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Zeolithe in terrestrisch abgelagerten
vulkanischen Aschen und Tuffen |
| Explosive vulkanische Ereignisse produzieren
große Mengen von glasigen Aschen und Tuffen. Die über Land abgelagerten
Gesteine werden im Laufe der Zeit durch Witterungseinflüsse verändert.
Niederschlagswässer und Grundwasser durchdringen die vulkanischen
Ablagerungen. Eindringendes Oberflächenwasser sickert durch die Tuffe,
erhöht den pH-Wert und reichert sich mit Natrium, Kalium und Silizium
an. Bei einem pH-Wert von 9,5 lösen die Sickerwässer rasch die
Glasbestandteile in den vulkanischen Aschen auf und schaffen Hohlräume
für die Auskristallisation von Zeolithen. |
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| Dabei werden in siliziumreichen vulkanischen
Tuffen mit rhyolithischen oder andesitischen Komponenten Zeolithe gebildet,
wenn die Mächtigkeit der Schichten mehr als 500 Meter beträgt.
Die Zeolith-Arten sind hier im oberen Bereich überwiegend Klinoptilolith
und Mordenit, in tieferen Sedimentlagen Phillipsit und Analcim. |
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| In Tuffen mit trachytischen Komponenten
kommen Chabasit und Phillipsit vor. |
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| Silikatarme Tuffe mit basaltischen Komponenten
lassen bereits bei geringeren Mächtigkeiten Zeolithe entstehen. Phillipsit,
Natrolith, Gonnardit, Analcim, Chabasit, selten Faujasit und Gismondin sind
hieraus bekannt. |
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| Die Zeolithbildung kann in relativ kurzen
Zeiträumen, einige tausend bis hunderttausend Jahre, und bei relativ
geringen Temperaturen, etwa 4 bis 40 Grad Celsius, von statten gehen. Bestes
Beispiel in Deutschland sind die quartären Aschentuffe der Vulkaneifel,
wo bereits Phillipsit in eingewachsener Form entstanden ist. |
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Zeolithe in vulkanischen See-Sedimenten |
| Vulkanische Aschen können auch in
Seen sedimentiert werden, teils durch Windverfrachtung, teils durch Gewässereintrag.
Kommt noch hinzu, dass es sich um einen salz- und alkalihaltigen See (mit
Natrium und Kalium) handelt, der sich zudem in einer trockenen bis halbtrockenen
Region befindet, können sich innerhalb von 1.000 bis 10.000 Jahren
Zeolithe bilden. |
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| Austrocknungsprozesse lassen in den Seen
den Wasserspiegel und auch den Salzgehalt schwanken. Mit sinkendem Salzgehalt
steigen auch die zur Zeolith-Bildung erforderlichen pH-Werte im Wasser.
Ab pH-Wert 8,5 bilden sich Phillipsit, Klinoptilolith, Erionit und Chabasit;
bei einem pH-Wert von 9 bis 10 Analcim. Durch den Zusammenhang zwischen
Wasserspiegel, Salzgehalt und pH-Wert lassen sich dann im See Zeolith-Zonierungen
ausmachen: Am Ufer keine Zeolithe, im Bereich der bei sinkenden Wasserspiegel
eingenommenen Seefläche Phillipsit usw., und im Bereich des niedrigsten
Wasserstandes gegen das Zentrum des Sees Analcim. |
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| Weitere aus vulkanischen Seeablagerungen
bekannte Zeolithe sind Mordenit, Ferrierit, Merlinoit und Harmotom. |
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Zeolithe in Lavaergüssen |
| Gute Kristalle von Zeolithen entstehen
in heißen vulkanischen Ergüssen, wenn diese aus dem flüssigen,
geschmolzenen Zustand unter Wasserkontakt abkühlen. |
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| Beim Kontakt mit Wasser, es kann Fluss-
oder Seewasser oder auch nur ein feuchter Untergrund sein, wird die Basis
des Ergusses sehr stark abgekühlt und erstarrt als vulkanisches Glas.
Gasblasen werden zu Hohlräumen praktisch eingefroren. Brekkzien und
Pillow-Laven bilden sich. Aufgerissene Klüfte und Spalten in der Basis
des Lavaergüssen bilden Wege für aufsteigende heiße Flüssigkeiten. |
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| Das vulkanische Glas und der Olivin in
der Basis der Ergüsse wird stärker zersetzt als das Gestein in
höheren Partien des gleichen Lavastromes und bildet die Ausgangsquelle
für alle Elemente, die zur Zeolith- Bildung benötigt werden.
Die Natrium-, Kalium-, Calcium-, Magnesium- und Silizium-Ionen gehen in
die Lösung, die in die Hohlräume im mittleren Teil des Lavaflusses
aufsteigt. |
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| Bei einem 25 Meter starken Lavafluss kann
die Temperatur des geschmolzenen Ausgangsgesteins mit rund 1200 Grad Celsius
angenommen werden. Nach zwei Jahren beträgt die Temperatur an der
Basis noch etwa 300 Grad Celsius, nach fünf Jahren immer noch 120
Grad Celsius. Ist während der Abkühlungsphase Wasser mit im Spiel,
erfolgt der Temperaturrückgang wesentlich schneller. Chlorit- und
Tonminerale säumen die Blasenräume im Gestein, gefolgt von Hoch-
und Niedertemperatur-Zeolithen. Die Temperatur im Gestein fällt bis
auf 40 Grad Celsius. |
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| Zeolith-Zonen im Lavafluss hängen
mit Ablauf der Abkühlung, dem Zu- und Abfluss von Niederschlagswasser,
der Dichte des Gesteins und dem Vorhandensein von Wegen für die mineralreichen
Lösungen ab. Nach Ausfällung von Chlorit- und Tonmineralen sind
die heißen Lösungen nun reich an den Elementen, die Zeolithe
aufbauen können. Mit sinkender Temperatur kristallisieren sie aus. |
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| Verbreitet sind folgende Zeolithe: Phillipsit,
Chabasit, Levyn, Offretit, Mesolith, Skolezit, Thomsonit, Heulandit, Mordenit
und Stilbit. |
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Zeolithe in hydrothermal geprägten Basalten |
| Die meisten Zeolith-Vorkommen in Basalten
gehören zu einem regionalen hydrothermalen Typ. Hierzu gehören
die meisten Basaltvorkommen in Deutschland aber auch die großen Basaltergüsse
in Nordirland, Island, Rio Grande Do Sul in Brasilien, Indien, Südaustralien,
usw. Die in ihnen enthaltenen Zeolith-Zonen sind größtenteils
gesteinsabhängig. |
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| Auch hier bilden überwiegend eindringende
Oberflächenwässer, erhitzt durch noch nicht abgeklungene vulkanische
Tätigkeit in der Tiefe, die Lösung aus der die Zeolithe entstehen.
Aus den Basalten müssen nur noch die Ionen zum Einbau in das Kristallgitter
ausgewaschen werden. |
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| In Olivin-Basalten (Nordirland, Island)
bilden sich folgende Zeolith-Zonen aus (von oben nach unten): Eine Chabasit-Zone
mit Thomsonit, Phillipsit, Levyn und Gismondin, eine Analcim-Zone mit Chabasit,
Phillipsit, Thomsonit, Levyn, Analcim, und wenig Mesolith, Stilbit und
Heulandit, sowie eine Skolezit-Mesolith-Zone mit Chabasit, Thomsonit, Analcim,
Stilbit, Heulandit, Levyn und Laumontit. Mordenit und Epistlbit kommen
nicht vor. |
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| Siliziumreichere tholeitische Basalte
(Nordirland, Island) enthalten in den gleichen Niveaus wie bei den Chabasit-
und Analcim-Zonen in den Olivin-Basalten nur den Zeolith Mordenit, in der
tiefsten Zone treten Stilbit, Heulandit, Skolezit, Epistilbit und Mordenit
auf. Die Zeolithe Analcim, Phillipsit, Levyn und Gismondin fehlen im tholeitischem
Basalt. |
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| Die weltweit bekannten Zeolith-Vorkommen
im indischen Bundesstaat Maharashtra zwischen Bombay und Aurangabad sind
ebenfalls in Zeolith-Zonen gegliedert. Die gesamte Küstenzone von
Bombay bis Baroda im Norden und landeinwärts bis Nasik und Kawant
wird von der Laumontit-Zone eingenommen. Die Skolezit- Zone überlagert
die Laumontit-Zone und grenzt im Osten bis Südosten an diese an. Den
weitaus größten Teil des Gebietes ab Poona bis hinüber
nach Amadnagar und Aurangabad wird von der Heulandit-Zone eingenommen. |
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| Silikatarmer Basalt ist leichter zersetzbar
und bildet Zeolithe in einer relativ kurzen Zeitspanne aus. Tholeitische
Basalte scheinen sich langsamer zu zersetzen und Zeolithe zu bilden, doch
wenn sie die richtigen Bedingungen zur Zeolithbildung erreicht haben, liefern
sie Zeolithe im Überfluss. |
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Zeolithe in terrestrischen heißen Quellen |
| Im Bereich junger vulkanischer Zonen,
wie auf Island, dem Yellowstone National Park in den USA, und Wairakie
Geothermalgebiet in Neuseeland, wird Oberflächenwasser in heißen
Quellen und Geysieren zum Kochen gebracht. Ein idealer Ort zur Bildung
von ausgezeichneten Zeolithen in nicht all zu großer Tiefe um die
Thermalquellen. |
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| Das durch Klüfte, Spalten und Risse
ins die Tiefe sickernde Oberflächenwasser - an manchen Orten auch
Meerwasser - reichert sich auf seinem Weg durch das aufgeheizte Gestein
sehr stark mit Mineralstoffen an. Diese werden im Rahmen der Mineral- und
Zeolith-Bildung auf den Klüften und in Hohlräumen des Gesteins
wieder ausgeschieden. Es bilden sich Zeolith-Beläge auf Klüften
und Rissen. |
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| In Niedertemperatur-Geothermalquellen
(unter 150 Grad Celsius) kristallisieren Zeolithe in mehreren Zonen aus:
Bei 55 bis 70 Grad Celsius Chabasit, Levyn und Phillipsit, bei 60 bis 90
Grad Celsius Stilbit, Heulandit, Epistilbit und Mordenit, bei 90 bis 110
Grad Celsius Laumontit, Mordenit und Analcim, bei 110 bis 230 Grad Celsius
Analcim und Wairakit (Zonierung von oben nach unten). |
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| In Hochtemperatur-Geothermalquellen (über
200 Grad Celsius) gibt es nur eine geringmächtige Zeolith-Zone mit
Mordenit, Heulandit, Laumontit und Analcim. Das Kristallwachstum kann dabei
sehr schnell erfolgen. Im Ngatamariki Geothermalfeld in Neuseeland fand
man bereits nach 15 Monaten 1,5 Millimeter große Wairakit-Kristalle. |
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Zeolithe als primäre gesteinsbildene Minerale |
| Die meisten Zeolithe werden als Sekundärminerale
angesehen, da sie durch Zersetzung von primären, gesteinsbildenden
Mineralen entstehen. |
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| Analcim ist einer der wenigen Zeolithe,
die direkt aus der geschmolzenen Gesteinsmasse auskristallisieren. Analcim
tritt in großen Trapezoedern eingebettet in Analcim-Basalten und
Analcim-Phonolithen auf. Die Kristalliastion erfolgt in tiefgelegenen Magmakammern
bei Temperaturen zwischen 600 und 640 Grad Celsius und Drücken von
5 bis 15 Kilobar. Unmittelbar nach der Bildung muss ein schneller Transport
an die Erdoberfläche erfolgen, sonst würde sich der Analcim bei
sinkender Temperatur und sinkendem Druck weiter in Albit umwandeln. |
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| Einige Analcim-Einsprenglinge in vulkanischen
Gesteinen sind aus Leucit entstanden. Sie enthalten oft noch einen Kern
aus Leucit. Die langsame Umwandlung erfolgte durch natriumreiche hydrothermale
Lösungen oder in salzhaltigem Flachwasser. |
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Zeolithe in Xenolithen |
| Werden Stücke von Fremdgesteine in
flüssigen Magmen eingeschossen, reagieren diese sogleich mit dem Magma.
Es entstehen bereits dort zahlreiche Mineralarten. Später können
sie sich bei der hydrothermalen Zeolith-Bildung nochmals als wertvolle
Stofflieferanten erweisen. |
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| Die Sandstein-Xenolith im den Basalten
des Zeilbergs bei Maroldsweisach in Nordbayern sowie des Gaulsberges bei
Ortenberg im Vogelsberg, beide in Deutschland, haben zum Teil äußerst
seltene Zeolithe geliefert: Dachiardit-Na, Erionit, Klinoptilolith, Merlinoit
und Paulingit. |
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| Die Kalkstein-Xenolithe in der Eifel,
Deutschland, lieferten ebenfalls sehr seltene Zeolithe: Gismondin, Levyn
und Willhendersonit. |
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Zeolithe auf hydrothermalen Erzgängen |
| Zeolithe sind auch in den späten
Bildungsphasen hydrothermaler Erzgänge present. Bestes Beispiel in
Deutschland sind die Erzgänge von St. Andreasberg im Harz. |
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| Auf zahlreichen Gängen in diesem
alten Silbererzbergbaubezirk kommen Zeolithe vor: Natrolith, Laumontit,
Heulandit, Stilbit, Phillipsit, Chabasit, Gmelinit und Analcim. St. Andreasberg
ist sogar Typlokalität für einen Zeolith, den Harmotom. |
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Zeolithe in Pegmatiten |
| Relativ wasserarmes granitisches Magma
kristallisiert bei hohen Temperaturen aus und bildet nur wasserfreie Minerale.
Pegmatitische Magmen enthalten mehr Wasser; sie können auch auf Klüften
aus der Magmakammer in die überlagernden Schichten eindringen und
Pegmatitgänge bilden. Auch hier kristallisieren zunächst die
wasserfreien Minerale aus, gefolgt von wasserhaltigen Mineralen und schließlich
den Zeolithen. |
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| Das in der Magmakammer vorhandene Wasser
reichert sich generell mit Silikaten und bei einigen Pegmatiten auch mit
seltenen Elementen (Cäsium, Rubidium, Niob, Tantal, Lithium, Bor,
usw.) an. Bei höheren Temperaturen kristallisieren zuerst einige Hochtemperatur-Zeolithe
wie Pollucit (bei 400 bis 300 Grad Celsius), cäsiumreicher Analcim
(bei 250 bis 150 Grad Celsius) und Bikitait. |
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| In der Endphase der Pegmatitbildung kristallisieren
die wasserreichen Zeolithe Natrolith, Analcim, Edingtonit, Stilbit und
Laumontit bei Temperaturen unter 250 Grad Celsius aus. |
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Zeolithe in Kontaktmetamorphosen |
| Die Hitze aus einer heißen Magmakammer
erhitzt das umgebende Gestein. Es bilden sich Mineralzonen um das heiße
Magma. Nahe am Magma unter den höchsten Temperaturen (rund 600 Grad
Celsius) die Minerale mit dem geringsten oder keinem Wassergehalt, weiter
entfernt bei niedrigeren Temperaturen Minerale mit hohem Wassergehalt und
Zeolithe. |
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| Dabei bilden sich meist drei Zeolith-Zonen
aus (von oben nach unten): Bei Temperaturen unter 150 Grad Celsius eine
Stilbit-Heulandit-Mordenit-Zone, bei Temperaturen zwischen 150 und 180
Grad Celsius eine Laumontit-Quarz-Zone und noch etwas tiefer bei Temperaturen
von 180 bis 280 Grad Celsius eine Wairakit- Yugawaralith-Prehnit-Zone. |
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| In Bulgarien fanden sich folgende Zeolith-Zonen
um Granit-Intrusionen in Trachyten, Andesiten und Rhyolithen (von oben
nach unten mit steigender Temperatur): Zone mit Mordenit, Ferrierit und
Quarz, eine Zone mit Chabasit, Stilbit, Heulandit, Gmelinit, Harmotom und
bereits Laumontit, eine Zone mit Mesolith, Skolezit, Natrolith, Thomsonit,
Laumontit und Analcim, danach eine zeolithfreie Zone und der Magma-Herd. |
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| Faserzeolithe mit niederigem Wassergehalt
kristallisieren hier nahe der Magmakammer in größerer Tiefe
aus, Blätterzeolithe wie Stilbit und Heulandit mit hohem Wassergehalt
entstehen weiter entfernt von der Hitzequelle. |
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Zeolithe in metamorphen Sedimenten |
| Versinken dicke Schichten von Sedimenten,
vulkanischen Aschen oder anderen Gesteinen unter immer weiteren Ablagerungen,
werden sie mit steigender Tiefe immer größerer Hitze und steigendem
Druck ausgesetzt. Das vulkanische Glas und die Minerale in den ursprünglichen
Gesteinen wandeln sich in Minerale um, die unter den veränderten Temperatur-
und Druckbedingungen stabiler sind. |
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| In den oberen Schichten bildet sich bei
steigenden Temperaturen eine Zeolith-Fazies aus, in der sich Zeolithe halten
oder aus Mineralstoffen aus den umgebenden Gesteinen neu bilden können.
Von oben nach unten zeichen sich Klinoptilolith und Mordenit, Analcim und
Heulandit, Wairakit sowie Laumontit. In tieferen Schichten werden Zeolithe
instabil und wandeln sich in Feldspat, Prehnit, Pumpellyit und Aktinolith
um. |
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| In der Natur konnte beobachtet werden,
dass die Mineralfaziesbildung erst sehr viel später (Jahrmillionen)
nach der Ablagerung der Gesteine einsetzte. Zwischenzeitlich hatten Verwerfungen
die Schichten zerrüttet. Unterschiedlicher Sedimentauftrag hatte die
Gesteine in unterschiedliche Tiefen absinken lassen. Die Mineralzonen queren
dabei die unterschiedlichsten Gesteine. |
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Zeolithe auf alpinen Klüften |
| Die alpinen Zerrklüfte sind eine
direkte Folge der Plattentektonik, als sich vor rund 20 Millionen Jahren
die afrikanische und die europäische Kontinentalplatte im Gebiet des
heutigen Österreich und der Schweiz ineinander schoben. Durch die
hohen Drücke kam es zur Metamorphose in den Gesteinen. In Gesteinen
unterschiedlicher Zusammensetzung rissen Klüfte auf, die mit Bergwasser
gefüllt wurden. Gesteinsbildende Minerale gingen dabei in Lösung.
Die Auskristallisation erfolgte im Zusammenhang mit der Abkühlung
und Hebung des Alpenkörpers. |
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| Auf alpinen Klüften in Österreich
und der Schweiz könnten bislang folgende Zeolithe nachgewiesen werden:
Stilbit, Stellerit, Heulandit, Chabasit, Skolezit, Thomsonit, Laumontit,
Harmotom, Mordenit, Ferrierit und Epistilbit. |
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Zeolithe in submarinen heißen Quellen |
| Auch in Umgebung einer speziellen Form
von heißen Quellen, den Black Smoker, an Hot Spots auf dem Ozeanboden
können Zeolithe auftreten. |
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| Die gewöhnlich tholeitischen Basalte
entlang der mittelozeanischen Rücken sowie Andesite und Dacite bei
untermeerischen Vulkanen sind dabei durch die Hitze von rund 250 Grad Celsius
einer starken Zersetzung unterworfen. Das Gestein um die Röhren der
Black Smoker bildet mit zunehmender Entfernung und abnehmender Temperatur
Mineralzonen aus. Am nächsten gelegen ist eine Kalifeldspat-Zone,
gefolgt von einer Analcim-Zone und weiter entfernt einer Mordenit-Zone,
die auch Ferrierit enthalten kann. Die Zeolithbildung erfolgt unter 120
Grad Celsius. |
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Zeolithe in Tiefsee-Sedimenten |
| Nur wenig Kontakt wird der Sammler zu
Tiefsee-Zeolithen bekommen. Aus diesem Grund der Hinweis an letzter Stelle. |
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| In der Tiefsee abgelagerte Aschen sind
nur in wenigen Fällen die Minerallieferanten. Tiefsee-Zeolithe entstehen
meist aus fossilreichen, mit Radiolarien angereicherten Sedimenten und
dem Meerwasser. Der Kontakt des salzhaltigen Meerwassers zu den siliziumreichen
Fossilien erhöht den pH-Wert des Wassers. Bei sehr geringen Wassertemperaturen
entsteht innerhalb von 150.000 bis 10 Millionen Jahren zunächst Phillipsit. |
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| Im Laufe weiterer Jahrmillionen entsteht
aus dem Phillipsit und weiterem siliziumreichen Fossilmaterial im Zusammenspiel
mit dem Meerwasser in tieferen Sedimentschichten Klinoptilolith. Nochmals
etwa 100 Millionen Jahre werden dann bis zur Analcim-Bildung benötigt. |
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| Die Tiefsee-Zeolithe Phillipsit und Klinoptilolith
sind in den Weltmeeren weit verbreitet. Im Indischen Ozean und im Pazifik
kommt überwiegend Phillipsit vor, während im Atlantik mehr Klinoptilolith
zu finden ist. Weitere in Tiefsee-Sedimenten vorkommende Zeolithe sind
Erionit, Mordenit und Laumontit. In Mangan-Knollen aus der Tiefsee kommen
auch Merlinoit, Stilbit und Chabasit vor. |
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Zeolithe
in terrestrisch abgelagerten vulkanischen Aschen und Tuffen