Einführung in die Geologie: Gesteinsarten und Entstehung

Gesteine: Definition und Entstehung

Gesteine: Ein Gestein ist ein natürliches Gemisch aus Mineralien mit spezifischen physikalischen und chemischen Eigenschaften. Die Geschlossenheit ist ein Maß für das Gefüge. Gesteine werden nach ihrer Entstehung in drei Hauptgruppen unterteilt:

• Magmatite (ignis = Feuer): Diese entstehen, wenn geschmolzenes Gestein (Magma) abkühlt und erstarrt.
• Sedimentgesteine: Diese entstehen durch die Konsolidierung von Lockersedimenten, die Ausfällung von Mineralien aus Lösungen oder die Verdichtung von pflanzlichen und tierischen Überresten.
• Metamorphe Gesteine: Diese resultieren aus der Umwandlung anderer Gesteine unter der Erdoberfläche durch chemische Aktivität, hohen Druck und extreme Temperaturen.

Magma und seine Eigenschaften

Magma: Magma ist geschmolzenes Gestein, das in großer Tiefe unter der Oberfläche entsteht. Es besteht aus verschiedenen Mineralien, überwiegend Silikaten, Oxiden und Sulfiden.

Chemische und physikalische Daten

Die flüssige Portion enthält vor allem Sauerstoff-Ionen und Silizium, die zusammen Siliciumdioxid (SiO2) bilden. Zudem enthält es geringe Mengen an Aluminium, Kalium und Natrium. Wasserdampf, Kohlendioxid und Schwefeldioxid sind die häufigsten Gase im Magma. Die Viskosität bestimmt, wie das Gesteinsmaterial bei hohen Temperaturen fließt.

Die Bowen-Reaktionsserie

Die Bowen-Reaktionsserie zeigt die Kristallisationssequenz von Silikatmineralien, wenn Magma langsam abkühlt. Zuerst kristallisieren Mineralien wie Olivin, während Plagioklas-Feldspäte ein kontinuierliches Reaktionsschema zeigen.

Faktoren der Kristallgröße

Die Größe der Kristalle wird durch folgende Faktoren beeinflusst:

• Die Geschwindigkeit, mit der das Magma abkühlt.
• Die Menge an vorhandenem Siliziumdioxid (Silica).
• Die Menge der im Magma gelösten Gase.

Magmatische Intrusionen

Magmatische Intrusionen: Diese bilden Körper wie Plutone, wenn Magma in der Erdkruste abkühlt und kristallisiert.

Arten von Intrusionen

• Batholith: Die größten intrusiven Körper, oft hunderte Kilometer lang, meist aus sauren Gesteinen bestehend.
• Lacolith: Entsteht bei hoher Viskosität des Magmas.
• Placolith: Dünne, tabellarische Schichten entlang horizontaler Ebenen.
• Dike (Gang): Geneigte, tabellarische Einbrüche durch Gesteinsschichten.
• Lopolith: Umfangreiche Intrusionen basischer Gesteine in linsenförmiger Form.

Vulkanismus und Texturen

Eruptivgestein: Gestein, das direkt durch die Abkühlung von Magma oder Lava entsteht. Man unterscheidet zwischen intrusiven (plutonischen) und extrusiven (vulkanischen) Gesteinen.

Texturtypen

• Aphanitisch: Die Kristalle sind zu klein, um mit bloßem Auge unterschieden zu werden.
• Vitrisch (Gläsern): Entsteht durch extrem schnelle Abkühlung, oft bei vulkanischen Eruptionen.

Vulkanische Auswurfsmassen

Während einer Eruption werden Lava, große Gasmengen und pyroklastische Gesteine (wie Tuff und vulkanische Brekzien) ausgestoßen. Tuff besteht aus zementierter Asche, während Brekzien aus größeren Fragmenten bestehen.

Verwitterung und Bodenbildung

Verwitterung (Physikalisch und Chemisch): Tritt auf, wenn physikalische Kräfte Gesteine zerbrechen oder chemische Prozesse die Zusammensetzung verändern. Boden besteht aus Gesteinsresten, Regolith und Mineralien. Faktoren der Bodenbildung sind Klima, Ausgangsmaterial, organische Aktivität, Topographie und Zeit.

Sedimentgesteine

Sedimentgesteine bedecken etwa 75 % der Landoberfläche und des Meeresbodens.

Der Prozess der Verfestigung

Durch Verdichtung und Zementierung (Lithifizierung) wird Sediment zu festem Gestein. Kieselsäure und Calciumcarbonat (Kalk) sind die häufigsten Bindemittel.

Sedimentäre Strukturen

• Schichten: Variieren in der Dicke von Millimetern bis zu mehreren Metern.
• Gradierte Schichtung: Sortierung der Korngrößen innerhalb einer Schicht.
• Rippelmarken: Kleine Wellenformen, verursacht durch Strömungen.
• Trockenrisse: Entstehen in tonreichen Sedimenten beim Austrocknen.
• Fossilien: Überreste ehemaliger Organismen wie Schalen, Knochen oder Zähne.

Arten von Sedimentgesteinen

• Detritische Gesteine: Bestehen aus Fragmenten (Klasten), z. B. Konglomerat, Brekzie, Sandstein und Schiefer (Shale).
• Chemische/Biochemische Gesteine: Entstehen durch Ausfällung oder organische Prozesse, z. B. Kalkstein, Gips, Marga und Kohle.

Metamorphe Gesteine (Metamorphite)

Metamorphite entstehen durch die Umwandlung bestehender Gesteine mittels Hitze, Druck und chemisch aktiven Flüssigkeiten.

Klassifikation und Texturen

• Foliierte Textur: Gesteine mit einer parallelen Ausrichtung der Mineralien (Schieferung).
• Nicht-foliierte Textur: Bestehen aus einem Mosaik equidimensionaler Mineralkörner ohne Vorzugsrichtung.

Arten der Metamorphose

Die Metamorphose bedeutet „Veränderung der Form“. Zu den Typen gehören: Kontaktmetamorphose, Hydrothermalmetamorphose, Regionalmetamorphose, Impaktmetamorphose, Versenkungsmetamorphose und Dynamometamorphose.