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Frage zu einer Kristallbildung

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Sebastian58:
Hallo zusammen
Ich habe eine Menge dieser Steine, mein Freund, der sich mit Geologie auskennt, sagt, es handele sich um Magnetit. Er ist derjenige, der die Steine gründet.

Jeder Stein enthält viele Kristalle unterschiedlicher Größe. Die Kristalle sind perfekte Oktaeder, ich bin von der Form sehr beeindruckt. Die Kristalle lassen sich leicht aus dem Gestein herausreißen.

Kann jemand irgendwelche Kenntnisse oder Meinungen darüber haben, wie diese perfekten Kristalle entstehen? Wo entstehen sie? Und welche Bedingungen?
Ich bin für jede Information dankbar.
Vielen Dank im Voraus.

vandendrieschen:
Ja, das sind Magnetite. Halt mal einen Magnet dran.

"Wo entstehen sie?"
In Magmatiten und Metamorphiten als auch in Sedimentiten.

"wie diese perfekten Kristalle entstehen?"
Die Spinell-Struktur für Magnetit trägt der Tatsache Rechnung, dass 1/3 der Eisenionen (Fe3+-Ionen) tetraedrisch und 2/3 der Eisenionen (Fe2+- und Fe3+-Ionen im Verhältnis 1:1) oktaedrisch vom Sauerstoff koordiniert sind. Die Symmetrie der Hochtemperaturphase ist kubisch. Somit ergeben sich acht Formeleinheiten pro Elementarzelle mit insgesamt 56 Atomen. Das A-Untergitter, das von den tetraedrisch koordinierten Fe3+-Ionen aufgebaut wird bildet ein Diamantgitter, während das B-Untergitter der Fe3+-Ionen der oktaedrischen Sauerstoffumgebung ein Pyrochlorgitter bildet, das geometrisch frustriert ist. Geometrische Frustration bedeutet dabei, dass eine lokale Ordnung, die durch lokale Wechselwirkungen stabilisiert wird, sich nicht frei durch den Kristall fortsetzen kann. Es handelt sich um eine Verzerrung der monoklinen Raumgruppe Cc (Raumgruppen-Nr. 9) mit pseudo-orthorhombischer Symmetrie.

"Und welche Bedingungen?"
Magnetit entsteht durch Korrosion und tritt nur auf, wenn in einem geschlossenen HLK- System Sauerstoff vorhanden ist.
In metamorphen Gesteinen ist Magnetit ein häufiges Mineral, welches aus zahlreichen eisenhaltigen Vorläufermineralen entstehen kann, insbesondere unter den Bedingungen der Kontaktmetamorphose. In mafischen Magmatiten kristallisiert er früh aus und bildet deshalb oft gut definierte Kristalle aus.

stoanklopfer:

--- Zitat von: vandendrieschen am 21 Dec 23, 03:37 ---Ja, das sind Magnetite. Halt mal einen Magnet dran.

--- Ende Zitat ---

Magnetit ist - wie schon der Name sagt - selbst magnetisch! Er zieht Eisenspäne o.ä. an. Wozu also ein Magnet?


--- Zitat von: vandendrieschen am 21 Dec 23, 03:37 ---Magnetit entsteht durch Korrosion

--- Ende Zitat ---

Das höre ich das erste Mal, was soll man sich darunter vorstellen?

Volkmar

felsenmammut:
Glück Auf!

Serpentin ist ein Gestein, dass durch Metamorphose aus basischen bis ultrabasischen Gesteinen hervorgeht. Genauer gesagt handelt es sich um eine retrograde Metamorphose, bei der Wasser während der Mineralumwandlung aufgenommen wird, chemisch mit dem Ausgangsgestein reagiert und in die neuen Minerale eingebaut wird. Druck und Temperatur sind deutlich geringer als bei der Bildung der Ausgangsgesteine, aus denen sich der Serpentin bildete. Um hier mal zwei Nummern in den Raum zu werfen: 200°C und 5 kbar. Mir ist aber gerade wieder ein Serpentin vorgestellt worden, der Temperaturen von über 400°C gesehen haben soll. Wie so oft, darf man es nicht eng nehmen mit den Zahlen. Manche Prozesse können über einen weiten Wertebereich ablaufen, ohne das Ergebnis nennenswert zu beinflussen.

Bei der Umwandlung werden ein Großteil der ursprünglich vorhandenen Minerale wie Pyroxene und Olivin (Forsterit-Fayalit-Serie) zersetzt und deren Bestandteile zu neuen Mineralien (Chrysotil, Antigorit, Lizardit,...) umgebaut. Auch wenn die Metamorphose zum Serpentinit kein geschlossenen System ist, da ja mindestens Wasser zugeführt wurd, und auch Stoffe abgeführt werden können, so muss doch alles was an Bausteinen da ist, wieder in neue Minerale irgendwie verbaut werden. Aus einem Überschuss an Eisen und Sauerstoff, die nicht anderweitig in den Silikaten eingebaut werden, kann sich Magnetit bilden.

Dass der Magnetit dabei eine bestechend schöne oktaedrische Form annimmt, hat seine Ursachen in seiner Kristallstruktur und dem Streben unter den gegebenen Bildungsbedingungen ein energetisch niedriges und damit stabiles Niveau anzunehmen. Würde die Bildung des Magnetits keiner kristallografischen Ordnung folgen, wäre seine energetisch günstigste Form eine Kugel. Die Oberflächenenergie ist dabei am kleinsten. Viele kleine Magnetite werden sich auch zu einem einzigen Kristall zusammenfinden, um dadurch ihre gemeinsame Oberfläche zu minimieren. Dabei hilft, dass der Serpentin während seiner Bildung ohnehin fast alle seine Bestandteile auflöst und zu neuen Mineralien umbaut. Das erlaubt für einige Mobilität des überschüssigen Eisens und überschüssigen Sauerstoffs sich so zu großen Magnetiten zusammenzufinden. Beim Zusammenfinden spielt das Konzept des thermodynamischen Gleichgewichts eine große Rolle. Das thermodynamische Gleichgewicht beschreibt in welche Richtung Auflösung und Kristallisation verschoben sind. Auflösen und Kristallisation finden ständig parallel statt. Gerade an den Kristallgrenzen herscht viel Bewegung und ein ständiges Ausprobieren, um den energetischen Zustand zu minimieren. Nun hat der Magnetit aber auch eine kristallographische Struktur, die die Anordnung von Eisen und Sauerstoff festlegt. Und auch hier gibt es energetisch günstige Anbaustellen und energetisch ungünstige Anbaustellen. An den Kanten ist es energetisch günstig, was zur Bildung sehr glatter großer Oktaederflächen führt. Direkt auf den Oktaederflächen ist das Anbauen neuer Bausteine energetisch von Nachteil. Hier wird das Weiterwachsen also erst dann wahrscheinlicher, wenn die Wachstumsmöglichkeiten an den Kanten weitestgehend ausgeschöft sind.

Und der energetische Vorteil der Magnetitbildung ist sogar besser als beim Bau der ihn umgebenden Silikate. In der Wechselwirkung von Magnetit und Silikat wird also das Magnetitwachstum bevorteilt, so dass der Magnetit idiomorph wachsen kann. Noch zwei Anmerkungen zur Temperatur. Die Curie-Temperatur beschreibt eine Temperatur oberhalb derer Stoffe ihre permanentmagnetischen Eigenschaften verlieren. Bei Magnetit liegt sie bei 585°C, also recht hoch gemessen am üblichen Temperaurfenster für die Serpentinitbildung. Magnetit hat einen Bildungstemperaturebereich von grob 200 bis 600°C. Die oben genannten 200 °C für die Serpentinbildung dürften also hier etwas höher gelegen haben, um solch schöne Kristalle zu ermöglichen.

Mit freundlichen Grüßen

Das Felsenmammut

vandendrieschen:

--- Zitat von: stoanklopfer am 21 Dec 23, 05:25 ---
--- Zitat von: vandendrieschen am 21 Dec 23, 03:37 ---Magnetit entsteht durch Korrosion

--- Ende Zitat ---

Das höre ich das erste Mal, was soll man sich darunter vorstellen?

Volkmar

--- Ende Zitat ---
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