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Zonierung in Kristallen

BILD:1147760259

Amethyst
Fundort: Minas Gerais, Brasilien
Sammlung und Foto: Joe George

Die Zonierung ist gewöhnlich das Resultat einer nichteinheitlichen Verteilung der Kationen in der Atomstruktur, Änderungen der Anionen sind seltener.

Einzelkristalle zeigen oft eine Zonierung; meist als unterschiedlich gefärbte, jedoch auch als dunkle orientierte Zonen innerhalb des Kristalls. Bei genauer Betrachtung zeigen sich auch teilweise Schlieren. Diese Zonen haben verschiedene Ursachen. Ihre Gegenwart können interessante Hinweise auf das Mineral und das Wachstum des Kristalls geben.

Die beiden wichtigsten Arten der Zonierung sind konzentrische und sektorielle Zonierung. Diese beiden Arten der Zonierung entstehen während des Kristallwachstums, d.h., indem Moleküle kontinuierlich an einem Ausgangskristall (Kristallit angelagert werden.

Die Zonierung entsteht in Mineralgruppen, bei welchen zwischen den Endgliedern Mischbarkeit existiert und welche gewöhnlich die wechselnden Bedingungen der Kristallisation reflektieren. Aber auch der Einbau von Spurenverunreinigungen oder die Bildung von intrinsischen Fehlstellen kann, unbahängig von solchen Mischungen, optische Unterschiede im Kristall erzeugen.


Konzentrische Zonierung

Die bekanntesten dieser Zonierungen sind Phantomkristalle (Bsp.: Quarz) und farbzonierte Kristalle (Bsp.: mehrfarbige Turmaline, Fluorit).

Tritt ein Wechsel oder eine Störung, bzw. eine Unterbrechung während des Wachstums auf (u.a. durch Variationen der Chromophoren und/ oder der REE-Entfärbungsagenzien, der Spaltspurendichte und/ oder der Lumineszenzdichte), kann dies zu unterschiedlichen Wachstumszonen, verbunden mit Farbänderungen führen. Dies kann auf Unreinheiten hindeuten (z.Bsp. Eisen, welches einem wachsenden Quarzkristall während des Wachstums zugeführt wird und dadurch Amethyst-Phantome in einem farblosen Quarz erzeugt). Mehrfachwechsel in der chemischen Zusammensetzung des wachsenden Kristalls kann zu mehrfachen Zonierungen, wie z.Bps. bei Turmalin führen. Diese Art der Zonierung kann jedoch auch durch Einschlüsse von Gesteinen, Lehm, organischen Materialien oder anderen Mineralien hervorgerufen werden. Bekannte Bespiele sind Chlorit oder Hämatit -Einschlüsse, welche die Oberfläche einer inneren Schicht eines wachsenden Kristall bedecken (überstäuben, verkrusten). (s.a. > Phantombildung).

Konzentrische Zonierung kann jedoch auch sehr subtil sein, wie z.Bsp. bei Granat und Feldspat. Die meisten Granate sind zoniert, bzw. nur sehr selten nicht-zoniert; wobei die Zonierung jedoch meist nicht visuell erkennbar ist.

Granate bilden sich gewöhnlich durch die Metamorphose sedimentärer Gesteine. Der zuerst wachsende Kern des Granats hat eine einzige, definierte chemische Zusammensetzung. Bei weiterem Wachstum der einzelnen Schichten ändert sich diese Zusammensetzung. So hat z.Bsp. Almandin einen Mg-reichen Kern und Fe-reiche Ränder. In einigen Granaten kann man diese sich verändernden Schichten direkt beobachten; bei anderen jedoch kann die Zonierung nur durch Röntgenanalyse (Elektronenstrahl-Mikroanalyse) bestimmt werden.

Feldspat kann auch chemisch zoniert sein. Plagioklas z.Bsp. wächst in einem magmatischen Umfeld, wobei die Kristalle, welche anfangs im abkühlenden Magma wachsen, mehr Calcium enthalten als diejenigen, welche am Ende Kristallisation enstehen und Na-reicher sind. (durch die Bowen'schen Reaktionsserien begründet). Mittels Röntgenanalyse eines Plagioklaskristalls sieht man einen Kern mit hohem Ca-Anteil und einen äußeren Rand reich an Na. Manchmal ist die Zonierung sehr deutlich und kann im Dünnschliff in polarisiertem Licht gesehen werden.

Die Abgrenzung zur Seigerung, d.h. der Enmischung während des Wachstums - siehe Phasendiagramme, ist fliessend.


Sektorielle Zonierung

Diese kann auf zweierlei Arten entstehen. Die bekanntesten Beispiele sind die Sanduhr-Einschlüsse in Gips oder Brookit und Andalusit (als Chiastolith-Kristalle mit typischen Kreuzen).

Kristalle wachsen durch Addition (Akkretion) von Atomen an den Kristall-Oberflächen. Beim Wachstum eines Gipskristalls werden Calcium, Sulfat und Wasser zugeführt. Die kristalline Struktur zwingt diese Materialien, sich in einer organisierten Form, nur an bestimmten Flächen und in einer bestimmten Ordnung anzulagern. So können ebenfalls chemische "Fremdkörper" (Verunreinigungen) nur während des Kristallwachstums eingebracht werden. Nun weist aber jede Art der Kristallfläche, eine typische atomare Oberflächenstruktur mit unterschiedlichen Atomabständen und teilweise auch Atomarten auf. Hier liegt der Schlüssel zum selektiven Einbau. Falls eine Verunreinigung besser auf einer Kristallfläche als auf einer anderen Fläche in die Lücken während des Wachstums passt, wird die Verunreinigung hier stärker eingebaut. Dies erklärt, warum manche Gipskristalle eine sektoriell zonierte Fluoreszenz zeigen; das Element, welches die Fluoreszenz aktiviert, kann nur an an eine Fläche, jedoch nicht an die andere angelagert werden. Auch die "Streifen" in Brookit-Kristallen werden teilweise auf den selektiven Einbau von Fremionen auf den {001}-Flächen zurück geführt.

Eine zweite Ursache für sektorielle Zonierung beruht darauf, wie schnell oder effizient verschiedene Teile des Kristalls wachsen. Zu Beginn des Kristallwachstums wachsen, ausgehend von kleinen Keimen, verschiedene Kristallflächen unterschiedlich schnell. Eine Faustregel sagt: Ecken schneller als Kanten, schneller als Flächen. Die am Ende sichtbaren Flächen haben die geringsten Wachstumsraten. Je schneller ein Kristall wächst, umsomehr Verunreinigungen werden in der Regel eingebaut. Dieser Effekt kann allerdings durch den zuvor dargestellten flächenspezifischen Mechanismus überdeckt werden.

Eine weitere Variante bei der Färbung von Kristallbereichen ist der Einschluss von Verunreinigungen an den Kristallkanten. Hier wird im Wechelspiel des Wachstums zweier Flächen anderes Material an der Kante eingebaut (Bsp.: Andalusitkristalle, welche durch Einschlüsse von Kohlenwasserstoffen zoniert werden).


Beispiele für Farbzonierung

Zonierung in Fluorit
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Zonierung in Fluorit

Fundort: Fuchsalm, Spital am Pyhrn, Windischgarsten, Oberösterreich, Österreich. Kristallgröße: 2 mm.

Copyright: skibbo
Beitrag: skibbo 2011-12-20
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Zonierrung in Fluorit
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Zonierrung in Fluorit

Kristallgröße 4 cm. Xianghuapu Mine, Linwu Co., Chenzhou, Provinz Hunan, China.

Copyright: skibbo
Beitrag: skibbo 2011-04-26
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Wulfenit, Mimetesit
Aufrufe (Bild: 1297242182): 2480, Wertung: 8.2
Wulfenit, Mimetesit

Ojuela Mine, Mapimi, Mexiko. Kristallgröße 3 mm.

Copyright: skibbo
Beitrag: skibbo 2011-02-09
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Fluorit (zonar gebaut)
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Fluorit (zonar gebaut)

Kristallgröße 4 mm. Steinbruch Henneberg, Weitisberga, Thüringer Schiefergebirge

Sammlung: skibbo
Copyright: skibbo
Beitrag: skibbo 2011-02-05
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Fluorit
Aufrufe (Bild: 1265505170): 5183
Fluorit

Größe: 43x37x37 mm; Fundort: Grube Clara, Schwarzwald, Baden-Württemberg, Deutschland

Copyright: slugslayer
Beitrag: slugslayer 2010-02-07
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Fluorit xx
Aufrufe (Bild: 1233956144): 436
Fluorit xx

Kristallgröße 0,7cm; F.O.: Berbes, Asturien, Spanien

Copyright: skibbo
Beitrag: skibbo 2009-02-06
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Zonierung in Fluorit
Aufrufe (Bild: 1204202222): 2670
Zonierung in Fluorit

Kristallgröße 2cm, Ojuela Mine, Mexico

Copyright: skibbo
Beitrag: skibbo 2008-02-28
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Turmalin (Elbait)
Aufrufe (Bild: 1147760653): 2108
Turmalin (Elbait)

Fundort: Minas Gerais, Brasilien

Copyright: Christian Rewitzer
Beitrag: Collector 2006-05-16
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Fluorit
Aufrufe (Bild: 1147760627): 882
Fluorit

Fluorit - gelb-purpurfarben zoniert Fundort: Minerva, Hardin Co., Illinois, USA

Sammlung: Collector
Copyright: Collector
Beitrag: Collector 2006-05-16
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Literatur

  • Bragg,L., Claringbull, G.E.; 1965; Crystalline State; vol. IV; The Crystal Structure of Minerals. Bell.
  • Buerger, M.J.,1960; Crystal-Structure Analysis. J.Wiley & Sons
  • English, G.L., 1934; Getting acquainted with Minerals
  • Gray, J.C., Zoning in Minerals; Georgia Mineral Society
  • Knutson, C., Peacor, D.R., Kelly, W.C., 1985; Luminescence, Color and Fission Track Zoning in Apatite Crystals of the Panaqueira Tin-Tungsten Deposit; Am. Min., Vol. 70, 892-837
  • Nesse, W.D.; 2000; Introduction to Mineralogy

Links

Farbe, Einschlüsse, Farbveränderung, Chromophor, Phantombildung, Kristall, tautozonal, Zonarbau


Quellangaben


Einordnung