Calcit

Calcit
Calcitzwilling
Allgemeines und Klassifikation
Andere Namen	Kalzit Kalkspat
Chemische Formel	Ca[CO₃]
Mineralklasse (und ggf. Abteilung)	Carbonate und Nitrate - wasserfreie Carbonate ohne fremde Anionen
System-Nr. nach Strunz und nach Dana	5.AB.05 (8. Auflage: V/B.02) 14.01.01.01
Ähnliche Minerale	Aragonit, Dolomit
Kristallographische Daten
Kristallsystem	trigonal
Kristallklasse; Symbol	ditrigonal-skalenoedrisch; 3 2/m
Raumgruppe	R3c (Nr. 167)
Gitterparameter	a = 4,99 Å; c = 17,06 Å
Formeleinheiten	Z = 6
Häufige Kristallflächen	{1010}, {0001}, {0112}, {0221}
Zwillingsbildung	(0001), sehr häufig Gleitzwillinge (polynynthetische Translationslamellen) nach (0112)
Physikalische Eigenschaften
Mohshärte	3
Dichte (g/cm³)	2,6 bis 2,8; rein 2,715
Spaltbarkeit	sehr vollkommen nach (1011) Spaltwinkel 75°
Bruch; Tenazität	muschelig, spröde
Farbe	meist farblos, milchig weiß, grau, gelb, rosa, rot, blau, grün, braun bis schwarz
Strichfarbe	weiß
Transparenz	durchsichtig bis undurchsichtig
Glanz	Glasglanz, auch Perlmuttglanz
Kristalloptik
Brechungsindizes	n_ω bei ~590 nm: 1,640 bis 1,660; rein 1,658 (Im Bereich von 190 bis 1700 nm fällt n_ω von etwa 1,6 auf etwa 1,4.) n_ε bei ~590 nm: 1,486 Im Bereich von 190 bis 1700 nm fällt n_ε von etwa 1,9 auf etwa 1,5.
Doppelbrechung	δ = 0,154 bis 0,174; rein 0,172
Optischer Charakter	einachsig negativ
Achsenwinkel	2V = kann anomal zweiachsig auftreten 2V_x dann 4-14° (bis 25°)
Pleochroismus	nicht vorhanden
Weitere Eigenschaften
Chemisches Verhalten	in kalten, verdünnten Säuren unter heftigem Brausen löslich
Besondere Merkmale	sehr starke Doppelbrechung; gelegentlich Fluoreszenz in rot oder orange; häufige Zwillingslamellen

Calcit, Kalzit, Kalkspat oder Doppelspat, ist ein sehr häufig vorkommendes Mineral und Namensgeber der Calcitgruppe innerhalb der Mineralklasse der „Carbonate (und Verwandte)“. Es kristallisiert im trigonalen Kristallsystem mit der chemischen Zusammensetzung Ca[CO₃] und entwickelt verschiedene Kristall- beziehungsweise Aggregatformen (Habitus), die entweder farblos oder von milchigweißer bis grauer, durch Verunreinigungen auch gelber, rosa, roter, blauer, grüner, brauner oder schwarzer Farbe sein können.

Mit einer Mohshärte von 3 gehört Calcit zu den weichen Mineralen und dient als Bezugsgröße auf der bis 10 (Diamant) reichenden Skala nach Friedrich Mohs.

Etymologie und Geschichte

Der Name Calcit leitet sich aus dem griechischen χάλιξ chálix (m und f; Mörtel, Kalk, Kies) beziehungsweise lateinischen calx (Kalk) ab.

Die Eigenschaft von Calcit, in allen Formen und Kombinationen des rhomboedrischen Systems kristallisieren zu können, hatte für die Herleitung der Gesetze der Kristallographie eine nicht zu unterschätzende Bedeutung. So hatte der englische Arzt William Pryce bereits 1778 die Grundlagen der Kristallographie vorgeahnt, als er in der "Mineralogia Cornubiensis" feststellte, dass sich aIle Formen des Calcits durch einfache Spaltung aus der Grundform des Rhomboeders ergeben. Der französische Mineraloge René-Just Haüy (1743-1822) entwickelte auf dieser Grundlage die erste, auch praktisch nutzbare Kristallographie. Wie so oft rankt sich auch um Haüys Entdeckung eine Legende. Haüy stürzte ein großer Calcitkristall vom Tisch zu Boden und zersprang in viele Einzelteile. Beim Aufheben der Bruchstücke bemerkte Haüy, dass zwar alle eine andere Form hatten, aber alle dem rhomboedrischen Islandspat glichen. Haüy wiederholte den Vorgang mit den unterschiedlichen Kristallformen des Calcits und jedes Mal erhielt er einen Rhomboeder. Aus dieser Beobachtung schloss er, dass die Kristalle aus der Wiederholung des Elementargitters beziehungsweise der Elementarzelle in den drei räumlichen Richtungen entstehen. Seine Beobachtungen hielt er in den Jahren 1781 und 1782 in seinem Buch "Memoire sur la structure des crystaux" fest. Darin waren erstmals die Grundgesetze der Kristallographie formuliert und am Beispiel des Calcits erläutert.

Klassifikation

In der mittlerweile veralteten, aber noch gebräuchlichen 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehört der Calcit zur Mineralklasse der „Carbonate, Nitrate und Borate“ und dort zur Abteilung der „Wasserfreien Carbonate ohne fremde Anionen“, wo er als namensgebendes Mineral die „Calcitgruppe“ mit der Systemnummer V/B.02 und den weiteren Mitgliedern Gaspéit, Magnesit, Otavit, Rhodochrosit, Siderit, Smithsonit, Sphärocobaltit und Vaterit bildet.

Die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) verwendete 9. Auflage der Strunz'schen Mineralsystematik ordnet den Calcit in die Klasse der „Carbonate und Nitrate“ (die Borate bilden jetzt eine eigene Klasse) und dort in die Abteilung der „Carbonate ohne weitere Anionen, ohne H₂O“ ein. Diese Abteilung ist nach der Elementgruppenzugehörigkeit der beteiligten Kationen weiter unterteilt, so dass das Mineral entsprechend seiner Zusammensetzung in der Unterabteilung „Erdalkali- (und andere M²⁺) Carbonate“ zu finden ist, wo es die nach wie vor existierende „Calcitgruppe“ mit der System-Nr. 5.AB.05 bildet. Der Vaterit bildet jetzt eine eigene Gruppe.

Die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Calcit wie die veraltete Strunz-Systematik in die gemeinsame Klasse der „Carbonate, Nitrate und Borate“ und dort in die Abteilung der „Wasserfreien Carbonate“ ein. Hier ist er ebenfalls Namensgeber der „Calcitgruppe (Trigonal: R-3c)“ mit der Systemnummer 14.01.01 und den weiteren Mitgliedern Gaspéit, Magnesit, Otavit, Rhodochrosit, Siderit, Smithsonit und Sphaerocobaltit innerhalb der Unterabteilung 14.01 Wasserfreie Carbonate mit einfacher Formel A⁺CO₃.

Kristallstruktur

Elementarzelle Calcit

Calcit kristallisiert trigonal in der Raumgruppe R3c (Raumgruppen-Nr. 167) mit den Gitterparametern a = 4,99 Å und c = 17,06 Å sowie 6 Formeleinheiten pro Elementarzelle.

Die Kristallstruktur besteht aus einer entlang der c-Achse [0001] aufgebauten, schichtartigen Anordnung von ebenen CO₃-Gruppen und eckenverknüpften Calcium-Oktaedern. Jedes Sauerstoffion der CO₃-Gruppe ist dabei mit je einem Calciumion der darunter und der darüber liegenden Schicht verbunden und bildet dadurch ein 3-dimensionales Netzwerk.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Charakteristisch für Calcitkristalle ist eine besonders hohe Doppelbrechung. Licht, das nicht entlang der optischen Achse des Kristalls einfällt, wird in zwei Lichtbündel aufgespalten, einen ordentlichen und einen außerordentlichen Strahl. Für diese beiden Strahlen gelten auf Grund unterschiedlicher Polarisationsrichtungen andere Brechungsindizes. Dies zeigt sich darin, dass bei einem bestimmten Blickwinkel jedes durch einen klaren Kristall beobachtete Objekt doppelt erscheint, eine zur Identifikation von Calcit sehr hilfreiche Eigenschaft, daher auch der häufige Name Doppelspat. In Island, dem bekanntesten Vorkommen für Doppelspat, wird er als silfurberg (Silberfels) bezeichnet.

Die theoretische Dichte des Calcits beträgt 2,71 g/cm³. Die effektive Dichte schwankt jedoch zwischen 2,6 und 2,8 g/cm³, je nachdem wieviel Calcium-Ionen im Kristallgitter durch andere Metall-Ionen wie Eisen, Mangan oder Zink ersetzt sind.

Je nach Fundort kann Calcit durch Einlagerung von Seltenen Erden unter UV-Licht rot, blau oder gelb, aber auch andersfarbig fluoreszieren. Weiterhin kommen auch phosphoreszierende, kathodo-, thermo- und selten auch tribolumineszierende Calcite vor.

Illustration der hohen Doppelbrechung eines großen Calcit-Einkristalls („Doppelspat“)
Calcit (pink) und Quarz (violett) aus Mexiko unter UV-Licht

Chemische Eigenschaften

Verglichen mit anderen Mineralen ist Calcit kaum resistent gegenüber der Verwitterung. Er ist viel weicher als Quarz oder Feldspat und bereits in saurem Wasser löslich. In kalten, verdünnten Säuren löst sich Calcit unter heftiger Gasentwicklung auf.

Farbe

grüner Calcit aus Mexiko

Reiner Calcit ist durchsichtig und farblos. In der Natur ist er jedoch nur selten zu finden. Sieht man einmal ab vom Islandspat, so ist natürlicher Calcit meistens honiggelb bis gelbbraun gefärbt, massive Varietäten sind milchig weiß. Die verschiedenen Färbungen des Calcits entstehen, wenn Ionen anderer Metalle wie Eisen, Zink, Cobalt oder Mangan die Calcium-Ionen im Kristallgitter ersetzen. So ergibt Eisen einen gelbbraunen Farbton, Zink führt zu einem gräulich-weißen Farbton, Cobalt gibt rosa Farbtöne und Mangan schließlich verleiht malven- oder veilchenfarbige Töne. Zudem sind manganhaltige Varietäten oft karminrot fluoreszierend. Ist dem Calcit eine geringe Menge des Malachits beigemischt, so kann er sogar eine grüne Farbe annehmen, wie es in den Sekundärcalcit-Adern des Kalkmassivs von Vizarron in Zentralmexiko zu beobachten ist. Diese, wie auch alle anderen oben genannten Färbungen heben oft einzelne Wachstumszonen der Calcit-Kristalle hervor und sind recht häufig zu beobachten. Außergewöhnlich ist himmel- bis lavendelblauer Calcit, dessen Färbung auf Fehlstellen im Kristallgitter zurückzuführen sind, die durch Strahlung radioaktiver Minerale entstanden sind. Der blaue Farbton schwächt sich mit der Zeit ab und verschwindet, wenn die Kristalle der Sonne ausgesetzt sind nach einigen Monaten vollständig.

Modifikationen und Varietäten

Blätterspat aus der Grube „Himalaya“. Gem Hill, San Diego County, Kalifornien (Größe: 5,9 cm × 5,3 cm ;× 3,2 cm)

Glendonit vom Fluss Olenitsa, Weißmeerküste, Halbinsel Kola, Nordwestrussland (Größe: 2,4 cm × 2,1 cm)

Chemisch ist Calcit (wie der ähnliche Aragonit und der Vaterit) ein Calciumcarbonat, ein Calcium-Salz der Kohlensäure.

Als Blätterspat oder auch Papierspat werden Calcitvarietäten mit dünnen, blätterartigen Kristallen bezeichnet.

Kanonenspat ist eine Calcitvarietät mit langsäulig gestrecktem, pseudohexagonalem Habitus. Als Manganocalcit wird eine manganhaltige Varietät des Calcit bezeichnet.

Eine Pseudomorphose von Calcit nach Ikait wird als Glendonit bezeichnet.

Bildung und Fundorte

Calcitnadeln auf gelbem Fluorit

stalaktitischer Calcit aus Mexiko

Dieser große „Doppelspat“-Kristall (engl.: Icelandic spar) aus New Mexico gehört zu den größten seiner Art in den Vereinigten Staaten.

Gebildet wird Calcit nach dem chemischen Gleichgewicht:

${\mathrm {Ca}}^{{2+}}+2{\mathrm {HCO}}_{3}^{-}\quad \overrightarrow {\leftarrow }\quad {\mathrm {CaCO}}_{3}+{\mathrm {H}}_{2}{\mathrm {O}}+{\mathrm {CO}}_{2}$

Das Gleichgewicht der obigen Reaktion verlagert sich mit steigender Temperatur zunehmend auf die rechte Seite. In warmen Gewässern können Lebewesen also mit geringerem Energieaufwand Kalkgehäuse bilden. In Dampfkesseln und anderen Gefäßen, in welchen kalkhaltiges Wasser erhitzt wird, entsteht auf diese Weise Kesselstein.

Calcit kann sowohl massiv als auch körnig, faserig oder in Kristallen auftreten und zeigt in letzterem Falle den höchsten Formenreichtum aller Minerale. Es ist als Gesteinsbildendes Mineral eines der häufigsten Minerale der Erdkruste und kommt sowohl in magmatischen, zum Beispiel in Karbonatiten, in metamorphen (Marmor) oder Sedimentgesteinen wie Kalkstein vor. Es tritt allein oder vergesellschaftet mit anderen Mineralen in Gängen auf, entsteht aber auch an der Erdoberfläche. Häufig entstand/entsteht Calcit durch Biomineralisation, sei es in Gesteinsformationen, im Boden, als in Teilen unerwünschter Zahnbelag (neben bevorzugt Calcium-Hydroxylapatit) usw.; hier aber immer in ganz bestimmten Mikro-Umweltbedingungen.

Calcit löst sich gut in saurem Wasser und wird dadurch leicht aus Kalkstein ausgelaugt, wodurch Höhlensysteme entstehen. Der gelöste Calcit lagert sich an anderer Stelle wieder ab. Dabei entstehen die typischen Tropfsteine, die Stalagmiten und Stalaktiten.

Die weitaus größten Calcitvorkommen gehen auf Meeresablagerungen zurück. Dabei setzen sich die calcithaltigen Skelette und Schalen unzähliger kleiner Meerestiere wie etwa Muscheln, Korallen und diverser Protisten, wie die Coccolithophoriden, am Meeresgrund ab. Diese Kalkalgen sind kleiner als 30 Mikrometer und werden zum Nanoplankton gezählt. Sie bilden winzige Kalkschilde, die sogenannten Coccolithen, die nach dem Absterben der Algen auf den Ozeanboden sinken. Die Kreidefelsen von Dover bestehen aus solchen Coccolithen. Auch Korallenriffe spielen bei der Calcitbildung eine herausragende Rolle.

Anorganische, abiogene Bildungsbereiche von Calcit sind flache, im Intertidalbereich gelegene, tropische Meeresplattformen. Dort wird Calcit in Form von millimeterkleinen Kügelchen (Kalkooiden) ausgefällt. Calcit im Marmor geht auf thermische Metamorphose von Calcitsedimenten zurück.

Ab einer Meerestiefe von 3500 Metern, der so genannten Calcit-Kompensationstiefe, löst sich Calcit vollständig in Wasser. Daher bleiben in dieser Tiefe weder calcithaltige Sedimente noch Muschelschalen oder Skelette erhalten.

Calcit kommt als Einlagerung in die Statolithenmembran der Makulaorgane des Innenohres vor. Es spielt dort eine große Rolle bei der Wahrnehmung von Beschleunigungen und der Lotrichtung.

Bekannt aufgrund außergewöhnlicher Calcitfunde ist vor allem Island, wo neben dem wasserklaren Doppelspat auch die bisher größten Kristalle gefunden wurden. Am Helgustadir nahe Reyðarfjörður hatte der größte Kristall eine Abmessungen von 7 m × 7 m × 2 m und der schwerste ein Gewicht von 280 t. In der „Sterling Bush“-Höhle im Lewis County (New York) wurde ein Calcit-Rhomboeder von 109 cm × 95 cm × 46 cm und einem Gewicht von rund 500 kg gefunden.

Einer der größten in Museen ausgestellten Calcite befindet sich im Natural History Museum. Er hat ein Gewicht von 230 kg.

Verwendung

Baumaterial und Rohstoff

Die calcithaltigen Gesteine Marmor, Kalkstein und Onyxmarmor sind ein hochwertiges Dekorations- und Baumaterial, daneben wird Calcit in Kalkstein zur Produktion von Zement und Kunstdünger und als Zuschlagstoff bei der Verhüttung von Erzen eingesetzt. Besonders reine Kristalle werden wegen ihrer optischen Eigenschaften in der optischen Industrie, insbesondere in der Polarisationsoptik, beispielsweise in Form von Glan-Taylor-Prismen oder als Verzögerungsplatte verwendet. Außerdem wird es in sauren, rutilumhüllten und basischen Elektroden als Schutzgasbildner beim Lichtbogenhandschweißen eingesetzt.

Schmuckstein

Calcit in unterschiedlichen Schmucksteinschliffen

Calcit ist für eine kommerzielle Schmucksteinherstellung eigentlich zu weich und aufgrund seiner vollkommenen Spaltbarkeit auch zu empfindlich. Gelegentlich wird er aber dennoch im Glattschliff als Cabochon oder Trommelstein angeboten. Versierten Sammlern gelingt es darüber hinaus auch, Calcit in Facettenform zu bringen.

Basierend auf einem Artikel in

Wikipedia.de