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Mineralogie & Gefüge
Die mineralogischen und gefügekundlichen Parameter
Bei der petrographischen Untersuchung wird festgestellt, welche Minerale in welchen Anteilen im Schiefer vorkommen. Zusätzlich wird das Gefüge eines Schiefers untersucht, d. h. in erster Linie, wie die Schieferung ausgebildet ist.
Aus dieser Kenntnis heraus kann man Aussagen über das Langzeit- sowie Verarbeitungsverhalten eines Schiefers treffen. An dieser Stelle sollen ein paar wichtige Phänomene dargestellt werden.
Hier sollen die mineralogischen und gefügekundlichen Parameter von Schiefer erläutert werden.
DIE MINERALE
Die Hauptminerale umfassen die starren sowie elastischen Minerale und nehmen den größten Anteil der Schiefer ein, im allgemeinen mindestens 95%.
Die unterschiedlichen Eigenschaften der einzelnen Minerale sind hier tabellarisch aufgelistet und erläutert.
| Hauptgemengeteile |
Auswirkungen |
Starre Minerale:
Quarz
Feldspat |
- sind für die Härte eines Schiefers verantwortlich
- je mehr starre Minerale vorhanden sind, desto härter ist ein Schiefer
- Feldspat und Quarz sind gegenüber der Verwitterung resistent
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Glimmer:
Muskovit/Illit
Chlorit
Paragonit (selten) |
- die elastischen Minerale werden auch als Glimmer bezeichnet
- Glimmer bilden die Schieferung
- Glimmer zeigen eine sehr gute Spaltbarkeit und eine hervorragende Elastizität
- Muskovit und Chlorit sind gegenüber der Verwitterung stabil
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| Nebengemengeteile |
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Eisensulfide:
Pyrit, Markasit (FeS2)
Magnetkies (FeS) |
- Eisensulfide zeigen ein unterschiedliches Verwitterungsverhalten
- im allgemeinen verwittern sie relativ leicht
- verursachen als Eisenhydroxid eine bräunliche Färbung
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bei Reaktion mit Wasser und Sauerstoff kann Schwefelsäure gebildet werden
- Schwefelsäure kann Karbonate angreifen
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Karbonate:
Calcit - Ca CO3
Siderit - Fe [CO3]
Ankerit - Ca Fe [CO3] |
- Karbonate reagieren sehr leicht, d. h. sie können schnell gelöst werden
- angelöste Karbonate können matten Glanz oder Gefügeauflockerungen verursachen
- bei Anwesenheit von Sulfid kann Gips gebildet werden
- Gips besitzt höheres Volumen als Karbonat
- Volumenunterschiede können Gefügeauflockerungen auslösen
- bei Anwesenheit von Eisen können Braunfärbungen hervorgerufen werden
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Die starren Minerale umfassen Quarz und Feldspat, wobei Quarz immer den größeren Anteil einnimmt. Die starren Minerale sind für die Härte eines Schiefers verantwortlich. Je mehr Quarz/Feldspat ein Schiefer hat, desto härter ist er. Teilweise zeigen Schiefer solch hohe Quarzgehalte, so daß sie sehr spröde sind und das Verarbeiten erschweren. Feldspat und Quarz sind gegenüber der Verwitterung resistent.
Die elastischen Minerale werden auch als Glimmer bezeichnet. Aufgrund ihrer blättchenförmigen Ausbildung zeigen die Glimmer eine sehr gute Spaltbarkeit und hervorragende Elastizität. Sie bilden letztendlich die Glimmerlagen, also die Schieferung und ihre Ausbildung gibt wesentlich die mechanischen Eigenschaften bzw. das Verarbeitungsverhalten eines Schiefers vor. Muskovit und Chlorit sind gegenüber der Verwitterung resistent.
Die für die Qualität wichtigsten Nebenminerale/Akzessorien umfassen beim Schiefer vor allem Eisensulfide und Karbonate. Daneben können auch andere Minerale auftreten, die aber keinen wesentlichen Einfluß auf die Schieferqualität haben und deshalb hier nicht behandelt werden.
Eisensulfide
Eisensulfid kann in Form verschiedener Minerale auftreten, die ein unterschiedliches Verwitterungsverhalten besitzen. Die Minerale können konzentriert in Lagen, als haufenartige Ansammlung oder fein verteilt im Schiefer auftreten. Eisensulfide verwittern relativ leicht und verursachen als Eisenhydroxid eine bräunliche Färbung.
Zusätzlich können sie bei Reaktion mit Wasser und Sauerstoff Schwefelsäure bilden und somit z. B. Karbonate angreifen. Dies kann zu mattem Glanz oder Gefügeauflockerungen führen.
Bei der Beurteilung der Eisensulfidminerale ist auch dessen Größe von Entscheidung. Kleinere Pyrite sind von den Glimmerlagen umflossen und werden keine Löcher verursachen (Zeichnung: Fall A). Wenn aber große Pyrite durch die Schieferung spießen, können sie nach dem Herauslösen Löcher hinterlassen (Zeichnung: Fall B).
Auch kann es wichtig sein, ob die einzelne Pyrite einen Quarzsaum haben. Dieser Quarzmantel kapselt die Pyrite ab und verschließt sie somit vor der Verwitterung (rechte Zeichnung unten). Schließlich ist es auch sehr gut möglich, daß Pyrite über Jahre keinerlei Veränderungen zeigen.
So können sie zwar eine braune Kruste um das Kristall bilden, aber es muß nicht zwangsläufig zu einer flächendeckenden Braunfärbung kommen.
Karbonate
Die Karbonate umfassen ein größere Gruppe von Mineralen. In einigen Mineralen ist neben Kalzium zusätzlich Eisen oder Magnesium eingebaut. Also auch Karbonate können Braunfärbungen verursachen. Dies bedeutet, daß der Einfluß von Karbonat auf die Gesteinsqualität vom jeweiligen Karbonatmineral abhängt.
Karbonate reagieren sehr leicht, d. h. sie können in Gebieten mit z. B. saurem Regen schnell gelöst werden. Das in der Atmosphäre enthaltene Kohlendioxid kann Karbonat in Hydrogenkarbonat umwandeln und dieses ist wasserlöslich. Wird Hydrogenkarbonat abgeführt, kann dies eine Aufrauhung der Spaltflächen, Gefügeauflockerungen und bei hohen Gehalten die Zerstörung der Schieferplatte zur Folge haben.
Bei Anwesenheit von Sulfid kann weiterhin Gips gebildet werden. Dieser hat ein höheres Volumen und somit kann es zu Spannungen im Gefüge und daher zu Gefügeauflockerungen im Schiefer kommen.
Infolge höheren Kalzium-Angebotes wird auch die Bewuchsfreundlichkeit des Schiefers durch Moose und Flechten begünstigt. Zusätzlich kann es zur Veränderung des Verhaltens im Frost-Tau-Wechselversuch führen.
DAS GEFÜGE
Die Güte einer Schieferung - Sauberkeit der Schneidkanten, Glätte, Gleichmäßigkeit etc. - ist abhängig von mehreren Kriterien.
Vor allem in Deutschland wird die Glimmerlagendichte als Maß für die Qualität einer Schieferung herangezogen. Die Glimmerlagendichte gibt an, wieviel Glimmerlagen pro Millimeter ausgebildet sind. Daneben sollte auch die Ausbildung der einzelnen Glimmerlagen beschrieben werden.
Die in der Euro-Norm aufgestellte Klassifikation kann als wenig sinnvoll erachtet werden. Einmal ist nicht genau nachvollziehbar, was wirklich die Unterschiede der einzelnen "Glimmergefüge" sind und zum zweiten ist es für die mikroskopische Untersuchung nicht praktikabel. Das hier genutzte Schema umfaßt Kriterien, die zur Beschreibung einer Schieferung nützlich sind und sich bei der mikroskopischen Untersuchung von Schiefer bewährt hat.
Glimmerlagendichte:
Anzahl der Glimmerlagen pro mm |
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Ausbildung der Glimmerlagendichte:
Angaben, ob der Schiefer eine konstante oder schwankende Glimmerlagendichte zeigt. |
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| homogen |
schwankend |
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Form der Glimmerlagen:
Beschreibt, wie die Glimmerlagen ausgebildet sind. Es ist verständlich, daß glatte Glimmerlagen zu einer besseren Spaltbarkeit als rauhe führen. |
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| rauh |
glatt |
irregulär |
Räumliche Beziehung zwischen den Glimmerlagen:
Beschreibt, wie die einzelnen Glimmerlagen zueinander orientiert sind. |
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| parallel |
verzweigt |
konjugierend
(bei zwei
Schieferungen) |
- Glimmerlagendichten können gleichmäßig oder schwankend sein, d. h. es gibt Bereiche mit höherer und niedrigerer Dichte. Das sollen die begleitenden Gefügebilder verdeutlichen.
- Die Form beschreibt, wie die Glimmerlagen ausgebildet sind. Es ist naheliegend, daß glatte Glimmerlagen zu einer besseren Spaltbarkeit und höheren Biegefestigkeit als rauhe führen.
- Die räumliche Beziehung beschreibt, wie die einzelnen Glimmerlagen zueinander orientiert sind.
- Es kann auch vorkommen, daß sich neben der ersten Schieferung noch eine zweite, die sogen. Runzelschieferung entwickelt hat. Ihr Einfluß auf das Erscheinungsbild und das Verarbeitungsverhalten eines Schiefers hängt von der Intensität ihrer Ausbildung und dem Winkel zwischen beiden Schieferungen ab.
Neben der Schieferung können andere Phänomene das mechanische Verhalten des Schiefers beeinflussen, wie z. B. Mikrorisse oder Quarzadern, die zum Bruch führen können. Für die Untersuchung des Schiefergefüges ist es daher wichtig, sämtliche strukturelle Erscheinungen einzubeziehen.
Man kann also schon aufgrund der Ausbildung des Gefüges Rückschlüsse über die Verarbeitbarkeit des Schiefers und Güte der Spaltfläche schließen.
Subjektive Zählmethoden führen aber auch zu subjektiven Ergebnissen. Daher sollten Angaben zur Glimmerlagendichte als Annäherung betrachtet werden, die durchaus um 10 und mehr schwanken können. Generell kann man davon ausgehen, daß gute Schiefer eine Glimmerlagendichte von 60 - 70 pro mm zeigen.
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