Mineralogie

Chemische Analysen geben die Zusammensetzung eines Gesteins eindeutig wieder, wenn nur alle Hauptkomponenten dabei berücksichtigt sind. Im allgemeinen werden vierzehn bis achtzehn solcher Komponenten bestimmt. Mit Ausnahme von Schwefel (S), Fluor (F) und Chlor (Cl) werden sie als Oxide angegeben: SiO₂, TiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, FeO, MnO, MgO, CaO, Na₂O, K₂O, P₂O₅, CO₂, H₂O. Nebenkomponenten wie Zirkonium (Zr), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Barium (Ba), Strontium (Sr) und Rubidium (Rb) werden meist als Elemente in ppm (parts per million) angeführt.
Wichtigste Aufgabe der Normberechnung ist die Umwandlung der chemischen Analyse in einen nach bestimmten Regeln normierten Mineralbestand. Dieser erlaubt die Klassifizierung des Gesteins nach potentiellen mineralischen Komponenten und den Vergleich mit anderen so berechneten Gesteinen. Die heute am weitesten verbreitete Norm dieser Art ist die CIPW-Norm. Sie ist besonders für die Umrechnung magmatischer Gesteine entworfen worden. Die beste Übereinstimmung mit dem tatsächlichen Mineralbestand wird bei Basalten und ähnlichen Vulkaniten erreicht. Da die CIPW-Norm nur wasserfreie Minerale kennt, lassen sich mit ihr die Mineralbestände glimmer- oder hornblendeführender Plutonite und die metamorpher Gesteine nicht passend berechnen. Hierfür eignet sich z.B. die Äquivalentnorm nach BURRI und NIGGLI besser.

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Man dividiert zunächst die Gewichtsprozent der Oxide durch deren Molekulargewicht und erhält so für jedes Oxid Molekularzahlen, die untereinander in der Weise aquivalent sind, dass man aus ihnen normative "Minerale" zusammensetzen kann.
Geringe Mengen von MnO und NiO werden zu FeO, von BaO und SrO zu CaO addiert.

Verlauf der Berechnung:
1) P₂O₅ wird mit einer 3,33 mal grö&zlig;eren Menge von CaO zu Apatit vereinigt.

2) Alles CO₂ wird mit der äquivalenten Menge von CaO zu Calcit vereinigt.

3) TiO₂ und eine äquivalente Menge von FeO ergeben Ilmenit. Ist nicht genügend FeO vorhanden, so kann nach Durchführung des Schrittes 6) Titanit CaO*TiO₂*SiO₂ gebildet werden. Falls dazu kein CaO mehr vorhanden ist, bleibt TiO₂ als Rutil übrig.

4) Alles vorhandene K₂O wird mit der äquivalenten Menge von Al₂O₃ und einer sechsfachen Menge von SiO₂ zu Orthoklas verbunden (K₂O*Al₂O₃*6SiO₂).

5a) Ebenso wird mit Na₂O zur Bildung von Albit verfahren.

5b) Ist nicht genügend Al₂O₃ zur Bindung von Na₂O vorhanden, so wird aus dem Überschuß dieser Komponente Acmit (Ägirin) Na₂O*Fe₂O₃*4SiO₂ berechnet. Der Schritt 6) entfällt dann.

6) Noch vorhandenes CaO wird mit Al₂O₃ und 2SiO₂ zu Anorthit verbunden. Bleibt Al₂O₃ übrig, so erscheint dies als Korund.

7) Übrigs CaO wird zur Bildung von Titanit (siehe unter 3) oder von Wollastonit CaO*SiO₂ verwendet.

8) Noch vorhandenes FeO und Fe₂O₃ werden zu Magnetit FeO*Fe₂O₃ verbunden. Übriges Fe₂O₃ wird Hämatit, übriges FeO geht in die Pyroxene ein.

9a) Aus dem Rest von CaO wird Wollastonit CaO*SiO₂ gebildet.

9b) MgO wird mit SiO₂ zu Enstatit MgO*SiO₂ verbunden.

9c) Noch übriges FeO ergibt mit SiO₂ Ferrosilit FeO*SiO₂.

9d) Der so erhaltene Wollastonit wird mit einer äquivalenten Menge Enstatit und Ferrosilit zu Diopsid CaO*(Mg,Fe)O*2SiO₂ vereinigt. Das Mengenverhältnis von MgO und FeO ist das vor Schritt 9b) gegebene. Noch übriger Wollastonit bleibt als solcher erhalten. Der Rest von Enstatit und Ferrosilit wird als (Mg,Fe)O*SiO₂ zu Hypersten.

10) Nunmehr wird geprüft, ob die anfangs gegebene Menge SiO₂ überhaupt zur Bildung der Silikate ausreicht. Ist dies der Fall und bleibt ein Überschuß, so erscheint dieser als Quarz. Ist zu wenig SiO₂ vorhanden, so müssen "kieselsäresparende" Silikate gebildet werden.

11) Man beginnt dazu mit der Umwandlung von Hypersten, d.h. seiner Komponenten Enstatit und Ferrosilit in Forsterit 2MgO*SiO₂ und Fayalit 2FeOSiO₂, die zusammen Olivin ergeben. Die Berechnung der in den noch verbleibenden Hypersten eingehenden Einheiten von MgO und FeO erfolgt nach der Gleichung x = 2 S - M, worin S die Menge des zur Verfügung stehenden SiO₂ und M die Summe der unterzubringenden Einheiten von MgO und FeO ist. Die Mende der in Olivin eingehenden Einheiten von MgO+FeO ist y = M - x.

12) Bleibt weiterhin ein SiO₂-Defizit, so wird zunächst Titanit in Perowskit CaO*TiO₂ umgewandelt.

13) Bei weiterem SiO₂-Defizit wird Albit teilweise oder ganz in Nephelin umgewandelt nach x = (S - 2N) / 4 und y = N - x, wobei S die Menge des verfügbaren SiO₂ und N das verfügbare Na₂O ist.

14) Bei weiterem SiO₂-Defizit wird Orthoklas in Leucit K₂O*Al₂O₃*4SiO₂ umgewandelt nach x = (S - 4K) / 2 und y = K - x.

15) Bei weiterem SiO₂-Defizit wird Diopsod in Calciumorthosilikat 2CaO*SiO₂ und Olivin umgewandelt nach x = (2S - M - C) / 2, y = (M - x) / 2 und z = (C - x) / 2, wobei M die verfügbare Menge von MgO und FeO in Diopsid und C die verfügbare Menge von CaO in Diopsid (und eventuell in Wollastonit) ist. x ist die Menge des Diopsids, y des Olivins und z des Calciumorthosilikates.

16) Sehr selten ist es erforderlich, auch noch den Leucit in den kieselsäureärmeren Kaliophilit K₂O*Al₂O₃*2SiO₂ umzuwandeln nach x = (S - 2K) / 2 und y = (4K - S) / 2, wobei S wieder die verfügbare Menge von SiO₂ und K das unterzubringende K₂O ist.

Weitere mögliche normative Minerale sind Halit (NaCl), Thenardit (Na₂O*SO₃), Pyrit (FeS₂) berechnet als FeO*2S, Fluorit (CaF₂) berechnet als CaO*2F, Natrium- und Kaliummetasilikat (Na₂O*SiO₂ und K₂O*SiO₂), Zirkon (ZrO₂*SiO₂) und Chromit (FeO*Cr₂O₃).

Zur Berechnung der gewichtsprozentualen Anteile der normativen Minerale multipliziert man deren Molekulargewicht mit der Molekularzahl einer ihrer Komponenten, die in der Formel in der Anzahl auftritt. Die Summe der berechneten Gewichtsprozent wird im allgemeinen unter 100% liegen, weil u.a. der Wasseranteil der Gesteinsanalyse nicht in die normativen Minerale eingeht. Man rechnet die Norm dann gewöhnlich auf 100% um.

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