Eine bewährte Einführung in die Grundlagen der Mineralogie, Petrologie und Geochemie, primär für Studierende der Geowissenschaften, aber auch für ambitionierte Hobbygeologen.
Das bewährte Lehrbuch der Mineralogie
Gregor Markls Buch ist eine verständliche Einführung in die Grundlagen der Mineralogie, Petrologie und Geochemie und richtet sich vor allem an Studierende geowissenschaftlicher Fächer.
Am Anfang steht eine reich bebilderte Beschreibung der wichtigsten Minerale und Gesteine. Dann stellt der Autor Konzepte und Analysemethoden der Mineralogie vor und erklärt die Bildung und Veränderungen von metamorphen, magmatischen und sedimentären Gesteinen. Das Kapitel zur Geochemie beleuchtet die Chemie des Kosmos, die Entstehung der Elemente, Meteorite sowie die Zusammensetzung der wichtigsten globalen Reservoire (Erdkern, -mantel, -kruste, Ozeane, Atmosphäre). Eine wichtige Anwendung der Geochemie ist die Messung von Gehalten an Spurenelementen oder stabilen und radiogenen Isotopen in Gesteinen zur Rekonstruktion geologischer Prozesse.
Das Lehrbuch besticht durch moderne Stoffauswahl und -darstellung, übersichtlich strukturierte und verständliche Texte, die gelungene Verbindung von Mineralogie, Petrologie und Geochemie sowie die große Zahl farbiger Fotos und instruktiver zweifarbiger Grafiken.
Studierenden der Geowissenschaften wird dieses Buch vom Grundstudium bis zum Bachelorabschluss begleiten. Zugleich bietet es allen, die sich für die Erde interessieren, spannende Einblicke in die Wissenschaft von den Mineralen und Gesteinen.
Professor Dr. Gregor Markl ist Lehrstuhlinhaber für Petrologie am Fachbereich Geowissenschaften der Universität Tübingen und Mitglied der Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldina.
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Einleitung XV
1 Makroskopische Bestimmung von Mineralen und Gesteinen 3
1.1 Eine grobe Einteilung der Gesteine 3
1.2 Minerale 4
1.3 Der Aufbau der Erde 7
1.4 Die Differenzierung der Erde 11
1.5 Die Entstehung der Gesteinsvielfalt - der Kreislauf der Gesteine 13
1.6 Gesteine 16
1.6.1 Magmatische Gesteine 16
1.6.1.1 Allgemeines zur Nomenklatur von magmatischen Gesteinen 16
1.6.1.2 Die Streckeisennomenklatur 18
1.6.1.3 Das TAS-Diagramm 22
1.6.1.4 Normberechnungen 22
1.6.1.5 Zur Nomenklatur von vulkanischen Auswurfprodukten 23
1.6.2 Metamorphe Gesteine 25
1.6.3 Sedimentgesteine 26
1.7 Ausgewählte Minerale 32
1.8 Ausgewählte Gesteine 74
2 Allgemeine Mineralogie 119
2.1 Einfuhrung 119
2.2 Kristallgeometrie und Kristallmorphologie 120
2.2.1 Symmetrien 120
2.2.2 Kristallgitter 123
2.2.3 Kristallsysteme 125
2.3 Kristallchemie 129
2.3.1 Grundlagen 129
2.3.2 Kristallchemie wichtiger gesteinsbildender Minerale 136
2.3.3 Kristallwachstum und Diffusion, zonierte Minerale 152
2.3.3.1 Kristallwachstum 153
2.3.3.2 Diffusion und zonierte Minerale 158
2.4 Physikalische Eigenschaften von Mineralen 161
2.4.1 Farbe 161
2.4.2 Mechanische Eigenschaften 166
2.4.3 Elektrische und magnetische Eigenschaften 169
2.5 Optische und analytische Methoden der Mineralogie 175
2.5.1 Polarisationsmikroskopie 175
2.5.2 Spektroskopische Methoden 191
2.5.3 Röntgendiffraktometrie 194
2.5.4 Elektronenstrahlmikrosonde 198
2.5.5 Röntgenfluoreszenzanalyse 200
2.5.6 Elektronenmikroskopie 203
2.5.7 Massenspektrometrie 207
2.5.8 Lumineszenzmikroskopie 211
2.5.9 Spaltspurdatierung 212
2.5.10 Untersuchung von Flüssigkeitseinschlüssen 214
2.5.11 Schwermineraltrennung 221
2.5.12 Korngrößentrennung und -messung 221
2.5.13 Quecksilber-Porosimetrie 225
3 Petrologie 229
3.1 Einführung 229
3.2 Die betrachteten chemischen Zusammensetzungen 229
3.3 Phasen und Komponenten 230
3.4 Der Begriff des Gleichgewichts in der Petrologie 232
3.5 Arbeiten mit petrologisch wichtigen Diagrammen 235
3.5.1 Phasendiagramme 235
3.5.2 Dreiecksdiagramme 236
3.5.3 Projektion von Phasen 238
3.5.4 Berechnung von Reaktionsstöchiometrien mit Hilfe von Matrizen 242
3.5.5 Aktivitätsdiagramme 243
3.6 Metamorphe Reaktionen 247
3.6.1 Phasenumwandlungen 247
3.6.2 Sonstige Festphasenreaktionen 247
3.6.3 Entwässerungsreaktionen 249
3.7 p-T-t-Pfade und ihre Rekonstruktion 250
3.8 Metamorphe Prozesse 254
3.8.1 Das metamorphe Fazieskonzept 254
3.8.2 Metamorphose von Ultrabasiten 259
3.8.3 Metamorphose von kieseligen Kalksteinen 264
3.8.4 Metamorphose von Tonsteinen (Metapeliten) 269
3.8.5 Metamorphose von Basalten (Metabasiten) 274
3.9 Magmatische Prozesse 280
3.9.1 Der Zusammenhang von Plattentektonik und Magmatismus 280
3.9.1.1 Tektonische Milieus und ihr Zusammenhang mit vornehmlich basischem Magmatismus 281
3.9.1.2 Klassifikation und tektonische Zuordnung von granitoiden Schmelzen 294
3.9.2 Methoden und physikalischchemische Grundlagen der magmatischen Petrologie 300
3.9.2.1 Binäre Schmelzdiagramme 301
3.9.2.2 Ternäre Schmelzdiagramme 305
3.9.2.3 Der Verteilungskoeffizient 306
3.9.2.4 Kontamination von Schmelzen 308
3.9.2.5 Fraktionierte Kristallisation 310
3.9.2.6 Dichte und Viskosität von Schmelzen 312
3.9.2.7 Fluide in der magmatischen Petrologie 315
3.9.2.8 Redoxreaktionen in magmatischen Systemen 318
3.9.3 Bildung, Aufstieg und Kristallisation von Schmelzen 322
3.9.3.1 Die Entstehung von Schmelzen 322
3.9.3.2 Aufstieg von Schmelzen 329
3.9.3.3 Kristallisation 332
3.9.4 Wichtige Kuriositäten: Karbonatite, Kimberlite, Anorthosite 343
3.10 Sedimentpetrologie 350
3.10.1 Einleitung 350
3.10.2 Die Verwitterung 352
3.10.2.1 Chemische und physikalische Verwitterung 352
3.10.2.2 Verwitterungsbildungen 355
3.10.2.3 Der globale Thermostat: ein Zusammenhang zwischen Verwitterung und Klima 365
3.10.3 Die Diagenese 371
3.10.3.1 Einleitung und Klassifikation der Diagenese 371
3.10.3.2 Das Schicksal des organischen Kohlenstoffs in der Diagenese 371
3.10.3.3 Die Veränderung des Porenraumes und des Drucks im Gestein 377
3.10.3.4 Fluidzusammensetzung und Mineralstabilitäten in Sedimenten 385
3.10.3.5 Evaporite 392
4 Geochemie 397
4.1 Einführung 397
4.2 Nukleosynthese 398
4.3 Die Entstehung und frühe Entwicklung der Planeten 404
4.4 Meteorite und Kometen 408
4.4.1 Allgemeines zu Meteoriten 408
4.4.2 Alter und Herkunft von Meteoriten 412
4.4.3 Die Klassifikation von mMeteoriten 414
4.4.4 Funde und Fälle. 415
4.4.5 Die verschiedenen Meteoritenarten 417
4.4.5.1 Steinmeteorite 417
4.4.5.2 Stein-Eisenmeteorite 427
4.4.5.3 Eisenmeteorite 427
4.4.5 Weitere Beurteilungskriterien für Meteorite 429
4.5 Die Zusammensetzung von Erde und Mond 431
4.5.1 Die Zusammensetzung der Gesamterde und des Erdkerns 432
4.5.2 Die Zusammensetzung des Erdmantels 435
4.5.3 Die Zusammensetzung der Erdkruste m439
4.5.4 Die Zusammensetzung der Ozeane und der Atmosphäre 443
4.5.5 Die Zusammensetzung des Mondes 454
4.6 Die Verteilung der Elemente 457
4.6.1 Die geochemische Einteilung der Elemente 457
4.6.2 Verteilungskoeffizienten 462
4.6.3 Die Quantifizierung der Elementverteilung bei Schmelz und Kristallisationsprozessen 471
4.6.3.1 Gleichgewichtskristallisation 471
4.6.3.2 Fraktionierte Kristallisation 473
4.6.4 Die Seltenen Erden 473
4.7 Stabile Isotope 484
4.7.1 Die Fraktionierung stabiler Isotope 484
4.7.2 Fraktionierungsfaktoren und gebräuchliche Notationen 489
4.7.3 "Traditionell" häufig in den Geowissenschaften benutzte stabile Isotope 489
4.7.3.1 Wasserstoff und Sauerstoff 489
4.7.3.2 Kohlenstoff 506
4.7.3.3 Schwefel 514
4.7.3.4 Stickstoff 519
4.7.4 "Neue" stabile Isotopensysteme 521
4.7.4.1 Eisen 521
4.7.4.2 Kupfer 524
4.7.4.3 Die Leichtelemente Lithium, Beryllium und Bor 525
4.7.4.6 Calcium 527
4.7.4.7 Silizium 528
4.7.4.8 Chlor 529
4.8 Radiogene Isotope 531
4.8.1 Einführung 531
4.8.2 Geochronologie 534
4.8.3 Wichtige Systeme radiogener Isotope 539
4.8.3.1 Das Rb/Sr-System 539
4.8.3.2 Das Sm/Nd-System 542
4.8.3.3 Das U/Pb-System 544
4.8.3.4 K/Ar und Ar/Ar 554
4.8.3.5 Das Lu/Hf-System 557
4.8.3.6 Das Re/Os-System 559
4.8.3.7 Die Ungleichgewichtsmethoden des Urans und Thoriums 562
4.8.3.8 Die U-Th-(Sm)/He-Methode 565
4.8.3.9 Kosmogene Radionuklide 565
4.8.3.10 Edelgase 569
4.8.4 Radiogene Isotope als petrogenetische Tracer in magmatischen Prozessen 572
4.9 Biogeochemische Kreisläufe am Beispiel des Kohlenstoffs 578
Abbildungsnachweis 583
Tabellennachweis 591
Literaturverzeichnis 593
Mineraltabelle 597
Register 600