CIPW-Standardmineralberechnung

Das Modul CIPW-Standardmineralberechnung wandelt Ganzgesteins-Hauptelement-Oxidanalysen in idealisierte Standardmineral-Assemblagen um. Es wird häufig für die Klassifikation magmatischer Gesteine, petrographische Vergleiche sowie die Beurteilung von Silizium- und Aluminium-Sättigung eingesetzt.

Die CIPW-Norm (Cross-Iddings-Pirsson-Washington-Standardminerale) wurde 1902 von vier Petrologen vorgeschlagen. GeoChemistry Nexus implementiert den vollständigen Berechnungsablauf in einer Excel-ähnlichen Tabellenoberfläche mit Stapelberechnung, Diagnoseansicht und CSV-Export.

Modulfunktionen

• Zeilenweise Verarbeitung von Hauptelement-Oxid-Daten (wt%)
• Normalisierung der Oxide auf wasserfreie Basis
• Behandlung der Eisenverteilung (FeO / Fe₂O₃ / FeOT)
• Zuordnung der Oxide zu Standardmineralen in fester Prioritätsreihenfolge
• Ausgabe von Silizium-Sättigung, Aluminium-Sättigungsstatus und Massenbilanz-Diagnose
• Export der Ergebnisse für Diagramme oder weitere Analysen

Oberflächenüberblick

Die CIPW-Seite gliedert sich in drei Bereiche:

1. Obere Symbolleiste — Parametereinstellungen und Aktionsschaltflächen
2. Datentabelle — Eingabe der Oxide, Diagnosespalten und Mineralergebnisse
3. Unteres Diagnosepanel — Detaillierte Berechnungsinformationen der aktuell gewählten Zeile

Symbolleisten-Aktionen

Schaltfläche	Beschreibung
Anleitung	Öffnet das integrierte Fenster zur Algorithmusbeschreibung
Beispiel	Füllt drei Beispielzeilen (Granit, Basalt, Andesit)
Export	Exportiert die aktuelle Tabelle als CSV-Datei
Löschen	Entfernt alle Eingaben und Berechnungsergebnisse
Berechnung ausführen	Führt die CIPW-Berechnung für alle Zeilen mit gültigen Daten aus

Fe³⁺/Fe-Verhältnis

Liegt nur FeOT (Gesamteisen, als FeO-Äquivalent) vor, teilt die Software es anhand des eingestellten Fe³⁺/Fe-Verhältnisses in FeO und Fe₂O₃ auf.

• Gültiger Bereich: 0 – 1
• Standardwert: 0.15 (Le Maitre, 2002)

Sind gleichzeitig gemessene FeO- und Fe₂O₃-Werte vorhanden, verwendet die Software diese direkt und ignoriert FeOT.

Anforderungen an Eingabedaten

Jede Zeile steht für eine Ganzgesteinsprobe; tragen Sie die Massenprozent (wt%) der Oxide in den Eingabespalten ein.

Unterstützte Eingabeoxide

Oxid	Beschreibung
SiO2, TiO2, Al2O3, MgO, CaO, Na2O, K2O, P2O5	Kern-Hauptelemente
Fe2O3, FeO, FeOT	Siehe Eisen-Regeln unten
MnO	Wird nach Mol-Verhältnis in FeO-Äquivalent umgerechnet
ZrO2, Cr2O3	Nebenmineral- / Spurenelement-Oxide
CO2, S, F, Cl, SO3	Flüchtige Bestandteile

tipp

Sie können zuerst im Modul Datenvorverarbeitung wasserfreie Normalisierung, Fe-Valenz-Schätzung usw. durchführen und die bearbeitete Tabelle anschließend in das CIPW-Modul einfügen.

Regeln für Eiseneingabe

Eingabesituation	Behandlung
FeO und Fe2O3 gleichzeitig	Gemessene Eisenverteilung wird verwendet
Nur FeO oder nur Fe2O3	Fehlender Wert gilt als 0; Warnung
Nur FeOT	Aufteilung in FeO / Fe₂O₃ nach Fe³⁺/Fe-Verhältnis
FeOT zusammen mit FeO oder Fe2O3	Inkonsistente Eingabe; FeOT wird ignoriert; Warnung
Keine Eisendaten	Wert 0; Warnung

MnO wird vor der Berechnung stets in FeO-Äquivalent umgewandelt.

Empfohlener Ablauf

1. Daten vorbereiten
   Stellen Sie sicher, dass Oxid-Überschriften den Eingabespalten entsprechen und Werte nicht-negative wt% sind.

2. Daten eingeben
   Einfügen oder manuelle Eingabe — eine Probe pro Zeile; leere Zeilen werden übersprungen.

3. Fe³⁺/Fe einstellen (bei Verwendung von FeOT)
   Passen Sie das Verhältnis in der Symbolleiste an, wenn Ihr Datensatz andere Oxidationsannahmen erfordert.

4. „Berechnung ausführen“ klicken
   Die Software verarbeitet alle gültigen Zeilen und schreibt Ergebnisse in die rechten Spalten.

5. Diagnose prüfen
   Wählen Sie eine Ergebniszeile und prüfen Sie im unteren Panel Silizium-/Aluminium-Sättigung, Eisen-Behandlungsmodus, Hauptmineralzusammensetzung und Warnungen.

6. Ergebnisse exportieren
   Exportieren Sie die vollständige Tabelle (Eingabe + Diagnose + Minerale) als CSV zur Archivierung oder weiteren Analyse.

Beschreibung der Ausgabespalten

Berechnungsergebnisse erscheinen rechts neben dem Eingabebereich, getrennt durch die Spalte │.

Diagnosespalten

Spaltenname	Beschreibung
Silizium-Sättigung	Übersättigt / gesättigt / undersättigt
Aluminium-Sättigungsstatus	Peralkalisch / peraluminös / normal aluminös
Massenbilanzfehler	Abweichung der Mineralmasse-Summe von 100 %

Standardmineral-Spalten

Mineralabkürzungen folgen der CIPW-Konvention; in der deutschen Oberfläche werden deutsche Mineralnamen angezeigt. Gängige Minerale:

Abkürzung	Mineral
Q	Quarz
Or, Ab, An	Orthoklas, Albit, Anorthit
Le, Ne, Kp	Leucit, Nephelin, Pseudoleucit
Di, Hd, Wo	Diopsid, Hedenbergit, Wollastonit
En, Fs, Fo, Fa	Enstatit, Ferrosilit, Forsterit, Fayalit
Mt, Hm, Ilm	Magnetit, Hämatit, Ilmenit
Cc, Ap, Z	Calcit, Apatit, Zirkon

Pro Zeile werden nur Minerale angezeigt, deren Gehalt über dem Anzeigeschwellenwert liegt.

Diagnosepanel

Nach der Berechnung können Sie eine beliebige Ergebniszeile anklicken, um Details einzusehen:

• Silizium-Sättigung — bei Undersättigung hervorgehoben
• Aluminium-Sättigung — bei Peralkalinität hervorgehoben
• Eisen-Behandlungsmodus — gemessen, geschätzt oder fehlend
• Massenbilanzfehler — bei größerer Abweichung hervorgehoben
• Hauptmineralzusammensetzung — absteigend nach Gehalt sortiert
• Warnungen — z. B. fehlende Eisendaten, inkonsistente FeOT-Eingabe

Über die Schaltfläche rechts in der Statusleiste können Sie das Diagnosepanel ein- und ausklappen oder maximieren.

Berechnungsalgorithmus

Die Berechnung folgt dem klassischen CIPW-Standardmineral-Ablauf:

1. Datenvorverarbeitung und Normalisierung

• Wasserfreie Normalisierung der eingegebenen Hauptelement-Oxide (auf 100 %)
• Eisenverteilung: Aufteilung von FeOT in FeO und Fe₂O₃ gemäß Fe³⁺/Fe-Verhältnis
• Zusammenführung von MnO in FeO nach Mol-Verhältnis
• Umrechnung der Oxid-Massenprozente in Molzahlen

2. Bildung flüchtiger Minerale

Verbrauch flüchtiger Bestandteile in Prioritätsreihenfolge:

• Calcit (Cc): CO₂ + CaO
• Fluorit (Fl): F + CaO
• Pyrit (Py): S + FeO
• Halit (Hl): Cl + Na₂O
• Thenardit (Th): SO₃ + Na₂O

3. Bildung von Nebenmineralen

• Zirkon (Z): ZrO₂ + SiO₂
• Apatit (Ap): P₂O₅ + CaO
• Chromit (Cm): Cr₂O₃ + FeO
• Ilmenit (Ilm): TiO₂ + FeO
• Titanit (Tn): TiO₂ + CaO + SiO₂
• Rutil (Ru): verbleibendes TiO₂

4. Beurteilung des Aluminium-Sättigungsstatus

• Peralkalisch (Peralkaline): Na₂O + K₂O > Al₂O₃
• Normal aluminös (Metaluminous): Al₂O₃ ≤ CaO + Na₂O + K₂O
• Peraluminös (Peraluminous): Al₂O₃ > CaO + Na₂O + K₂O

5. Bildung von Feldspäten und alkalischen Silikaten

• Orthoklas (Or): K₂O + Al₂O₃ + 6SiO₂
• Albit (Ab): Na₂O + Al₂O₃ + 6SiO₂
• Anorthit (An): CaO + Al₂O₃ + 2SiO₂
• Korund (Cor): verbleibendes Al₂O₃ (peraluminös)
• Aegirin (Ac): Na₂O + Fe₂O₃ + 4SiO₂ (peralkalisch)
• Restliche alkalische Silikate (ns, ks)

6. Bildung von Eisenoxiden

• Magnetit (Mt): Fe₂O₃ + FeO
• Hämatit (Hm): verbleibendes Fe₂O₃

7. Bildung dunkler Silikatminerale

• Diopsid (Di): CaO + MgO + 2SiO₂ (Mg-Endglied)
• Hedenbergit (Hd): CaO + FeO + 2SiO₂ (Fe-Endglied)
• Enstatit (En): MgO + SiO₂
• Ferrosilit (Fs): FeO + SiO₂
• Wollastonit (Wo): verbleibendes CaO + SiO₂

8. Silizium-Sättigungskorrektur

• Übersättigt (SiO₂ übrig): Bildung von Quarz (Q)
• Gesättigt (SiO₂ verbraucht): kein Quarz, keine Feldspathoide
• Undersättigt (SiO₂ fehlt): Umwandlung in Prioritätsreihenfolge —
  • Orthopyroxen (En + Fs) → Olivin (Fo + Fa)
  • Orthoklas (Or) → Leucit (Le)
  • Leucit (Le) → Pseudoleucit (Kp)
  • Albit (Ab) → Nephelin (Ne)

9. Ergebnisausgabe

• Multiplikation der Molzahlen mit Molmasse → Mineralmasse
• Normalisierung auf Massenprozent (wt%) als Ausgabe
• Diagnose zu Silizium-Sättigung, Aluminium-Sättigungsstatus und Massenbilanzfehler

info

Über die Schaltfläche Anleitung in der Symbolleiste können Sie dieselbe Algorithmusbeschreibung in der Software einsehen.

Literatur

• Cross, W., Iddings, J.P., Pirsson, L.V., Washington, H.S. (1902). A Quantitative Chemico-Mineralogical Classification and Nomenclature of Igneous Rocks.
• Le Maitre, R.W. (2002). Igneous Rocks: A Classification and Glossary of Terms. Cambridge University Press.
• Kelsey, C.H. (1965). Calculation of the CIPW norm. Mineralogical Magazine, 34, 276–282.