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Tridymit

Tridymit ist ein Polymorph von Quarz, d.h. beide haben die gleiche chemische Struktur, SiO₂, aber unterschiedliche Kristallstrukturen. Sowohl Quarz als auch Tridymit sind Polymorphe mit allen Mitgliedern der Quarz-Gruppe, die auch Coesit, Cristobalit und Stishovit umfasst.

Früher galt Tridymit als selten, aber das war bevor es breit angelegte Untersuchungen von verschiedenen vulkanischen Gesteinen gab, die viele kleine bis mikroskopische Kristalle von Tridymit enthalten. Dadurch ist es häufig, aber die Identifikation ist nicht einfach.

Die Identifikation von Tridymit ohne ein Labor beschränkt sich auf das Kristallverhalten und vielleicht den Brechungsindex. Um Tridymit zu erkennen, benötigt man gut geformte Kristalle, die das besondere pseudohexagonale Verhalten oder die ebenfalls besondere Zwillingsbildung zeigen. Das ermitteln des Brechungsindex schließt die Untersuchung ab.

Tridymit hat eine Phase, die bei höheren Temperaturen auftritt, das Beta-Tridymit. Es wird angenommen, dass das meiste Tridymit als Beta-Tridymit auskristallisiert, das eine hexagonale Symmetrie hat und später, wenn der Kristall abkühlt, sich zu Tridymit umwandelt. Diese Umwandlung erfolgt so leicht, dass die hexagonalen Kristalle von Beta-Tridymit in ihrer ursprünglichen Form erhalten bleiben. Das Beta-Tridymit hat eine höhere Symmetrie wie das Alpha-Tridymit oder nur Tridymit. Die interne Struktur ist aber nicht hexagonal, sondern die Kristalle sehen nur hexagonal aus und werden als pseudomorphe bezeichnet. Es wurde angenommen, dass Tridymit orthorhombisch ist, aber es wurde festgestellt, dass die Symmetrie nicht höher als monoklin sein kann.

Das Vorhandensein von Tridymit im Gestein ist für Petrologen hilfreich zur Bestimmung der Kristallisationstemperatur des Gesteins. Es wird in einer Schmelze gebildet bei niedrigen Drücken und bei Temperaturen von ca. 870°C bis 1470°C. Druck und Wassergehalt variieren in diesem Bereich, aber es ist eine gute Anzeige der Kristallisationstemperatur des Gesteins. Unter 870°C ist Beta-Quarz stabil und kristallisiert aus. Über 1470°C entsteht Cristobalit und kristallisiert. Da geschmolzenes Gestein alle Temperaturbereiche durchläuft, können alle drei Pseudomorphe vorhanden sein und die Herkunft der Kristalle verschleiern.

Tridymit ist nur metastabil bei normalen Oberflächentemperaturen, d.h. es wandelt sich langsam in die Quarzstruktur um. Das ist aber ein langsamer und komplizierter Prozess, der einige tausend Jahre in Anspruch nimmt. Der Prozess ist deswegen so langsam, da die Umwandlung Bindungen aufbrechen muss und die Atome umgeordnet werden. Aluminium- und Natriumatome in der Struktur stabilisieren allerdings Tridymit.