Gestein - geographie. 1 EINLEITUNG Gestein, in der Geologie Bezeichnung für jedes natürlich entstandene Mineralaggregat mit einer oder mehreren Mineralarten. Gesteine bauen nicht nur die Erdkruste und den oberen Erdmantel auf, sondern auch Himmelskörper wie Planeten, Monde und Meteorite. Gesteine werden nach ihrer Entstehung in Sedimentgesteine (Sedimentite), Magmatite (Plutonite, Vulkanite und Ganggesteine) und Metamorphite unterteilt. Sedimentite entstehen durch die Ablagerung des Verwitterungsmaterials anderer Gesteine oder durch chemische oder organische Prozesse. Magmatite erstarren aus einem Magma, also aus einer Schmelze oder Teilschmelze. Metamorphite bilden sich in der Erdkruste durch Umwandlung anderer Gesteine unter dem Einfluss hoher Temperaturen und hoher Drücke. Nach dem Grad der mechanischen Verfestigung, d. h. nach der Verbindung ihrer Komponenten, unterscheidet man ferner Lockergesteine (z. B. Sand) und Festgesteine (z. B. Sandstein). Erze sind Gesteine, in denen sich Metalle angereichert haben. Liegen sie in abbauwürdigen Konzentrationen und Mengen vor, so spricht man von einer Lagerstätte. 2 DER KREISLAUF DER GESTEINE Gesteine gehen aus geologischen Prozessen hervor. Sie sind daher, neben den in ihnen gefundenen Fossilien, diejenigen Zeugnisse, aus denen die Geologen vergangene geologische Prozesse und Vorgänge rekonstruieren. Durch die gesteinsbildenden Prozesse sind die verschiedenen Gesteine in dem ,,Kreislauf der Gesteine" miteinander verbunden: In der Erdkruste entstehen durch Aufschmelzungsvorgänge Magmen. Wenn diese im Erdinneren erstarren, bilden sich Plutonite; wenn sie zur Erdoberfläche aufdringen, fließen sie als Laven aus und erstarren zu Vulkaniten. Durch spätere gebirgsbildende Vorgänge (Orogenese) mit Hebungen können auch Plutonite an die Erdoberfläche gelangen. Dort unterliegen die Magmatite der Verwitterung und Erosion. Sie werden transportiert, auf dem Festland oder im Meer abgelagert und bilden nun sedimentäre Lockergesteine. Sie werden dann von jüngeren Sedimenten überdeckt und allmählich versenkt. Durch Versenkung und erhöhten Druck oder durch chemische Prozesse setzt der Vorgang der Diagenese ein, in der die Lockergesteine verfestigt werden. Diese Sedimentite können später, wenn sie durch Hebung an die Erdoberfläche gelangen, wiederum verwittern und durch Umlagerung und Diagenese neue Sedimentgesteine bilden, z. B. ein Konglomerat. Werden Magmatite oder Sedimentite in der Erdkruste versenkt, so steigen in den Gesteinen Temperatur und Druck an. Wenn dabei bestimmte Grenzwerte überschritten werden, bilden sich Metamorphite. Durch Hebungsvorgänge können diese an die Erdoberfläche gelangen. Sie können aber auch aufschmelzen und ein Magma bilden: Der Kreislauf ist geschlossen. Dieser Kreislauf der Gesteine wurde 1785 von James Hutton erstmals erkannt. Angetrieben wird der Kreislauf der Gesteine durch tektonische, insbesondere plattentektonische Prozesse. 3 ZUSAMMENSETZUNG UND GEFÜGE DER GESTEINE Gesteine setzen sich aus Mineralien zusammen. Ihre chemische Zusammensetzung und Kristallstruktur sowie ihre räumliche Anordnung (das Gefüge) bestimmen den Charakter des Gesteins. Die gesteinsbildenden Minerale oder Hauptgemengteile, die die Hauptmasse ausmachen, stehen den Nebengemengteilen gegenüber. Da die Erdkruste zu fast 60 Prozent aus Siliciumdioxid (SiO2) besteht, sind die meisten gesteinsbildenden Mineralgruppen Silicate: Quarz, Feldspat, Tonmineralien, Glimmer, Pyroxen, Amphibole, Granat, Olivin, Staurolith, Disthen. Zu den nichtsilicatischen gesteinsbildenden Mineralen gehören Calcit, Dolomit, Gips und Steinsalz. Die Gruppe der Feldspäte sind zu etwa zwei Dritteln am Aufbau der Erdkruste beteiligt und somit die häufigsten Minerale. Für die Beschreibung und Bestimmung von Gesteinen sind neben der mineralogischen Zusammensetzung diverse Eigenschaften der Bestandteile des Gesteins und ihrer räumlichen Anordnung wichtig. Dies wird durch die Begriffe Gefüge, Struktur und Textur beschrieben, die allerdings nicht immer streng unterschieden werden. Unter dem Oberbegriff des Gefüges versteht man allgemein die Größe und räumliche Lage der Gesteinsbestandteile, insbesondere die Raumlage der Mineralien. Die Größe der einzelnen Minerale heißt Korngröße. Gefügemerkmale sind auch z. B. die Absonderungsformen eines Magmatits (beispielsweise Basaltsäulen), die Schieferung eines Metamorphits, die für viele Sedimentgesteine typische Schichtung und Bankung sowie zahlreiche Sedimentstrukturen, die Hinweise auf die Entstehung des Gesteins geben, z. B. Rippelmarken oder Kreuzschichtung. Die Schichtung entsteht durch vertikale Schwankungen der Korngröße oder durch Änderungen der Mineralzusammensetzung. Bei der Betrachtung eines Gesteins müssen auch Gefügemerkmale wie Klüftung oder Faltung berücksichtigt werden. Manche Gesteine weisen Hohlräume, Blasen oder Poren auf; so Bimsstein, der wie ein Schaum so blasenreich ist, dass einzelne Bruchstücke auf Wasser schwimmen können. Die Eigenschaften und die Raumlage der einzelnen Mineralkörner werden unter dem Begriff der Struktur erfasst. Dazu gehören die Ausbildung und Gestalt des Minerals (Eigengestalt oder Fremdgestalt) oder die Beziehung der Kornformen und -größen zueinander. Ein Magmatit kann beispielsweise sehr schnell erstarren und daher nur extrem kleine Kristalle ausbilden, es besitzt dann eine glasige (amorphe) Struktur. In einer körnigen (feinkörnigen, grobkörnigen) Struktur sind die Minerale mit der Lupe oder dem bloßen Auge erkennbar. Bei der porphyrischen Struktur eines Magmatits stecken auffallend große Mineralkörner (Einsprenglinge) in einer Grundmasse aus kleineren Körnern. Das Gestein heißt dann Porphyr. Eine vergleichbare Strukturform, bei allerdings völlig anderer Entstehung, zeigen Konglomerate und Brekzien, bei denen ältere, grobe Gesteinsbruchstücke in eine jüngere, feinere Grundmasse eingebettet sind. Bei einem Augengneis haben sich große, linsenförmige Feldspatkristalle gebildet, die im Bruch augenförmig ausschauen. Unter der Textur versteht man die räumliche Anordnung der Bestandteile im Gestein. Die Textur kann, wie bei Granit, richtungslos-körnig sein. Manche Magmatite und Metamorphite zeigen ein Fließgefüge oder eine Fluidaltextur, die auf Bewegungen des Gesteins bei der Erstarrung bzw. Metamorphose hinweisen. 4 KLASSIFIKATION UND BENENNUNG DER GESTEINE Die Grobeinteilung der Gesteine erfolgt nach genetischen Kriterien in Magmatite, Sedimentite und Metamorphite (siehe oben). Die weitere Klassifikation dieser Gesteinsgruppen ist kompliziert und zum Teil auch noch uneinheitlich. Die Klassifizierung wird durch die Tatsache erschwert, dass die Gesteinstypen sich nicht wie die Mineralien scharf voneinander trennen lassen, sondern fließend ineinander übergehen. 4.1 Magmatite Die Magmatite werden seit den siebziger Jahren in einer international vereinbarten Nomenklatur nach ihrer mineralogischen Zusammensetzung klassifiziert. Dabei werden die prozentualen Anteile der hellen Minerale, also von Quarz, Alkalifeldspat, Plagioklas und der Foide (Feldspatvertreter, das ist eine silicatarme Gesteinsgruppe) bestimmt. Die Werte werden dann in ein Diagramm eingetragen, das nach seinem Erfinder benannte Streckeisen-Diagramm, ein Doppeldreieck, das in 15 Felder unterteilt ist, die jeweils einer Gesteinsart entsprechen. Für Gesteine, die zu mehr als 90 Prozent aus dunklen Mineralen (Mafite) bestehen, das sind die so genannten Ultramafite oder Ultrabasite, gibt es eine eigene Klassifikation. 4.2 Sedimentite Die Sedimentite werden zunächst nach der Art ihrer Entstehung in klastische oder mechanische, in chemische und in organische Sedimente eingeteilt. Bei den Sedimentiten ist auch die Unterscheidung in Locker- und Festgesteine (siehe oben) wichtig. Für die weitere Unterteilung spielt vor allem bei den klastischen Sedimenten die Korngröße eine entscheidende Rolle. Bei den Lockersedimenten sind die Korngrößenklassen: Ton (kleiner als 0,002 Millimeter), Schluff ( 0,002 bis 0,063 Millimeter), Sand ( 0,063 bis 2,0 Millimeter), Kies (2,0 bis 63,0 Millimeter) und Steine (größer als 63,0 Millimeter). Daneben klassifiziert man die Sedimentgesteine auch nach ihrem Mineralbestand. Eine andere Einteilung orientiert sich an den Ablagerungsbereichen: Zu den kontinentalen Sedimenten gehören die terrestrischen Sedimente (Böden, glaziale und fluvioglaziale sowie äolische Sedimente - also durch Gletscher, Schmelzwässer oder Wind transportiert), die fluviatilen Sedimente (Flussablagerungen) und die limnischen Sedimente (Seeablagerungen). Bei den marinen (Meeres-) Sedimenten unterscheidet man in Flachsee- und Tiefseesedimente. Die chemischen Sedimente sind Evaporite (Eindampfungsgesteine, z. B. Steinsalz und Gips) oder Ausfällungsgesteine (z. B. Kalkstein, Dolomit, Hornstein, Kieselschiefer). Kalkstein kann auch organisch entstehen, u. a. aus Überresten riffbildender Organismen (z. B. Korallen), aus den Gehäusen abgestorbener, einzelliger Tiere (z. B. Foraminiferen) oder aus Schalentrümmern (z. B. von Muscheln oder Brachiopoden) sowie (seltener) aus Knochentrümmern. Auch kieselige Sedimente können organisch entstehen: Kieselkalk, aus Radiolarien entstandener Radiolarit oder aus Diatomeen entstandener Kieselgur. Aus abgestorbenen Pflanzen können sich Torf und Kohle, aus Plankton Ölschiefer, Erdöl und Erdgas bilden. Zur Unterscheidung der sedimentären Gesteine werden ferner die Formen der Komponenten herangezogen: So sind bei einem Konglomerat rundliche Gerölle in einer Grundmasse eingebettet, bei einer Brekzie eckige Gesteinsbruchstücke. Diese Unterschiede verweisen auf verschiedene Entstehungsursachen. Besonders vielgestaltig sind die Kalksteine. Ein aus kleinen Kalkkügelchen bestehender Kalkstein ist der Oolith. Bei größeren Kügelchen wird dieser Kalk auch Erbsenstein genannt. 4.3 Metamorphite Bei den Metamorphiten ist die Nomenklatur besonders verwirrend und uneinheitlich. Sie werden nach dem Ausgangsgestein in zwei Gruppen unterteilt: Aus Sedimentiten entstehen Paragesteine und aus Magmatiten Orthogesteine. Nach der räumlichen Ausdehnung werden die Gesteine der Regionalmetamorphose von denen der Kontaktmetamorphose unterschieden. Die weitere Einteilung orientiert sich an dem Ausgangsgestein: Aus Kalkstein entsteht beispielsweise Marmor, aus Sandstein Quarzit. Bei der Regionalmetamorphose erfolgt die weitere Gliederung auch nach dem Metamorphosegrad, der von Temperatur und Druck bestimmt wird. So metamorphisiert ein Basalt zunächst (bei etwa 300 bis 500 °C) zu einem Grünschiefer, bei höherer Temperatur (etwa 500 bis 650 °C) zu Amphibolit. Die Temperatur-Druck-Bereiche heißen fachsprachlich Fazies; so gibt es beispielsweise die Grünschieferfazies und die Amphibolitfazies. Für die Fazies sind im metamorphen Gestein bestimmte Mineralgemeinschaften charakteristisch, anhand derer die Zuordnung erfolgt. Dies ist meist nur durch genauere, mikroskopische Untersuchungen möglich. Im Handstück sind Gneis (dickschiefrig, viel Feldspat), Schiefer (dünnschiefrig, wenig Feldspat, viel Glimmer), Phyllit (mit seidenglänzenden Schieferflächen) und Fels (z. B. Hornfels, sehr feinkörnig, kompakt) unterscheidbar. Neben den wissenschaftlichen Bezeichnungen gibt es in der Steinbruch- und Stein verarbeitenden Industrie und bei Steinmetzen auch noch andere Gesteinsnamen. 5 GESTEINE ALS ROHSTOFFE Gesteine werden äußerst vielfältig genutzt. Als Baumaterialien werden z. B. Granit, Basalt, Sandstein und Tonschiefer sowie Ton, Sand und Kies abgebaut. Marmor, Travertin und bestimmte Granitsorten eignen sich als Fassadenverkleidung und für sonstige Zierzwecke. Alle von Menschen verarbeiteten Metalle stammen aus Erzen. Bauxit ist z. B. ein Rohstoff für die Gewinnung von Aluminium. Zu den Industriemineralen zählen u. a. Graphit, Asbest, Glimmer, Korund und Diamanten. Energierohstoffe sind vor allem Kohle, Erdöl und Erdgas. Letztere sind auch wichtige Rohstoffe für die chemische Industrie. Tone und Kaolin sind die Rohstoffe der keramischen Industrie. Quarzsand wird für die Glasherstellung und für die Produktion von Halbleitern abgebaut. Phosphatgesteine, Schwefel und Kalium werden zu Düngemitteln verarbeitet. Steinsalz ist ein auch als Nahrungsmittel genutztes Gestein. Zahlreiche Steine dienen dem Menschen als Schmuck (wobei Edel- und Schmucksteine meist Mineralien sind, sehr selten Gesteine). In vorgeschichtlichen Zeiten dienten Gesteine (neben Holz und Knochen) als Material für die Herstellung von Werkzeugen und Waffen (z. B. Faustkeile). Auf Feuerstein wurde schon vor 50 000 Jahren Bergbau betrieben. Verfasst von: Wolfgang Blümel Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Alle Rechte vorbehalten.
