Mineralogie

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Einleitung

Die Mineralogie ist die Materialwissenschaft unter den Geowissenschaften. Sie nimmt somit eine Brückenstellung zwischen der Geologie, der Chemie, der Physik und der Werkstoffwissenschaft ein. Sie beschäftigt sich mit der Entstehung und den Eigenschaften von Mineralen, d.h. den anorganischen Bausteinen der Gesteine, die durch eine charakteristische chemische Zusammensetzung und eine bestimmte Kristallstruktur gekennzeichnet sind.

Geschichte der Mineralogie

Die Mineralogie entwickelte sich aus Erkenntnissen des Bergbaus und der Naturphilosophie der Griechen. Im Mittelalter entwickelte sich die Mineralogie dann stärker zu einer angewandten Wissenschaft, die dem Bergbau diente. Um 1800 wurden mineralogische Institute an Universitäten eingerichtet. Im 20. Jahrhundert wandelte sich die Mineralogie durch die Implementierung physikalischer und chemischer Methoden von einer qualitativen zu einer quantitativen Wissenschaft. Zudem wurde die Anwendung von Mineralen und ihren synthetischen Analoga in der Technik immer bedeutsamer; heute ist sie das Hauptarbeitsfeld für Mineralogen.

Untersuchungsgegenstand

Die Mineralogie untersucht, zu welchem Zeitpunkt, mit welcher Geschwindigkeit, unter welchem Druck und bei welcher Temperatur, in welcher chemischen Umgebung und durch welche Prozesse Minerale entstanden sind (Geothermobarometrie). Diese Informationen sind wichtige Bausteine für die Rekonstruktion der Entwicklung der Erde und des Universums, aber auch für die Synthese von Mineralen für technische Zwecke, z. B. von Diamant. Mineralogen erforschen die mechanischen, optischen, thermischen, elektrischen, magnetischen und chemischen Eigenschaften der Minerale, um neue Nutzungsmöglichkeiten zu erschließen. Die Härte als wichtigste mechanische Eigenschaft spielt bei der Entwicklung mineralischer Hartstoffe wie Bornitrid oder Sialon, bei der Erforschung von Erdbeben und bei der Aufbereitung mineralischer Rohstoffe eine Rolle. Optische Eigenschaften werden bei der Herstellung von Yttrium-Aluminium-Granat-Lasern genutzt. Thermische Eigenschaften sind für die Entwicklung von Ceran-Kochfeldern auf der Basis des Li-Silikats Petalit von Bedeutung. Die hohe Dielektrizitätskonstante von Glimmern wird z. B. in Bügeleisen als elektrische Isolierung genutzt, die Piezoelektrizität des Quarzes für die Konstruktion von Uhren. Der Ferrimagnetismus des Magnetits ermöglicht eine Rekonstruktion des Erdmagnetfeldes und damit der Bewegung der Kontinente für vergangene Erdzeitalter. Die chemische Zusammensetzung von so genannten Pfadfindermineralen hilft bei der Prospektion und Exploration von Lagerstätten.

Untersuchungsmethoden

Die Gesteinsansprache im Feld mit Lupe und Salzsäure ist auch noch heute der erste Schritt vieler mineralogischer Untersuchungen. Dabei steht die exakte Beschreibung des Gefüges, der Textur und des Mineralbestandes im Vordergrund. Teilweise werden auch Methoden der Spektroskopie, z. B. die Mößbauer-Spektroskopie im Zinnbergbau, bereits im Gelände eingesetzt. Im Labor erfolgt dann die Aufbereitung der Proben: So werden Dünnschliffe oder Anschliffe für die Polarisationsmikroskopie im Durchlicht bzw. Auflicht hergestellt. Dabei werden Gesteine im Durchlicht und Erze im Auflicht untersucht. Das übrige Probenmaterial wird auf Korngrößen kleiner als 63 µm aufgemahlen. Für die chemische Analyse der Gesamtprobe wird oft die Röntgenfluoreszenzanalyse verwendet, für Punktanalysen arbeitet man mit der Mikrosonde oder der Laser-Ablations-Massenspektrometrie. Die Identifikation der einzelnen Minerale erfolgt mit Beugungsmethoden wie der Röntgendiffraktometrie oder der Neutronenbeugung. Die Bindungsverhältnisse im Mineral werden mit spektroskopischen Methoden wie der IR-Spektroskopie, der Raman-Spektroskopie, der Elektronenspinresonanz oder der Kernspinresonanz untersucht. Die Morphologie der Minerale kann durch die Rasterelektronenmikroskopie genauer beschrieben werden. Defekte im Kristallgitter lassen sich mit der Transmissionselektronenmikroskopie sichtbar machen. In der technischen Mineralogie werden oft die Differentialthermoanalyse und die Thermogravimetrie eingesetzt, um das Verhalten und die Reaktionen der Minerale während eines Aufheizprozesses zu untersuchen. Die technische Mineralogie und die experimentelle Petrologie bedienen sich oft der Kristallzüchtung, um unter Verwendung natürlicher Vorbilder synthetische Werkstoffe herzustellen bzw. um magmatische Prozesse zu simulieren.

Studiengänge

Mineralogie ist in Österreich eine Vertiefungsrichtung geowissenschaftlicher (Montanuniversität Leoben, Universität Wien, NAWI Graz, Universität Innsbruck) oder materialwissenschaftlicher (Universität Salzburg) Studienrichtungen.

Berufsfelder

Mineralog*innen arbeiten überwiegend in der rohstoffverarbeitenden Industrie (Glas, Keramik, Feuerfest, Baustoffe, Bindemittel, Steine und Erden, chemische Industrie, Schleifmittel, Elektronik, Herstellung optischer Bauteile, Papierindustrie). Daneben gibt es auch Tätigkeitsfelder im Umweltschutz, im Bergbau, in der Düngemittel-, Pharma- und Schmuckindustrie sowie in der Denkmalpflege. Außerdem bietet der öffentliche Dienst in Form von Universitäten, Forschungsinstituten und Behörden Arbeitsmöglichkeiten.