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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung1
Ton – Korngröße oder Mineral?
TON (AIPEA 1995) :
ein natürliches Material aus sehrfeinkörnigen Mineralen, welches sich
beigeeignetem Wassergehalt plastisch verhält und beim Trocknen oder Brennenverhärtet.
TON istein klastisches Sediment mit einer medianen Korngröße
von weniger als 2 µm
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung2
Clay Mineralogy
Clay Chemistry
Soils and Agronomy
Ceramics
Sedimentary Petrology
Economic Geology
Civil Engineering
Waste disposal (landfills and radioactive)Slope stability
CatalysisColloid propertiesPaper coatingsDrilling fluidspharmaceuticals
Hydrothermal weathering
Environment of depositionStratigraphic correlationReservoir qualityBasin History
NutrientsTilthFertilizer
Wer untersucht Tone?
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung3
Ton, Keramik, Baustoffe, Papier
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung4
Ton, Chemie, Medizin und Pharmazie
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung5
Verwendung
• Porzellan (Kaoline)• Keramik, Ziegel (Tone, Auenlehme, wenig Smektit)• Deponiebau (min. 20% Tonminerale)• Papierindustrie (Kaolinit)• Bohrspülung (Bentonit)• Tunnelbau (Bentonit)• Pharmazie
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung6
Überbegriff TongesteinLutit (lat. lutum = Lehm): v.a. KarbonatgesteinePelit (gr. pelos = Schlamm): übergeord. BegriffMergel: Tongesteine mit 25-75% Karbonat
(Tonmergel 25-50% - Kalkmergel 50-75%)Letten: farbige Ton/Siltsteine (Keuper, Zechstein)Schlamm: Ton + SiltLehm: Ton + Sand, Verwitterungsprodukt Tonschiefer: metamorphe Tonsteine
NomenklaturTon (unverfestigt) - Tonstein (verfestigt)
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung7
clay Ton
claystone Tonstein ohne sedim. Paralleltextur
shale Tonstein mit sedimentärer Paralleltextur
argillite (Schieferton)
slate Tonschiefer mit tektonischer Paralleltextur
"tonstein" (engl.) Kaolinkohlentonstein
mud (Schlamm) mudstone (Schlammstein)
Nomenklatur II (engl.)
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung8
O2- Si4+, Al3+ OH- Al3+, Mg2+, Fe3+, Fe2+
[SiO4] tetrahedra [M(O,OH)6] octahedra
Bauelemente der Tonminerale
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung9
Tetraederschicht
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung10
Oktaederschicht
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung11
trioktaedrisch (2+ Kation) dioktaedrisch (3+ Kation)
Oktaederbesetzung
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung12
a) 1:1 (tetrahedral : octahedral) or (TO)b) 2:1 (tetrahedral :octahedral : tetrahedral) or (TOT)c) 2:1:1 (tetrahedal:octahedral : tetrahedral ) : octahedral or (TOT:O)
a)
b)
c)
Kombinationsmöglichkeiten für Tetraeder und Oktaederschicht
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung13
Begriffe (AIPEA):a) Ebene
(plane): b) Schicht
(sheet):c) Zwischenschicht
(interlayer):d) Schichtpaket
(layer): e) Struktureinheit
(unit structure):
Struktur der Tonminerale
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung14kaolinite, dickite, halloysite, serpentine
Dioctahedral: Al2[Si2O5(OH)4]
Trioctahedral: Mg3[Si2O5(OH)4]
d001
T
0
T
0KAOLINITE (view along b axis)
1:1 Typ
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung15
pyrophyllite, talc, montmorillonite, illite, micas
Dioctahedral: M+x+y Si4-xAlx Al3+
2-yMg2+y O10(OH)2
Trioctahedral: M+x+y Si4-xAlx Mg2+
3-yLi+y O10(OH)2
d001
T0
T
T0
T
SMECTITE (view along b axis)
2:1 Typ
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung16
Tr,Tr chlorites; Di,Di chlorites; Di,Tr chlorites
d001
T0
TT0
T
0
CHLORITE (view along b axis)
2:1:1 Typ
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung17
Tonminerale-Struktur (4)
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung18
Tonminerale-Sytematik
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung19
Tonminerale-Sytematik
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung20
Unit-layer formula for an unsubstituted 2:1 clay mineral: Al4Si8O20(OH)4
Unit-layer formula for a substituted 2:1 clay mineral: [Al3.5 Mg0.5]Si8O20(OH)4
Isomorpher Ersatz
4 x Al3+ + 12 3.5 x Al3+ + 10.5
8 x Si4+ + 32 0.5 x Mg2+ + 1
20 x O2- - 40 8 x Si4- + 32
4 x OH- - 4 20 x O2 - 40
Net charge 0 4 x OH- - 4
Net charge - 0.5
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung21
Wechsellagerungsminerale
• regelmäßig (50:50) oder unregelmäßighäufig:• Illit-Smectit (regelmäßig und unregelmäßig) z.B. Rectorit• Chlorit-Smectit (regelmäßig und unregelmäßig) z.B. Corrensit
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung22
Wechsellagerungsminerale
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung23
Polytypen
Moore&Rynolds, 1997
Glimmer
1M
2M1
3T
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung24
Verwitterung
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung25
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung26
Silikatverwitterung
Apello&Postma, 1993
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung27
Tonminerale-Genese
Kaolinitgruppe• Verwitterung magmatischer und metamorpher Geteine in humidem
KlimaSerpentingruppe• Hydrothermale Umwandlung Mg-reicher (z.B. olivinhaltiger),
ultrabasischer GesteineTalk-Pyrophyllitgruppe• Talk wie Serpentin, Pyrophyllit durch hydrothermale Umwandlung Al-
reicher GesteineSmektitgruppe• Verwitterung vulkanischer Aschen oder hydrothermale Spätphase des
Vukanismus• Auch Verwitterung ultrabasischer, Fe-haltiger Gesteine (Nontronit)
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung28
Tonminerale-Genese
Vermiculitgruppe• Hydrothermale Umwandlung von Biotit oder Phlogopit oder durch
Verwitterung dunkler, gesteinsbildender MineraleIllitgruppe• Hydrothermale Bildung bei gleichzeitigem K+ und H3O+ Angebot oder
durch Austausch von K+ gegen H3O+ aus Muskovit• Dehydratation von Smectiten bei der DiageneseGlimmergruppe• Magmatische Bildung (meist saure Gesteine) und metamorphChloritgruppe• Metasomatische Veränderung Mg-reicher Gesteine
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung29
Diagenese / Metamorphose
Meunier, 2005
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LÜ-Sedimentologie Ton-Einführung30
Smectit – Illit Umwandlung
Meunier, 2005