte rekonstruieren, also feststellen welche mineralphase vor welcher und wie entstanden ist. an sich nur über dünnschliffe am umgebungsgestein machbar. an den mineralen siehste was mit wem passiert ist und warum. ohne übung aber nicht so einfach.

[aca]

Hallo Gerdchen,

beim einzelnen Kristall kann man die Ursachen der Zwillingsbildung äusserlich überhaupt nicht sicher feststellen.

Man kann man anhand der äusseren Form nur Vermutungen anstellen, falls sich jemand vorher die Mühe gemacht hat, solche (naturgemäss nur tendentiellen) Beziehungen für ein bestimmtes Mineral zu untersuchen und es entsprechende Fachartikel dazu gibt. Aber das sind dann wirklich sehr wage Vermutungen. Vielleicht lassen sich nach dem Äusseren bestimmte Ursachen ausschliessen, aber auch das ist bei jedem Mineral anders.

Noch weniger lässt sich im nachhinein erklären, warum der eine Kristall verzwillingt ist und der andere nicht. Wenn man zuviel Zeit und Geld hat, kann man natürlich jeden einzelnen Kristall im Labor genauestens untersuchen. 

Aber dabei lernt man nichts Grundsätzliches, weil man ja nur eine Fundstelle untersucht hat. Bei der nächsten Fundstelle ist vielleicht alles anders oder vielleicht ist auch alles genauso - aber man kann nicht sagen, warum.

Gruss
Amir

[berthold]

Hallo,

Noch weniger lässt sich im nachhinein erklären, warum der eine Kristall verzwillingt ist und der andere nicht.

das sehe ich auch so. Zwar vermutet man als Ursachen Lösungsgenossen und bestimmte chemisch-physikalische Bedingungen, ähnlich wie bei der Tracht- und Habitus-Variation. Doch scheinbar ist es hier noch komplexer, man kann das nicht an einen Faktor festmachen, möglicherweise führen auch verschiedene Wege zum Zwilling.

Gruß
Berthold

[Gerdchen]

Hallo,

vielen Dank für eure Antworten. Scheint doch ein schwierigeres, aber dennoch interessantes,Thema zu sein. Hat mich noch etwas neugieriger gemacht, speziell in Bezug auf den zweiten Fundort, an dem fast ausschließlich Phakolithe (in sehr großer Zahl) vorkamen. Leider kann man dort das Ganze nicht mehr nachvollziehen (umgebende Gesteine) da die Zone nicht mehr existiert.
Nochmal vielen Dank

Gruß
Gerdchen

[smoeller]

Hallo,

Wie Berthold und die anderen schon sagten: Kein einfacher Prozess, es gibt viele Faktoren. Insbesondere natürlich Druck, Temperatur, Lösungszusammensetzung (p-T-x).

Letztlich versuchen alle Kristalle, bei gegebenem Volumen eine möglichst geringe Oberfläche zu erzielen. Der ideale Körper wäre eine Kugel, was aber wegen der Kristallstruktur nicht geht (nur amorphe Verbindungen bilden ideale Kugeln, alle Kugeln aus Mineralen sind entweder (zumindest in mikroskopischen Größen) getreppt oder aber Aggregate). Die ideale Form im kristallinen Zustand sind einfache kubische Formen wie Würfel und Oktaeder. Es können aber nicht alle Verbindungen kubisch kristallisieren, da die Struktur (bei Raumtemperatur) zu sperrig, verzerrt oder sonstwie niedersymmetrisch ist.

Gruppentheoretisch und von idealen Kugelpackungen (gleichgroße Kugeln) ausgehend, kann man kubisch und hexagonal holoedrische Strukturen als die beiden höchstsymmetrischen Strukturen betrachten, während alle anderen nur Untergruppen der beiden sind. Solche treten v.a. bei Metallen auf (z. B. Cu, Au, Mg).

Nun versuchen niedersymmetrische Strukturen höhere Symmetrie zu erhalten, was natürlich nicht geht. Aber durch Zwillingsbildung kann eine höhere "Pseudosymmetrie" erhalten werden. Beispiele: pseudohexagonale Drillinge bei Cerussit, Anglesit, Aragonit; oder eben Zeolithe wie Chabasit oder Phillipsit oder Harmotom (bei denen alles von monoklin/triklin über pseudo-orthorhombisch, pseudo-tetragonal bis hin zu pseudo-kubisch denkbar ist).

Eine andere Sache sind Zwillingsdomänen, die dann auftreten, wenn ein Mineral in der (höhersymmetrischen) Hochtemperaturmodifikation kristallisiert und dann auf Raumtemperatur abkühlt (bei der die niedriger symmetrische zweite Modifikation stabil ist). Ich rede hier nicht von displaziven Umwandlungen (z.B. Quarz), bei denen keine Verzwilligung auftritt. Beispiele hier wären Leucit (kubisch-tetragonal) oder Feldspäte (z.B. Mikroklin, Orthoklas).

Glück Auf!
Smoeller

[aca]

Hallo,

hmm, nachdem was Sebastian geschrieben hat, habe ich nochmal nachgekuckt.
Ich habe da tatsächlich was unterschlagen/verwechselt, es gibt ausser rekonstruktiven und displaziven auch noch "order/disorder" Phasenübergänge, wie immer man das übersetzt, z.B. bei Feldspäten.
Das wäre dann diffusive Umverteilung von bestimmten Atomen auf dem Maßstab der Einheitszelle (also quasi teilweise rekonstruktiv, teilweise displaziv).
 
Aber: der displazive Phasenübergang beim Quarz führt zur Dauphinéer-Zwillingen.
Die Position der Zwillingsdomänen wird zwar durch nur langsam diffundierende Gitterfehler festgelegt, und eine Verzwilligung muss auch nicht zwangsweise erfolgen, aber die Zwillinge bilden sich beim Phasenübergang vom hexagonalen Hoch- zum trigonalen Tief-Quarz.
(Brasilianer Zwillinge bleiben über die Phasengrenze stabil)

Oder habe ich da was falsch verstanden?

Gruss
Amir

[endeavour-minerals]

Hallo,
an den Bildungsbedingungen und den daraus resultierenden Kristallformen beim Calcit habe ich mich mal versucht, natürlich nur theoretisch. Calcit ist da ein recht kompliziertes Mineral, was schon bei geringen Veränderungen der Einflussfaktoren reagiert.
Schau mal hier:http://www.the-crystalminer.com/Kristallbildung.htm


Gruß Ingo

[berthold]

Hallo Ingo,

auf dem Sektor wurde/wird viel geforscht, natürlich auch mit Experimenten (Kristallzüchtung). Im Prinzip ist das richtig was Du schreibst aber das

Wobei ich nicht der Meinung bin das die Konzentration unmittelbar einen Einfluss auf Tracht und Habitus hat.

würde ich nicht unterschreiben (wobei ich mir nicht klar bin ob Du nur Magnesium oder auch die anderen Lösungsgenossen meinst). Es gibt einige Untersuchungen die genau das Gegenteil zeigen. Fremdionen -die übrigens nicht unbedingt auch in den Kristall eingebaut werden müssen- können schon in sehr geringer Konzentration die Kristallform bei ansonsten gleichen Bedingungen erheblich beeinflussen. Richtig, die Temperatur ist ein wichtiger Faktor (man müsste genauer sagen das Temperaturgeschehen), ggf. auch der wichtigste Faktor. Jedoch hat man den Temperatureinfluss oft überschätzt (und die anderen Faktoren unterschätzt) weswegen z.B. die Calcit-Kristallform, früher als "Geothermometer" angepriesen, heute eher als beiläufiges Indiz und nicht als Beweis angeführt wird.   

Gruß
Berthold

Literatur:
KIRYANOVA E. V., GLIKIN A. E. (1999) The laws of fluorite and calcite habit formation in terms of the morphogenetic structural-chemical concept. -  Journal of crystal growth vol. 198-99 (1) (905 p.)  (11 ref.), pp. 697-703

L. Fernández-Díaz, J.M. Astilleros and C.M. Pina (2005) The morphology of calcite crystals grown in a porous medium doped with divalent cations. - Chemical Geology Volume 225, Issues 3-4, 31 , Pages 314-321

[endeavour-minerals]

Hallo Berthold,
wir bewegen uns auf einem im Grunde noch recht theoretischen Gebiet. Mit meiner Aussage habe ich mich auf  einen Artikel vom Kevin J. Davis (The Role of Mg2+ as an impurity in Calcite Growth) aus dem Science Magazin, gestützt, der im groben das Mg2+ als Blocker für die Calcit Kristallbildung betrachtet. Auch habe ich nur die Calcite der Mitteleuropäischen Riffzone im Focus, was natürlich gewisse Bildungsbedingungen ausschließt. Es ist auf jeden Fall die Summe der verschiedenen Bildungsbedingungen, die ihren Einfluss auf die Calcit Kristalle ausüben, geringe Abweichungen haben da auch schon erheblichen Einfluss. Nicht umsonst hat der Calcit weit über 2000 Kristallformen.

Ich versuche mich immer weiter in das zugegebener Maßen sehr interessante aber teilweise schwer Verständliche Thema hineinzuarbeiten und die Seite dem jeweiligen Erkenntnisstand anzupassen. Dazu muss ich noch sehr viel lesen und auch verstehen, dass ist nicht immer so einfach ich habe das nicht studiert. Ich werde mal deinen Einwurf aufgreifen um noch diese Seite etwas intensiver zu bearbeiten. Deinen Literaturhinweisen gehe ich gerne mal nach, wenn man da etwas  bekommen kann.
Ein interessanter Artikel muss der von A.Wilke sein über "Temperatur, Konzentration, Paragenese auf den Ganglagerstätten des Westharzes" von 1952, dieser ist aber nirgends aufzutreiben.

Gruß Ingo

[berthold]

Hallo Ingo,

ja, jetzt werden wir etwas OT. Bitte nicht böse sein, nur Deine Aussage:

Wobei ich nicht der Meinung bin das die Konzentration unmittelbar einen Einfluss auf Tracht und Habitus hat.

ist, wenn Du -wie Du sagst- Mg2+ Konzentration meinst, genau das Gegenteil von dem was Kevin J. Davis et al. (Deine Quelle) im ersten Satz schreiben:

Magnesium is an important modifier of CaCO3 morphology and growth in natural waters (1–3).

(Die hier angegebenen Quellen 1-3 habe ich noch nicht angeschaut).

Zu dem Thema ist in jüngerer Zeit wirklich viel gearbeitet worden, nicht nur theoretisch. Kristallzüchtung und Beobachtung der Wachstumsflächen mit AFM -wie in Deiner Quelle- zähle ich zu den experimentellen Arbeiten.  Insofern würde ich die Arbeit von Wilke, da sie über ein halbes Jahrhundert alt ist, in diesen Aussagen vor dem Hintergrund der Zeit sehen, in der sie geschrieben wurde. 

Gruß
Berthold

[endeavour-minerals]

Hallo Berthold,
OT ist richtig,aber das wird Thema trotzdem interessant.

Da werde ich wohl das Werk mir nocheinmal vornehmen müssen ,um wenn nötig zu korregieren. (nobody is perfect)
Die Sache habe ich bis jetzt nur von der Temperatur und Druckseite betrachtet, war für mich logischer nachzuvollziehen.
Ich habe leider keinen uneingeschrängten Zugang zu Instituten und somit zu wissenschaftlichen Veröffentlichungen ,daher bin ich nicht auf dem Aktuellsten stand.
Und im Internet bekommt man auch nicht die nötigen Informationen.Die einzigsten Informationen dazu habe ich vom Herr Rustemeyer bekommen (Danke Peter für die email Adresse) und da hört es schon auf.
Der Wilke ist zwar schon alt,aber er geht da scheinbar,auf das was du angesprochen hast ein.Im Rösler ist da auf Seite 243 eine Tafel drin. Nur der Artikel ist nicht mehr zu bekommen, zumindest nicht für mich.

Danke Gruß Ingo

[berthold]

Hallo Ingo,

Ich habe leider keinen uneingeschrängten zugang zu Instituten und somit zu wissenschaftlichen Veröffentlichungen ... Und im Internet bekommt man auch nicht die nötigen Informationen.

Ich auch nicht  :'(, wer hat den schon. Aber kleiner Tip: Bei älteren Veröffentlichungen: zvab.com oder Fernleihe - da bekommt man eigentlich alles  Neue Sachen werden größtenteils online veröffentlicht (oft schon vor der Papierform). Einziger Nachteil, der Zugriff auf online-Artikel kostet fast immer Geld -manchmal heftig  . Sehr hilfreich bei der Suche ist google/scholar (http://scholar.google.de/schhp?hl=de)

Gruß
Berthold