Die Mineralogie beschäftigt sich mit den Eigenschaften, der Entstehung und der Verwendung der Minerale (oder Mineralien). Minerale sind die Bausteine der Gesteine; sie sind durch eine charakteristische chemische Zusammensetzung gekennzeichnet, sind natürlich entstanden und bestehen - abgesehen von einigen wenigen nichtkristallinen, d. h. amorphen Substanzen - aus Kristallen.

Ein Kristall ist ein Festkörper, dessen Bausteine - Atome, Ionen oder Moleküle - nicht zufällig, sondern regelmäßig in einer Kristallstruktur angeordnet sind. Bekannte kristalline Materialien sind Kochsalz, Zucker, Bergkristall (Quarz) und Schnee – aber auch die Metalle. Man sagt auch, die atomaren Bausteine besitzen eine Fernordnung im Gegensatz zu anderen Festkörpern - wie z.B. Glas - wo nur eine Nahordnung besteht.

Kristallgitter von Kochsalz
Kristallgitter von Kochsalz (NaCl; Natriumchlorid).
Bild von H. Hoffmeister

Aufgrund der kristallinen Zusammensetzung bilden sich in vielen Fällen durch ihre bizarre Schönheit imponierende und seit Jahrtausenden faszinierende sog. Kristallstufen, die nicht nur für Sammler immer wieder einen ganz besonderen Reiz ausstrahlen.

Zonare Turmalinkristalle auf Quarz
Zonare Turmalinkristalle auf Quarz
(Bildhöhe ca. 40 cm; Photo: eigenes Archiv)

Die Mineralogie ist die Materialwissenschaft unter den Geowissenschaften. Sie nimmt somit eine Brückenstellung zwischen der Geologie, der Chemie, der Physik und der Werkstoff-wissenschaft ein.

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 (YAG-Laser) genutzt. Thermische Eigenschaften sind für die Entwicklung von Ceran-Kochfeldern auf der Basis des Li-Silikats Petalit von Bedeutung.  Die hohe Dielektrizitätskonstante von Glimmer 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.

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 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. Für die chemische Analyse der Gesamtprobe wird oft die Röntgenfluoreszenzanalyse verwendet, für Punktanalysen arbeitet man mit der Mikrosonde oder der Laser-Ablations-Massen-Spektrometrie (LAMMA). 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.

Rasterelektronenaufnahme Struvitkristall
Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Struvitkristalls in einem Harnstein (1 Teilstrich = 10µm; eigenes Archiv)

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.

Die Teilgebiete der Mineralogie sind wie folgt:

  • Allgemeine Mineralogie
    • Kristallographie
    • Petrologie
    • Petrographie
    • Geochemie
    • Kosmochemie
  • Spezielle Mineralogie
    • Gemmologie (Edelsteinkunde)
    • Tonmineralogie
  • Angewandte Mineralogie
    • Technische Mineralogie
    • Lagerstättenkunde
    • Umweltmineralogie
    • Archäometrie
Viel Schönheit in der Natürlichkeit