Sedimentgesteine

Manche Felsen sehen aus, als wären sie gestreift. In den Dolomiten zum Beispiel sind solche quer verlaufenden Bänder oft deutlich zu sehen. Auch Sandstein- oder Kalksteinbrüche haben manchmal ähnlich hübsche Muster.

Schroffe Felswände in den Dolomiten
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Erzeugt wird das „Streifendesign“ schon bei der Bildung des Gesteins. Ausgangsmaterial ist Verwitterungsschutt, der von Wasser oder vom Wind davongetragen wird. Flüsse, Gletscher und Staubstürme verlieren irgendwann an Kraft: Flussläufe werden zur Mündung hin immer langsamer und strömen schließlich ins Meer oder einen See. Gletscher dringen in wärmere Regionen vor und schmelzen ab. Auch Staubstürme lassen irgendwann nach. Dann können sie Staub, Sand und Geröll nicht mehr weiter befördern. Das mitgeschleppte zermahlene Gestein setzt sich ab. Mit der Zeit bildet das abgelagerte Material eine immer höhere Schicht – das Sediment. Besonders auf dem Meeresboden und auf dem Grund von Seen, wo Flüsse viel Material anschwemmen, sammeln sich solche Sedimente, darunter auch Reste von toten Tieren oder Kalkschalen.

Die einzelnen Sedimentschichten erscheinen wie Streifen im Fels
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Nach und nach schichten sich verschiedene Sedimente übereinander. Eine Schicht kann zum Beispiel aus Sandstein bestehen: Zu Trockenzeiten hat hier der Wind Wüstensand angeweht. Steigt der Meeresspiegel wieder an, wird diese Schicht von Wasser bedeckt: Kalkschalen von Meerestieren sinken auf den Meeresgrund und lagern über dem Sand eine weitere Schicht an. Über Jahrmillionen veränderte sich das Klima immer wieder und sorgte dafür, dass der Meeresspiegel schwankte. Dadurch konnten sich verschiedene Schichten ablagern.

Am Meeresboden setzen sich Sand und Reste von Lebewesen ab
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Im Laufe der Zeit wird die Sedimentdecke immer dicker. Unter der Last des eigenen Gewichts werden die anfangs lockeren Sedimente immer stärker zusammengepresst, kleine Hohlräume verschwinden, die Masse verdichtet sich. Weitere Schichten lagern sich darüber, das Sediment wird immer fester und schließlich unter Druck zu Sedimentgestein. Dieser Vorgang heißt in der Geologie auch Diagenese. Werden dabei zum Beispiel Schalen winziger Meerestiere zu Stein gepresst, entsteht Kalkstein. Feine Sandkörner aus Quarz verkitten sich unter dem hohen Druck zu Sandstein.

Neben Geröll setzten sich auch tote Tiere ab, zum Beispiel Fische auf dem Meeresgrund. Luftdicht abgeschlossen blieben ihre Knochen und Schuppen erhalten und versteinerten. Solche Fossilien haben sich im Stein verewigt. Sie verraten noch nach Jahrmillionen vieles über die Zeit, in der sich das Sediment gebildet hat. Daher können Geologen in den Gesteinsschichten lesen wie in einem Geschichtsbuch.

Fossilien sind versteinerte Lebewesen
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Normalerweise ist für uns nur die oberste Schicht sichtbar. Wenn sich jedoch ein Fluss durch das Sedimentgestein gräbt, es bei der Gebirgsbildung angehoben oder in einem Steinbruch frei gesprengt wird, erhalten wir einen Blick auf den Querschnitt. Die einzelnen Sedimentschichten sind dann als „Streifen“ oder Bänder im Gestein gut zu erkennen.

Felsküste im Streifen-Look
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Saurier-Sensation: Baby-Dino in Bayern entdeckt

In einem Kalkwerk im bayerischen Kelheim wurde das Fossil eines Baby-Dinosauriers entdeckt. Der kleine Raubsaurier ist zu 98 Prozent erhalten. Damit ist er das am besten erhaltene Saurier-Fossil in ganz Europa.

72 Zentimeter misst der Baby-Dino, der vor Millionen Jahren lebte und sich von Libellen, Eidechsen und Käfern ernährte. Mit seinem langen Schwanz hielt sich der kleine Raubsaurier im Gleichgewicht. Das war nicht ganz einfach beim Gewicht seines großen Schädels. Älter als ein Jahr wurde dieser Saurier vermutlich nicht. Die kommenden 135 Millionen Jahre, die er in der Erde lag, hat er hingegen gut überstanden: Reste von Haut, Haaren und sogar Federn sind an dem Fossil noch gut zu erkennen. Fliegen konnte er allerdings nicht. Dazu fehlten ihm Schwungfedern und die entsprechende Muskulatur.

Für die Wissenschaft ist der Fund eine echte Sensation. Der kleine Raubsaurier ist für sie das bedeutendste Fossil aus Deutschland seit den Funden des Urvogels Archaeopteryx.

Fossil des Urvogels Archaeopteryx
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Plattenkalk im Altmühltal
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Fossilien finden am Fluss Altmühl

Vor Urzeiten lag die Gegend der heutigen Altmühl am Rand eines tropischen Meeres. Das Klima war deutlich wärmer, Fischsaurier, Krebse, Krokodile und der Urvogel „Archaeopteryx“ tummelten sich im und am flachen Gewässer. Heute finden sich die Reste dieser Tiere in Form von Fossilien. Eines davon ist der erst kürzlich entdeckte Baby-Dino aus Kelheim. Einige Kilometer flussaufwärts, im Solnhofener Plattenkalk, wurden die weltberühmten Exemplare des Urvogels Archaeopteryx entdeckt. Dort kann sich inzwischen jeder auf die Jagd nach Fossilien begeben: Das Museum Solnhofen bietet Führungen in den Steinbruch an, bei denen die Besucher Kalkplatten spalten und nach Fossilien suchen können.

Dolomiten zu Weltnaturerbe erklärt

Drei Zinnen, Rosengarten und Geislerspitzen – mächtig erheben sich die steilen Felsgruppen der Dolomiten über die sonst sanft gewellte Landschaft. Wegen ihrer „einzigartigen monumentalen Schönheit“ wurden die Dolomiten jetzt in die Liste des UNESCO-Weltnaturerbes aufgenommen.

Wie spitze Zähne ragen ihre Gipfel in den Himmel. Wer die Dolomiten besucht, wandert über uralte Korallenriffe und kraxelt quer durch die Erdgeschichte. Denn wie die gesamten Alpen haben auch die Dolomiten vor Jahrmillionen begonnen, sich vom Meeresgrund empor zu heben und aufzufalten. Wind und Wetter formten mit der Zeit sanfte Hänge am Fuß ihrer Gipfel. Heute grasen hier im Sommer Kühe.

Jedes Jahr kommen Tausende von Touristen um die sagenhafte Landschaft zu bestaunen. Extremkletterer vollführen an den Steilwänden zirkusreife Kunststücke. Die märchenhafte Kulisse zieht aber nicht nur Wanderer und Bergsteiger an, sondern auch Berühmtheiten: Hollywood- Stars wie George Clooney und Tom Cruise sind hier schon abgestiegen. Und Reinhold Messner, selbst in Brixen geboren, begann in den Wänden der Dolomiten seine Karriere als Extremkletterer.

Beeindruckt von der grandiosen Natur zeigte sich auch das Welterbekomitee: Am 26. Juni wurden Teile der Dolomiten von der UNESCO zum Weltnaturerbe ernannt. Damit stehen die Dolomiten von nun an unter einem besonderen Schutz.

Blick vom Höhlensteinertal auf die Drei-Zinnen-Türme
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Rosengartengruppe
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Hohe Gaisl
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Wie die „bleichen Berge“ zu den Dolomiten wurden

„Bleiche Berge“ werden die Dolomiten wegen ihrer Farbe auch genannt. Die Ladiner, älteste Bewohner der Gegend, erzählen sich viele Geschichten über ihre geheimnisvollen Berge: Vom Zwergenkönig Laurin und seinem verwunschenen Rosengarten ist die Rede und von einem Zwergenvolk, das die Gipfel mit Fäden aus Mondlicht eingesponnen hat. Schon immer regte diese Gebirgslandschaft die Phantasie an.

Nüchterner betrachtete dagegen der französische Geologe Déodat de Dolomieu ihr helles Felsgestein. Bei genauer Untersuchung fand er heraus, dass sie nicht wie vermutet aus reinem Kalkgestein bestanden. Einen großen Anteil hatte auch das Salz Magnesiumoxid. Das neu entdeckte Gestein der Gebirgskette wurde nach seinem Entdecker Dolomieu benannt: der Dolomit. Und die „bleichen Berge“ verwandelten sich – simsalabim – in die Dolomiten.

In Stein gemeißelt – Landschaften aus Sedimentgestein

Wie die Schichten einer Torte können verschiedene Sedimentgesteine übereinander lagern. Hebt sich der Untergrund unter den Schichten, werden sie gekippt. Stoßen Erdplatten aufeinander, werden sie gestaucht und aufgefaltet wie in den Alpen. Verwitterung und Abtragung nagen an diesen Sedimentschichten über Jahrmillionen. Je nach Härte des Sediments hinterlassen die Kräfte von Wasser, Kälte und Wind ihre Spuren und meißeln eindrucksvolle Landschaften in das Gestein.

Der Colorado River schneidet sich in die Sedimentschichten
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Ein berühmtes Beispiel dafür ist der Grand Canyon in Arizona: Hier hat sich der Colorado River eine Rinne durch verschiedene Gesteinsschichten gegraben. Gut erkennt man, wie sich weiches und härteres Gestein abwechseln: Das weiche Gestein gibt schnell nach, so entstehen schräge Hänge, das härtere Gestein bleibt stehen und bildet steile, fast senkrecht abfallende Wände. Wie eine Treppe führen diese Sedimentstufen zum heutigen Flusslauf hinunter und bieten dem Besucher einen spektakulären Anblick.

Der Grand Canyon in den USA
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Aus Sedimentschichten bildete sich auch eine bekannte Großlandschaft in Deutschland: das Südwestdeutsche Schichtstufenland, das von Baden-Württemberg über Hessen und Bayern bis nach Thüringen reicht. Nach dem Einbrechen des Oberrheingrabens stellten sich hier die Sedimentschichten schräg. Je nach Härte des Gesteins wurden die einzelnen Schichten unterschiedlich stark abgetragen. Harte Kalksteine bildeten steile Stufen, während weiche, tonige Schichten stärker ausgewaschen wurden und heute als sanfte Böschungen und weite Stufenflächen die Landschaft ausmachen. Auf der linken Seite des Rheins liegt dieser Landschaft – fast wie spiegelverkehrt – das Nordfranzösische Stufenland gegenüber.

Vom Knochen zum Stein: Fossilien

Was wir über das Leben lange vergangener Zeiten wissen, haben wir zum großen Teil versteinerten Resten von Lebewesen zu verdanken: den Fossilien. Solche Fossilien entstehen dann, wenn Pflanzen oder Tiere nach ihrem Tod unter Sedimentschichten begraben werden. Die weichen Teile der Lebewesen zersetzen sich, harte Teile, wie Zähne, Knochen oder Schalen, bleiben erhalten. Wenn mächtige Gesteinsschichten auf diesen Überbleibseln lasten, werden sie unter dem wachsenden Druck langsam zu Gestein gepresst.

Fossiler Fisch
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In der oberen Gesteinsschicht liegen der Regel nach die jüngeren Fossilien. Je tiefer man in die Sedimentschichten vordringt, desto älter sind auch die Fossilien, die dort lagern. Sehr alte, aber dennoch häufig gefundene Fossilien sind zum Beispiel die Ammoniten. Das sind Überreste von Schalentieren, die vor Hunderten Millionen Jahren lebten und vor etwa 65 Millionen Jahren ausgestorben sind. Weil sie nur in einem begrenzten Zeitraum lebten, kann so in etwa das Alter des Gesteins bestimmt werden, in dem sie gefunden worden sind.

Ammoniten
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In den Alpen sind viele Fossilien begraben
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Um ein Fossil zu entdecken, muss man nicht unbedingt tief in der Erde bohren. Wenn sich im Lauf von Jahrmillionen die Gesteinsschichten heben, werden auch tiefer gelegene Schichten nach oben gedrückt und durch Abtragung freigelegt. So können Fossilien von den untersten Schichten des Meeresbodens, wie es in den Kalkalpen der Fall ist, bis auf hohe Berggipfel hinauf gelangen.

Aus Harz kann nach Jahrmillionen Bernstein werden
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Doch nicht nur in Gestein, auch im Harz von Bäumen werden Pflanzen und Tiere, wie Mücken oder Käfer, gefangen. Im Lauf langer Zeit verwandelt sich das klebrige Baumharz in festen Bernstein. In diesem gelblich-durchsichtigen Gestein sind Insekten oder Pflanzen, die vor Jahrmillionen lebten, noch heute sehr gut zu erkennen.

An der Ostseeküste kann man Bernstein finden
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Wie kommen Muscheln und Korallen in die Alpen?

Die Zugspitze, Deutschlands höchster Berg, ist nichts anderes als ein versteinertes Riff. Wer sie besteigt, der wandert über uralte Korallenreste. Fossilien wie versteinerte Riesenmuscheln und Ammoniten finden sich auf dem Dachstein in Österreich oder in den Dolomiten. Aber: Wie sind diese Überbleibsel von Meerestieren bis auf die höchsten Gipfel der Alpen gelangt?

Die Zugspitze ist …
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Die heutigen Alpen haben sich aus einem flachen Meer herausgehoben, dem Tethys-Meer. Vor etwa 200 Millionen Jahren drang dieses Meer nach Norden vor und bedeckte Teile von Süddeutschland. Damals herrschte hier ein tropisches Klima, es war viel wärmer als in der jetzigen Zeit. Heute wäre die Gegend vermutlich ein Urlaubsparadies wie die Malediven. Damals jedoch lebten hier keine Menschen. Stattdessen tummelten sich im warmen Meerwasser neben Fischsauriern auch Muscheln, Ammoniten und Korallen. Deren Schalen und Panzer bestanden aus Kalk, und lagerten sich nach ihrem Tod auf dem Meeresgrund ab. Zusammen mit abgetragenem Gesteinsschutt bildeten sie eine Schicht, die über Jahrmillionen immer dicker wurde. Durch Hitze und Druck wurden die mächtigen Kalkschichten zu festem Sedimentgestein gepresst.

…ein versteinertes Riff
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Wie auf den Malediven: Süddeutschland lag einst an einem tropischen Meer
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Vor etwa hundert Millionen Jahren begann sich die Afrikanische Platte nach Norden zu bewegen. Dabei drückte sie heftig auf die Eurasische Platte. Durch diese Kraft faltete sich der Meeresboden auf und wurde immer weiter in die Höhe gedrückt. Vom Grund des Meeres aus hoben sich allmählich die Alpen empor bis sie die Umgebung schließlich um Tausende von Metern überragten. Die Riffreste und Kalkschichten vom Meeresgrund wurden zu den nördlichen und südlichen Kalkalpen. Im Norden bauen sie den Wettersteinkalk der Zugspitze auf oder den Dachsteinkalk in Österreich. In den südlichen Kalkalpen bestehen die steilen Felsen der Dolomiten aus uralten Riffen. Dort finden Bergsteiger und Fossilienjäger im Kalkgestein noch unzählige Ammoniten und andere versteinerte Meerestiere. Die Zentralalpen bestehen dagegen aus Granit – eine Folge der Plattenkollision.

Ammonit
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Tolle Landschaft: die Dolomiten
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Vom Fels zum Sandkorn – Verwitterung

Der Norden von Kanada ist heute eine sanft gewellte Landschaft. Vor vielen Millionen Jahren stand hier jedoch ein Gebirge. Tatsächlich können sich im Lauf sehr langer Zeit selbst hohe Berge in kleine Hügel verwandeln.

Selbst aus schroffen Gebirgen können irgendwann sanfte Hügellandschaften werden
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Der Grund für diese Verwandlung: Das Gestein an der Erdoberfläche ist ständig Wind und Wetter ausgesetzt. Dringt zum Beispiel Wasser in Gesteinsritzen ein und gefriert, sprengt es den Stein auseinander. Diesen Vorgang nennt man Frostsprengung. Auch durch Temperaturwechsel zwischen Tag und Nacht und durch die Kraft von Wasser und Wind wird das Gestein mürbe. Mit anderen Worten: Es verwittert. Dieser Vorgang lässt sich auch an Gebäuden oder an Steinfiguren beobachten. Bei der Verwitterung zerfällt das Gestein in immer kleinere Bestandteile bis hin zu feinen Sand- und Staubkörnern. Verschiedene Gesteine verwittern unterschiedlich schnell: Granit ist zum Beispiel viel beständiger als der vergleichsweise lose Sandstein.

Wenn Wasser in die Ritzen eindringt, verwittert das Gestein
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Manche Gesteinsarten lösen sich sogar vollständig auf, wenn sie mit Wasser in Berührung kommen, zum Beispiel Steinsalz und Kalk. Steinsalz ist chemisch das Gleiche wie Kochsalz – und das löst sich ja bereits in gewöhnlichem Wasser auf. Kalk ist etwas beständiger, aber in säurehaltigem Wasser löst sich auch Kalkgestein auf. Säure entsteht zum Beispiel, wenn Regenwasser in der Luft mit dem Gas Kohlendioxid reagiert. Dieser „saure Regen“ greift das Kalkgestein an und löst es im Laufe der Zeit auf. An der Erdoberfläche hinterlässt die Verwitterung zerklüftete Kalkstein-Landschaften, unter der Erde entstehen Höhlen.

Steinsalz ist wasserlöslich
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Doch nicht nur Lösungsverwitterung, auch Hitze und Druck zermürben und zerbröseln Gestein unter der Erdoberfläche. Wo Pflanzen wachsen, da graben sich Wurzeln ein, sprengen das Gestein stückchenweise auseinander und sorgen ebenfalls dafür, dass es Millimeter für Millimeter abgetragen wird.

Am Kölner Dom nagt saurer Regen
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Die Verwitterung bearbeitet auf diese Weise nicht nur einzelne Felsen, sie nagt an ganzen Gebirgsketten. Bis der Schwarzwald so flach ist wie der Norden Kanadas dauert es aber noch ein paar Millionen Jahre.

Auch Wurzeln zerkleinern Gestein
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Kreislauf der Gesteine

Kein Gestein der Erde ist für die Ewigkeit gemacht. Es verwittert an der Oberfläche, wird abtransportiert und erneut abgelagert. Beim Zusammenstoß zweier Platten werden Sedimentschichten zusammengestaucht und zu Hochgebirgen aufgefaltet. Das Gestein abtauchender Platten schmilzt im Erdinneren und bildet die Quelle von Vulkanen. Lava, die ein Vulkankrater ausspuckt, kühlt wiederum ab und erstarrt wieder zu Gestein.

Gestein wird immer wieder umgewandelt
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Es ist ein ewiger Kreislauf, der dafür sorgt, dass selbst das härteste Gestein sich immer wieder verwandelt und neues daraus entsteht. Die Verwandlung geschieht natürlich nicht von heute auf morgen, sondern über Jahrmillionen. „Mitspieler“ dieses Kreislaufs sind drei Gruppen von Gestein, die jeweils unter anderen Bedingungen entstehen:

Heißes Magma kühlt ab zu magmatischem Gestein
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Wenn Magma abkühlt, erstarrt die heiße Masse zu magmatischem Gestein. Das kann sowohl an der Erdoberfläche als auch im Inneren der Erde geschehen. Wo sich dagegen Schichten von abgetragenem Gesteinsschutt anhäufen, werden die Sedimente unter der Last des eigenen Gewichts zusammengepresst. Durch diesen Druck verfestigen sie sich zu Sedimentgestein. Hoher Druck und große Hitze im Erdinneren wiederum sorgen dafür, dass sich Gestein verwandelt und ein anderes entsteht. Dann sprechen Geologen von Umwandlungs- oder von metamorphem Gestein.

Sedimentschichten werden erneut abgetragen
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Diese drei Gesteinstypen sind eng miteinander verbunden: Jeder Typ kann sich in jeden anderen verwandeln. Dieser Gesteinskreislauf wird immer weitergehen, so lange es die Erde gibt.

Marmor entsteht durch Erhitzen von Kalkstein im Erdinneren
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Was ist Gestein?

An manchen Stellen lugt es unter einer dünnen Pflanzendecke hervor, anderswo ragt es als steile Felswand in die Höhe: das nackte Gestein. Es ist das Baumaterial, aus dem Erdkruste und Erdmantel bestehen. Gestein ist jedoch keine einheitliche Masse. Ähnlich einem Kuchenteig – nur viel härter – ist es eine Mischung aus verschiedenen Zutaten: den Mineralen.

Wo keine Pflanzendecke ist, wird das Gestein sichtbar
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Gestein besteht also aus unterschiedlichen Mineralen. Je nach Zusammensetzung fügen sich die Minerale zu bestimmten Gesteinsarten zusammen. Granit zum Beispiel ist ein Gestein, das aus den Mineralen Feldspat, Quarz und Glimmer besteht. Dass Granit aus verschiedenen Mineralen aufgebaut ist, zeigt sich schon daran, dass er gesprenkelt ist: Er enthält hellere und dunklere Teile, die ihre unterschiedliche Farbe drei verschiedenen Mineralen verdanken. Die dunkleren Stellen stammen vom Mineral Glimmer. Weißlich bis grau erscheint häufig das Quarzmineral. Das dritte Mineral, der Feldspat, kann alle möglichen Farben annehmen, sogar rosa. Anders als das harte Granitgestein besteht der weichere Sandstein fast vollständig aus Quarz. Aus diesem Grund sieht Sandstein einheitlicher aus als der gesprenkelte Granit.

Pflaster aus Granitblöcken
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Fast alle Minerale ordnen sich nach einem bestimmten Gittermuster zu gleichmäßigen Formen, den Kristallen. So wächst das Mineral Steinsalz zum Beispiel zu einem Würfel. Durch die regelmäßige Anordnung ergeben sich aber auch andere Formen mit glatten Flächen, wie sie bei einem Bergkristall gut zu erkennen sind. Dieser besteht aus besonders reinem und daher durchsichtigem Quarz. Ist in den Quarz dagegen Flüssigkeit eingeschlossen, färbt er sich milchig trüb. Dann sprechen Geologen von einem Milchquarz.

Felsen aus Sandstein
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Das Mineralsalz wächst zu würfelförmigen Salzkristallen
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