Gesteine, Entstehung und Klassifizierung

1.Gesteine, Entstehung und Klassifizierung

Durch die Messung von Erdbebenwellen und an Hand anderer wissentschaftlicher Methoden besteht heute eine anerkannte Theorie über den Aufbau der Erde. Nach dieser Theorie ist die Erde aus verschiedenen Schalen aufgebaut. Die Erdkruste reicht bis in eine Tiefe von 40 km und besteht aus den Gesteinen, die auch auf der Oberfläche zu finden sind. Der Erdmantel reicht bis in eine Tiefe von 2900 km und der sich daran anschließende Erdkern, besteht nach heutiger Auffassung, aus metallischen Substanzen, hauptsächlich aus Nickeleisen. Diese Theorie stützt sich auf das Vorkommen von Eisenmeteoriten, das viele Forscher als Bruchstücke 

eines solchen Kerns deuten.

Gesteine sind Körper, die aus meist verschiedenen Mineralen bestehen. Sie können so feinkörnig sein, das einzelne Mineralkörner nur unter dem Mikroskop erkennbar sind, oder auch grobkörnig, so das einzelne Körner einen Umfang von mehreren Metern erreichen. Nicht immer muß ein Gestein, wie z.B. Granit, fest miteinander verbunden sein, sondern kann wie etwa Sand oder Kies aus gegeneinander beweglichen Teilen bestehen. Ein Gestein kann auch aus Bruchstücken anderer Gesteine bestehen wie es z.B. bei Konglomeraten oder Breccien der Fall ist.

Die Gesteine werden entsprechend ihrer Entstehung in 3 Abfolgen eingeteilt.

Konglomerat
J.Lindner

Breccie
J.Lindner

1. Eine magmatische Abfolge liegt vor wenn die Gesteine aus Schmelze entstanden. Erstarrte die Schmelze im tiefen Erdinnern so spricht man von Tiefengesteinen oder auch von Plutoniten. (Granit, Diorit, Syenit)
Ist die Schmelze an der Erdoberfläche, oder nahe der Erdoberfläche erstarrt, spricht man von einen Ergußgestein oder Vulkanit. (Basalt, Andesit, Rhyolith)

2. Gesteine die durch Verwitterung, Abtransport oder Ablagerung entstanden sind, wie z.B. Sandstein, zählt man zur sedimentären Abfolge. Entsprechend ihrer Entstehung werden sie in klastische oder chemisch/biogene Sedimente eingeteilt.

Aufbau eines Vulkans
J.Lindner

3. Eine metamorphe Abfolge liegt vor wenn Gesteine durch Druck- oder Temperaturerhöhung, oder beides, aus bereits bestehenden Gesteinen entstehen. (Gneis, Eklogit) Die Entstehung dieser Gesteine kann durch Kontakt- oder Regionalmetamorphose geschehen. Kontaktmethamorphose liegt vor, wenn ausschließlich hohe Temperaturen, durch eindringendes Magma, auf verfestigtes Gestein einwirkt. Von Regionalmetamorphose spricht man, wenn Gesteine in das tiefere Erdinnere gelangen und Temperatur und Druck ansteigen. Bei der Regionalmetamorphose werden Flächen bis zu etwa 100 Quadratkilometer erfasst.

1. Magmatische Abfolge- Gesteinsentstehung durch magmatische Prozesse

Hierzu gehören, wie bereis erwähnt, alle Gesteine die aus Schmelzen, also geschmolzenen Gesteinmaterial (Magma) bestehen. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Schmelze aus dem Erdinneren, oder ob das Aufschmelzen aus bereits vorhandenen Gestein erfolgt ist. Schmelzen die aus bereits vorhandenen Gestein entstehen, haben die gleiche Zusammensetzung wie das Gestein aus dem sie entstanden sind.

Dagegen haben Schmelzen aus dem Erdmantel eine basische, siliciumarme Zusammensetzung. Kristallisieren sie aus ergibt sich eine bestimmte Reihenfolge. Zuerst kristallisiert Olivin, später Pyroxene, Hornblende, Biotit und zuletzt Quarz. Hinzu kommt die Ausscheidungsfolge der Feldspäte. Als erstes bildet sich Anorthit, dann Bytownit, Labrodorit, Andesin, Oligoklas und zuletzt Albit. Die zuerst gebildeten Kristalle sinken in der Schmelze ab und dadurch können Bereiche mit verschiedener chemischer Zusammensetzung entstehen. Dieser Vorgang wird magmatische Differentation genannt.

1.1 Ergußgesteine (Vulkanite)

Für Vulkanite ist es charakterristisch das sie eine relative feinkörnige Grundmasse besitzen die auch Gesteinsglas enthalten kann. Sie sind an der Erdoberfläche sehr schnell abgekühlt so das die Minerale keine Zeit hatten größere Kristalle zu bilden.

Oftmals sind in der Grundmasse größere Einsprenglinge zu beobachten. Diese haben sich bereits in der Tiefe gebildet und sind mit der Schmelze an die Erdoberfläche gelangt. So eine Struktur wird porphyrisch genannt.

Manchmal haben sich die Einsprenglinge in Fließrichtung der Lava eingeregelt. Dann besitzt der Vulkanit ein Fließgefüge. Gesteinsschmelze, die an die Erdoberfläche gelangt, nennt man Lava. Sie tritt in den verschiedensten Formen auf. (Stricklava, Schaumlava) Von Vulkanen ausgeworfenes glühendes Gestein nennt man vulkanische Bombe. Ist dieses Gestein porös spricht man von vulkanischer Schlacke. Lockermassen und vulkanische Asche, die sich in der Nähe von Vulkanen ablagern bilden geschichtete Gesteine, sogenannte vulkanische Tuffe.

1.2 Tiefengesteine (Plutonite)

Wenn die Gesteinsschmelze auf dem Weg zur Erdoberfläche bereits in großer Tiefe erstarrt, entstehen Tiefengesteine. In der Regel sind Tiefengesteine grobkörniger als Ergußgesteine weil die Schmelze langsam abkühlt und die darin enthaltenen Minerale Zeit haben zu wachsen. Deshalb können Plutonite kein Gesteinsglas enthalten. Jedoch sind auch bei Plutoniten phorphyrische Strukturen möglich.

Bei der Abkühlung entstehen in Tiefengesteinskörper Spannungen. Es entstehen Spalten und Trennflächen die man als Klüfte bezeichnet. Öfters bieten sie Platz für jüngere Ganggesteine, Pegmatite oder hydrothermale Gangfüllungen.

Vulkanit: Porphyr/Rhyolith
J.Lindner

Vulkanit: Rhyolith mit Fließgefüge
J.Lindner

Plutonit: Granit
J.Lindner

2. Sedimentäre Abfolge- Gesteinsentstehung durch sedimentäre Prozesse

An der Erdoberfläche werden Gesteine chemischen und physikalische Einflüssen ausgesetzt- sie verwittern.

Dringt Wasser in Gesteinspalten oder Porenhohlräumen ein und friert dann, so dehnt es sich aus und zerstörrt das Gestein. Durch starke Temperaturschwankungen z.b. zwischen Tag und Nacht, kommt es ebenfalls zur Zerstörrung von Gesteinen.

2.1 Verwitterungsarten- chemische Verwitterung

Die chemische Verwitterung beruht auf der Löslichkeit von Mineralien. Besonderst Kalk- und Gipssteine sind relativ gut löslich.

Aber auch Silikatgesteine, wie Granit, sind wenn auch in geringeren Maße, der chemischen Verwitterung ausgesetzt.

Chemische Verwitterung entsteht dort wo Wasser leicht eindringen kann. (z.b Klüfte) Oft wird das Gestein durch das Einwirken von Lösungen nur an der Korngrenze gelockert und es entsteht ein labiles Gefüge, getrennter, aber unveränderter Mineralkörner. (Vergrusung)

2.1 Biologische Verwitterung

Diese Verwitterungsart ist eine Kombination aus physikalischer und teilweise chemischer Natur. Physikalisch können Pflanzenwurzeln Gestein sprengen und chemisch greifen Humussäuren das Gestein an. Allgemein wird Gestein nicht von einer Verwitterungsart zerstörrt sondern es sind daran mehrere Verwitterungskomponenten beteiligt.

3.1 Transport

Bruchstücke werden schon nach kurzer Zeit abtransportiert. Durch die Schwerkraft rutschen ganze Hänge ab. Wasser transportiert das Material in Flüsse und Bäche weiter und ein Teil landet schließlich im Meer. Während des Transportes wird das Gestein zerkleinert und es findet eine Sortierung nach Gewicht und Größe statt.

4.1 Sedimentation (Ablagerung)

Reicht die Kraft eines Wasserweges nicht aus, Gesteinsbruchstücke zu transportieren bleiben diese liegen und werden sedimentiert.

Der Transport beschränkt sich jedoch nicht nur auf die Wasserkraft, sondern auch durch den Wind kommt es zu Transport und Ablagerung. (äolische Sedimentite)

Sedimente können nach ihrer Korngröße klassifiziert werden. Eine allgemein gültige, internationale Klassifizierung gibt es nicht, so das eine Vielzahl von Modellen besteht.

< 20cm Blockwerk

> 20cm Kies

> 2mm Sand

> 0,02mm Schluff

Sandstein
J.Lindner

Kalktuff
J.Linder

3. Metamorphose Abfolge- Gesteinsentstehung durch metamorphe Prozesse

Wenn Druck- bzw. Temperaturveränderungen auf ein bestehendes Gestein einwirken, so werden vorhandene Minerale in Neue umgewandelt. Diesen Prozess nennt man Metamorphose. Je nach Temperatur und Druck werden verschiedene Zonen definiert:

1. Epizone 100-300 Grad typische Gesteine: Phyllite, Chloritschiefer

2. Mesozone 300-500 Grad typische Gesteine: Glimmerschiefer, Quarzite

3. Katazone 500-800 Grad typische Gesteine: Eklogit, Gneise, Granulite

Steigt die Temperatur weiter an, werden die hellen Bestandteile des Gesteins, mit niedrigerem Schmelzpunkt, aufgeschmolzen und sammeln sich in Lagen. Es entsteht eine Wechsellagerung von hellen und dunklen Lagen. Dieser Vorgang wird Anatexis genannt.

Wenn ein Gestein durch weitere Temperaturerhöhung völlig aufgeschmolzen wird spricht man von Palingenese.      

Metamorphit: Schiefer

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