Biotite

Biotit ist eine Gruppe von Schichtsilikatmineralien aus der Glimmerfamilie mit der allgemeinen chemischen Formel K(Mg,Fe)₃AlSi₃O₁₀(F,OH)₂. Es bildet eine Mischkristallreihe, wobei Annit das eisenreiche Endglied und Phlogopit das magnesiumreiche Endglied darstellt; aluminiumreichere Varietäten umfassen Siderophyllit und Eastonit. Bis 1998 behandelte die International Mineralogical Association Biotit als einzelne Mineralart, heute wird es als Mineralgruppe klassifiziert. Der Name wird im Gelände jedoch weiterhin für dunkle Glimmer verwendet, die nicht chemisch analysiert wurden. J.F.L. Hausmann benannte ihn 1847 nach dem französischen Physiker Jean-Baptiste Biot, der die optischen Eigenschaften von Glimmer untersuchte. Die Struktur von Biotit besteht aus Schichten von Eisen, Magnesium, Aluminium, Silicium, Sauerstoff und Wasserstoff, die durch Kaliumionen schwach zusammengehalten werden. Eisenreicher Biotit wird manchmal als „Eisenglimmer“ bezeichnet, dieser Begriff kann sich jedoch auch auf eine blättrige, glimmerartige Form von Hämatit beziehen; der Feldbegriff „Lepidomelan“ vermeidet diese Verwirrung für nicht analysierten eisenreichen Biotit. Er ist auch als „schwarzer Glimmer“ bekannt, im Gegensatz zu „weißem Glimmer“ (Muskovit), und beide können in denselben Gesteinen, manchmal nebeneinander, vorkommen. Wie andere Glimmer hat Biotit eine vollkommene basale Spaltbarkeit und bildet flexible Blätter oder Lamellen, die leicht abblättern. Sein Kristallsystem ist monoklin, mit tafeligen bis prismatischen Kristallen, die in einer prominenten Pinakoidfläche enden; vier Prismenflächen und zwei Pinakoidflächen erzeugen eine pseudohexagonale Form. Der Bruch ist uneben, aufgrund der Spaltbarkeit jedoch schwer zu erkennen. Die Farbe reicht von grünlich über braun bis schwarz und wird bei Verwitterung gelb. Es kann durchsichtig bis undurchsichtig sein, mit einem glasartigen bis perlmuttartigen Glanz und einem grauweißen Strich. Große Kristalle werden als „Bücher“ bezeichnet, da sie gestapelten Seiten ähneln. Die Härte beträgt 2,5–3 auf der Mohs-Skala. Biotit löst sich sowohl in sauren als auch in alkalischen Lösungen, am schnellsten bei niedrigem pH-Wert, und die Auflösung ist stark anisotrop – Kristallkantenflächen reagieren 45- bis 132-mal schneller als Basalflächen. Im Dünnschliff zeigt Biotit ein mäßiges Relief und eine blass- bis tiefgrünlichbraune oder braune Farbe mit mäßigem bis starkem Pleochroismus. Es hat eine hohe Doppelbrechung, die oft durch seine tiefe Eigenfarbe überdeckt wird. Unter gekreuzten Polarisatoren löscht es etwa parallel zu den Spaltlinien aus und kann eine charakteristische „Vogelaugenahorn“-Auslöschung aufweisen – ein geflecktes Muster, das durch die Verformung flexibler Lamellen beim Schleifen des Dünnschliffs entsteht. Basalschnitte sind typischerweise hexagonal und erscheinen unter gekreuzten Polarisatoren isotrop. Die Kristallstruktur von Biotit ist TOT-c: parallele TOT-Schichten, die durch Kationen (c) schwach gebunden sind. Jede TOT-Schicht besteht aus zwei tetraedrischen Schichten (T), die stark an beide Seiten einer einzelnen oktaedrischen Schicht (O) gebunden sind. Die schwache Ionenbindung zwischen den TOT-Schichten verleiht Biotit seine vollkommene basale Spaltbarkeit. Tetraedrische Schichten bestehen aus Siliciumtetraedern (Silicium, umgeben von vier Sauerstoffatomen), wobei eines von vier Siliciumatomen durch Aluminium ersetzt ist. Jedes Tetraeder teilt drei seiner vier Sauerstoffatome mit Nachbarn und bildet eine hexagonale Schicht; das verbleibende apikale Sauerstoffatom bindet an die oktaedrische Schicht. Die oktaedrische Schicht ist trioktaedrisch, ähnlich aufgebaut wie eine Brucit-Schicht, mit Magnesium oder zweiwertigem Eisen als typischen Kationen. Apikale Sauerstoffatome ersetzen einige Hydroxylgruppen der Brucit-Schicht und binden die tetraedrischen und oktaedrischen Schichten fest zusammen. Tetraedrische Schichten tragen eine starke negative Ladung (Gesamtzusammensetzung AlSi₃O₁₀⁵⁻), während die trioktaedrische Schicht eine positive Ladung trägt (M₃(OH)₂⁴⁺, wobei M ein zweiwertiges Ion ist). Die kombinierte TOT-Schicht hat eine verbleibende negative Ladung (M₃(AlSi₃O₁₀)(OH)₂⁻), die durch Zwischenschicht-Kaliumionen neutralisiert wird. Da sich die Sechsecke in den T- und O-Schichten in der Größe geringfügig unterscheiden, verzerrt die Bindung die Schichten und bricht die hexagonale Symmetrie zu monoklin, obwohl die ursprüngliche Symmetrie in der pseudohexagonalen Kristallform noch sichtbar ist. Minerale der Biotit-Gruppe kommen in vielen magmatischen und metamorphen Gesteinen vor. Beispielsweise findet sich Biotit in Lava vom Vesuv und im Monzoni-Intrusivkomplex der westlichen Dolomiten. In Granit ist Biotit tendenziell magnesiumärmer als in seinem vulkanischen Äquivalent, Rhyolith. Es ist ein wesentlicher Phänokristall in einigen Lamprophyren. Große spaltbare Kristalle finden sich gelegentlich in Pegmatitgängen, beispielsweise in Neuengland, Virginia und North Carolina, USA, sowie bei Bancroft und Sudbury, Ontario, Kanada. Biotit ist ein Hauptbestandteil vieler metamorpher Schiefer und bildet sich bei geeigneten Zusammensetzungen über einen weiten Druck- und Temperaturbereich. Es wird geschätzt, dass es bis zu 7 % der exponierten kontinentalen Erdkruste ausmacht. Ein magmatisches Gestein, das fast vollständig aus dunklem Glimmer (Biotit oder Phlogopit) besteht, wird Glimmerit oder Biotitit genannt. Biotit kann zusammen mit seinem häufigen Umwandlungsprodukt Chlorit vorkommen.