Gestein
Als Gestein bezeichnet man feste, homogen aufgebaute, natürlich auftretende Vereinigungen von Mineralen, Gläsern oder Rückständen von Organismen. Der geologische Gesteinsbegriff ist weiter gefasst als der umgangssprachliche und bezieht auch natürlich auftretende Metall-Legierungen, vulkanisches Glas, Eis oder Kohle ein. Obwohl kein Feststoff wird auch Erdöl manchmal mit zu den Gesteinen gezählt. Die Lehre von den Gesteinen ist die Petrologie.Die Erde und die inneren Planeten des Sonnensystems bauen sich aus Gesteinen auf, die oft riesige räumlich zusammenhängende Massen bilden. Insbesondere bauen sich aus ihnen die an der Oberfläche der Erdkruste sichtbaren Gesteinsformationen, die Gebirge, auf, die durch die tektonischen Vorgänge der Gebirgsbildung entstehen.
Gesteine bilden sich hauptsächlich durch Erkalten flüssigen Magmas, durch druck- und temperaturbedingte Umwandlung (Metamorphose) aus anderen Gesteinen und durch Sedimentation, die schichtweise Ablagerung von Sanden, Tonen oder Rückständen abgestorbener Lebewesen. Eine kleine Anzahl irdischer Gesteine geht auf Meteoriten zurück.
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2 Klassifikation 3 Gesteinskreislauf |
Gesteine bestehen in erster Linie aus Mineralen, von denen aber nur etwa dreißig gesteinsbildend sind. In erster Linie sind dies die Silikate wie Olivin, Glimmer, Amphibol, Feldspat oder Quarz, aber auch Karbonate wie Dolomit oder Kalzit sind wichtige Bestandteile von Gesteinen. Neben diesen Hauptgemengteilen enthalten die meisten Gesteine noch so genannte Nebengemengteile oder Akzessorien.
Als Gefüge eines Gesteins bezeichnet man seine Struktur, die sich aus den Eigenschaften und dem Verhältnis der das Gestein bildenden Minerale zueinander ergibt. Insbesondere die Größe und Form der enthaltenen Kristalle sowie ihre räumliche Lage und Verteilung im Gestein machen das Gefüge aus.
Gesteine können auf verschiedene Weise klassifiziert werden; sehr verbreitet ist die Einteilung nach Entstehung und Herkunft. Demnach unterscheidet man vier Gruppen, magmatische Gesteine, metamorphe Gesteine, Sedimentgesteine und als Sonderfall Meteoriten.
Magmatische Gesteine entstehen durch das Erkalten heißen geschmolzenen Materials aus dem Erdinneren, des so genannten Magmas.
Findet das Erkalten unterirdisch statt, spricht man von plutonischen oder Intrusivgesteinen. Durch die verhältnismäßig gute Wärmeisolation der aufliegenden Gesteine kühlt sich die Magmaschmelze nur langsam ab, so dass große Mineralkristalle entstehen können. Beispiele für plutonische Gesteine sind Granit oder Gabbro. Das Magma kann riesige Gesteinsmassen, die so genannten Plutone bilden, die oft mehrere Tausend Kubikkilometer Gestein umfassen.
Magma kann jedoch auch in flüssigem Zustand zu Tage treten. An der Erdoberfläche im Kontakt mit Luft erkaltet es schnell und bildet dann die so genannten vulkanischen oder Extrusivgesteine. Durch die rasche Abkühlung kommt es nur zur Bildung sehr kleiner Kristalle wie etwa beim Basalt oder Andesit; oft existiert sogar überhaupt keine kristalline Ordnung, und es entsteht vulkanisches Glas wie beispielsweise Obsidian.
Metamorphe Gesteine entstehen aus älteren Gesteinen beliebigen Typs durch Metamorphose, d. h. durch Umwandlung unter hohem Druck, hoher Temperatur und gegebenenfalls durch chemische Einflüsse. Bei der Umwandlung ändert sich die Mineralzusammensetzung des Gesteins, weil neue Minerale und Mineralaggregate gebildet werden; daneben wird auch das Gesteinsgefüge transformiert. Beispielsweise entsteht aus Quarzsanden durch Rekristallation und die Ausbildung eines feinen Zements zwischen den Kristallkörnern das metamorphe Gestein Quarzit.
Weiträumige Metamorphose von Gesteinen findet meist in großer Tiefe statt, lokale Transformationen können aber auch nahe der Erdoberfläche auftreten, z. B. an Stellen, wo sich hohe Spannungen aufgebaut haben.
Sedimentgesteine entstehen durch Verwitterung und Erosion von Gesteinen durch Wind (zum Beispiel Löss), Wasser (zum Beispiel Sandstein) oder Eis (zum Beispiel Tillit), die Lösung, den Transport und die nachfolgende Ablagerung ihrer Bestandteile, daneben auch durch biochemisch induzierten Niederschlag (zum Beispiel Kreide) oder durch Verdampfung (zum Beispiel Evaporit). Einzelne Mineralkörner oder Gesteinsfragmente bilden mit der Zeit lose Sedimente. Werden diese bedeckt, verdichten sie sich unter zunehmendem Wasserverlust immer mehr, bis durch Neukristallisation und Kompaktifikation aus dem weichen Sediment das harte, spröde Sedimentgestein entstanden ist. Darin werden die einzelnen Mineralkristalle durch eine feinkörnige Grundmasse, die Matrix, zusammengehalten. Sedimentationsprozesse finden auf der Erdoberfläche seit Milliarden von Jahren statt.
Sedimente lagern sich meist kumulativ in einer Abfolge horizontaler Schichten ab; durch die Reihenfolge der Ablagerung sind von Ausnahmefällen abgesehen höherliegende Schichten jünger als tieferliegende, eine Erkenntnis, die als Superpositionsprinzip auf den dänischen Arzt und Geologen Nicolaus Steno zurückgeht. Nach ihrer Entstehung können Sedimentgesteine starken Kräften unterliegen, infolge derer die ehemals flachen Schichten gefaltet und gekippt werden, so dass die Lage des Gesteins im Raum so stark verändert sein kann, dass die ursprüngliche Schichtfolge lokal umgekehrt ist.
Sedimente lassen sich grob in die terrestrischen Land- und die marinen Meeressedimente unterteilen. Zu ersteren zählt man auch die Ablagerungen in Süßwasserseen oder Flüssen, die aus Sand oder Schlamm entstanden sind sowie die organischen Pflanzenreste, aus denen die Kohle hervorgegangen ist. Auch Wüstensedimente wie die Evaporite sowie Ablagerungen von Gletschern werden dieser Gruppe zugeteilt.
Meeressedimente können sowohl durch langsame Ablagerung von Mineralen auf dem Meeresgrund als auch durch biochemischen Niederschlag entstehen; auf letztere Weise entstehen beispielsweise viele Karbonate.
Einen Sonderfall unter den Gesteinen bilden die Meteorite, Gesteinskörper aus dem Weltraum. Meteorite sind Überreste der ursprünglichen Materie des Sonnensystems und enthalten zahlreiche Minerale, die sich nicht in anderen Gesteinen irdischen Ursprungs finden lassen. Sie lassen sich nach ihrem Mineralgehalt einteilen in Steinmeteorite, die in erster Linie aus Silikaten wie Olivin oder Pyroxen bestehen, Eisenmeteorite, die sich häufig aus den Eisen-Nickel-Mineralen Kamazit und Taenit zusammensetzen und Stein-Eisen-Meteorite, die einen Mischtyp darstellen. Die Größe von Meteoriten liegt zwischen der von Mikrometeoriten und riesigen, tonnenschweren Gesteinskörpern. Aus Schweden sind mehrere hundert Millionen Jahre alte fossile Meteoriten bekannt.
Irdischen Ursprungs, aber durch Meteoriteneinschläge gebildet sind die Tektite, zentimetergroße Glasobjekte, die durch einschlagbedingtes Schmelzen irdischen Gesteins und darauf folgendes schnelles Abkühlen an der Luft entstehen.
Magmatische, metamorphe und Sedimentgesteine werden durch geodynamische Prozesse wie Erosion, Gesteinsmetamorphose oder Sedimentation ineinander umgewandelt.
So unterliegen durch Erosion des Deckgesteins freigelegte metamorphe und magmatische Intrusivgesteine ebenso wie die an der Oberfläche gebildeten Sediment- und magmatischen Extrusivgesteine der Verwitterung und Erosion. In erster Linie durch wind- oder wasserbedingten Transport lagern sich die Verwitterungsbestandteile als Sedimente ab und bilden durch Verdichtung schließlich Sedimentgesteine. Diese wandeln sich wie auch magmatische Intrusivgesteine in großer Tiefe unter hohem Druck und hoher Temperatur in metamorphe Gesteine um. Der Kreislauf schließt sich, wenn diese entweder wieder an die Oberfläche gelangen oder durch weitere Absenkung ins Erdinnere aufgeschmolzen werden und damit das Rohmaterial für die Entstehung magmatischer Gesteine bilden.
Das folgende Diagramm zeigt diese Prozesse in der Übersicht:
Zusammensetzung und Gefüge
Klassifikation
Magmatische Gesteine
Metamorphe Gesteine
Sedimentgesteine
Meteorite
Gesteinskreislauf
Siehe auch: Liste der Gesteine