Calcit

Calcit, Kalzit, Kalkspat oder Doppelspat, ist ein sehr häufig vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der „Carbonate und Nitrate“ mit der chemischen Zusammensetzung Ca[CO3] und damit chemisch gesehen Calciumcarbonat.

Calcit kristallisiert im trigonalen Kristallsystem und entwickelt verschiedene Kristall- beziehungsweise Aggregatformen (Habitus). In reiner Form ist Calcit farblos und durchsichtig. Durch vielfache Lichtbrechung aufgrund von Gitterbaufehlern oder polykristalliner Ausbildung kann er aber auch weiß erscheinen, wobei die Transparenz entsprechend abnimmt, und durch Fremdbeimengungen eine gelbe, rosa, rote, blaue, grüne, braune oder schwarze Farbe annehmen.

Mit einer Mohshärte von 3 gehört Calcit zu den mittelharten Mineralen, das heißt, er ist mit einer Kupfermünze ritzbar. Er dient als Bezugsgröße auf der bis 10 (Diamant) reichenden Skala nach Friedrich Mohs.

Etymologie und Geschichte Calcit in Form von Kalkstein war bereits in der Antike bekannt und wurde im Alten Griechenland als chálix bezeichnet mit der Bedeutung „kleiner Stein“ oder „Kies“, aber auch Kalk beziehungsweise Kalkstein. Die im Römischen Reich verwendete Bezeichnung wird als Lehnwort aus dem Griechischen angesehen, steht jedoch in der Bedeutung nur für rohen und gelöschten Kalk, der als Mörtel diente. Der als Baustoff verwendete Kalkstein wurde den Marmoren zugeordnet.

Den bis heute gültigen Namen Calcit (ursprünglich Kalzit) für das Mineral prägte 1845 Wilhelm von Haidinger, der den bis dahin fehlenden, übergeordneten Namen für alle dessen Ausbildungsformen (Kalkstein, Kalkspat, Doppelspat, Mondmilch usw.) beanstandete. Er orientierte sich dabei an der übergeordneten Bezeichnung Calcaire von Delamétherie und Beudant, die allerdings auf die französische Sprache beschränkt blieb.

Da der Calcit bereits lange vor der Gründung der International Mineralogical Association (IMA) bekannt und als eigenständige Mineralart anerkannt war, wurde dies von ihrer Commission on New Minerals, Nomenclature and Classification (CNMNC) übernommen und bezeichnet den Calcit als sogenanntes „grandfathered“ (G) Mineral. Die seit 2021 ebenfalls von der IMA/CNMNC anerkannte Kurzbezeichnung (auch Mineral-Symbol) von Calcit lautet „Cal“.

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 alle 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 veralteten 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Calcit zur gemeinsamen Mineralklasse der „Carbonate, Nitrate und Borate“, genauer der Unterklasse „Carbonate“, und dort zur Abteilung der „Wasserfreien Carbonate ohne fremde Anionen“. Hier bildete er als namensgebendes Mineral die „Calcitgruppe“ mit der Systemnummer Vb/A.02 und den weiteren Mitgliedern Gaspéit, Magnesit, Otavit, Rhodochrosit, Siderit, Smithsonit und Sphärocobaltit.

In der zuletzt 2018 überarbeiteten Lapis-Systematik nach Stefan Weiß, die formal auf der alten Systematik von Karl Hugo Strunz in der 8. Auflage basiert, erhielt das Mineral die System- und Mineralnummer V/B.02-020. Dies entspricht ebenfalls der der Abteilung „Wasserfreie Carbonate [CO3]2−, ohne fremde Anionen“, wo Calcit namensgebend die „Calcitgruppe“ mit den weiteren Mitgliedern Gaspéit, Magnesit, Otavit, Rhodochrosit, Siderit, Smithsonit, Sphärocobaltit und Vaterit bildet.

Die von der International Mineralogical Association (IMA) zuletzt 2009 aktualisierte 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Calcit in die neu definierte Klasse der „Carbonate und Nitrate“ (die Borate bilden jetzt eine eigene Klasse), dort aber ebenfalls in die Abteilung der „Carbonate ohne zusätzliche Anionen; ohne H2O“ ein. Diese ist allerdings weiter unterteilt nach der Gruppenzugehörigkeit der beteiligten Kationen. Das Mineral ist hier 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. Vaterit bildet jetzt eine eigene Gruppe.

In der vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchlichen Systematik der Minerale nach Dana hat Calcit die System- und Mineralnummer 14.01.01.01. Dies entspricht wie in der veralteten Strunz-Systematik der gemeinsamen Klasse der „Carbonate, Nitrate und Borate“ und dort der Abteilung der „Wasserfreien Carbonate“. Auch hier ist als er als Namensgeber der „Calcitgruppe (Trigonal: Rc)“ mit der Systemnummer 14.01.01 zu finden.

Kristallstruktur mini|links|hochkant|Elementarzelle Calcit Calcit kristallisiert trigonal in der 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 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 aufgrund 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, wie viel 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.

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

mini|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 nach einigen Monaten vollständig, wenn die Kristalle der Sonne ausgesetzt sind.

Modifikationen und Varietäten Calciumcarbonat ist trimorph und kommt in der Natur neben dem trigonal kristallisierenden Calcit noch als orthorhombisch kristallisierender Aragonit und als hexagonal kristallisierender Vaterit vor.

Anthrakolith oder auch Anthrakonit ist die Bezeichnung für eine schwarze, kohlenstoffreiche bis bituminöse Varietät von Calcit.

Die Varietät Atlasspat (auch Seidenspat bzw. englisch Satin Spar) besteht aus feinfaserigem Calcit mit seidenähnlichem Glanz auf den Oberflächen. Die Verwendung des Namens Atlasspat ist allerdings uneinheitlich und wird auch für feinfaserigen Gips mit Seidenglanz verwendet.

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

Durch Einlagerung von Eisenionen gelbbraun bis orange gefärbte Calcite werden als Honigcalcit oder Orangencalcit bezeichnet.

Kanonenspat ist eine Calcitvarietät mit langsäulig gestrecktem, pseudohexagonalem Habitus.

Als Kobaltocalcit (auch Cobaltocalcit) werden durch die Beimengung von Cobalt rosa bis pink gefärbte Varietäten bezeichnet. Ebenso kennt man durch Beimengungen von Mangan zartrosa gefärbte Manganocalcite.

Eine Pseudomorphose von Calcit nach Ikait wird als Glendonit bezeichnet.

Bildung und Fundorte mini|Calcitnadeln auf gelbem Fluorit mini|hochkant|Stalaktitischer Calcit aus Mexiko mini|links|hochkant|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:

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.