Geologische Prozesse und Gesteine

Magmatismus und Plattentektonik

Magmatismus ist ein geologischer Prozess, der eng mit der Plattentektonik verbunden ist.

Konstruktive Plattenränder

An konstruktiven Plattenrändern tritt etwa 80% des terrestrischen Magmatismus auf. Aufgrund des reduzierten Drucks und des Anstiegs der Temperatur entsteht ein basaltisches Magma, das konsolidiert und plutonische Gesteine, genannt Gabbro, bildet.

Destruktive Plattenränder

An destruktiven Rändern bilden sich etwa 12% des Magmas bei hoher Temperatur durch die Anwesenheit von Wasser. Diese Magmen stammen:

• Oberflächlich: Sehr flüssig, basaltischer Natur, führt zu vulkanischen Gesteinen.
• Tiefer: Hohe Viskosität, bildet plutonische Gesteine (Granit).
• Mittelstufe: Führt zu vulkanischen Gesteinen (Andesit) und plutonischen Gesteinen (Diorit).

Intraplatten-Magmatismus

Innerhalb der Platten erfolgt terrestrischer Magmatismus, der zu Intraplatten-Vulkanismus führt, bedingt durch die Existenz von "Hotspots" im Erdmantel.

Plutonische Gesteine

Plutonische Gesteine kristallisieren langsam im Erdinneren, was zu einer guten Kristallisation führt.

• Sie haben eine körnige Struktur (z.B. Pegmatite).
• Beispiele: Syenit, Granit, Granodiorit, Diorit, Gabbro und Peridotit.

Vulkanische Gesteine

Vulkanische Gesteine kristallisieren schnell an der Erdoberfläche, was zu nicht-kristallinen Gesteinen führt.

• Sie bilden vulkanisches Glas (glasige Textur) und sehr kleine Kristalle (mikrokristalline Textur).
• Beispiele: Rhyolith, Trachyt, Basalt, Andesit, Obsidian und Bimsstein.

Ganggesteine

Ganggesteine entstehen durch eine relativ rasche Abkühlung des Magmas in Gebieten nahe der Oberfläche.

• Sie bilden Gänge oder Adern.
• Beispiele: Aplite, Diabas, Granitporphyr.

Metamorphose

Metamorphose ist eine Reihe von physikalisch-chemischen Veränderungen, die Gesteine erfahren, ohne ihren festen Zustand zu verlassen.

Sie tritt auf, wenn sich Druck- und Temperaturbedingungen ändern.

Sie führt zur Bildung metamorpher Gesteine.

Faktoren der Metamorphose

• Anstieg von Temperatur und Druck.
• Anwesenheit von Fluiden oder flüchtigen Stoffen.

Metamorphe Prozesse

Veränderungen, die Gesteine infolge der Wirkung metamorpher Faktoren oder Agentien erfahren:

• Kataklase oder Bruch: Tritt unter gerichtetem Druck auf. Das Gestein bricht und nimmt eine neue Textur an (kataklastisch).
• Umkristallisation: Ab ca. 300 °C gruppieren sich Mineralpartikel zu größeren Kristallen.
• Bildung orientierter Strukturen: Blättchenförmige Minerale orientieren sich senkrecht zu den Kompressionskräften.
• Dehydratisierung und Entkarbonatisierung: Hydratisierte Minerale verlieren H₂O und CO₂, die sich in die umgebenden Fluide einlagern und chemische Reaktionen erleichtern.
• Mineralogische Anpassungen oder Neubildung von Mineralien: Instabile Minerale im Gestein reagieren miteinander, wenn bestimmte Druck- und Temperaturbedingungen erreicht werden, und bilden metamorphe Minerale.

Metamorphe Fazies

Das Druck- und Temperaturfeld der Metamorphose ist sehr groß.

Kann nach Intensität klassifiziert werden:

• Sehr niedriggradige Metamorphose: Niedriger Druck und Temperatur, ähnlich der Diagenese.
• Hochgradige Metamorphose: Hoher Druck und Temperatur, ähnlich dem Magmatismus.

Metamorphe Fazies (Paragenese, die die Druck- und Temperaturbedingungen definiert, unter denen ein metamorphes Gestein gebildet wurde).

Typen der Metamorphose

• Dynamische Metamorphose oder Druckmetamorphose

  Tritt in großen Störungszonen auf (Druck ↑, Temperatur ↓). Führt zu Zerkleinerung und Ausrichtung der Minerale, was zur Bildung von Myloniten führt.

• Kontaktmetamorphose oder Thermische Metamorphose

  (Druck ↓, Temperatur ↑). Tritt auf, wenn Gesteine in Kontakt mit heißen Magmamassen kommen. Um das Magma bildet sich ein Kontakthof (Aureole). Es kommt zu teilweiser (z.B. Schiefer) und vollständiger Rekristallisation (z.B. Hornfelse). Tritt in kontinentaler und ozeanischer Kruste auf.

• Regionalmetamorphose

  Tritt in weiten Bereichen der kontinentalen Kruste auf (Druck ↑, Temperatur ↑). Umfasst einen weiten Bereich von sehr niedrigem bis hohem Grad. Führt zur Bildung orientierter Strukturen. Das Gestein wird vollständig verändert. Tritt in Subduktionszonen auf.

  Versenkungsmetamorphose

  Wenn sie in ozeanischen Gräben auftritt, wird sie Versenkungsmetamorphose genannt.

Metamorphe Gesteine

Ihre Entstehung wird von 3 Faktoren beeinflusst:

• Natur des Ausgangsgesteins.
• Art der Metamorphose.
• Erreichter Metamorphosegrad.

Sie unterscheiden sich in Struktur und mineralogischer Zusammensetzung.

Nach ihrer ursprünglichen chemischen Zusammensetzung unterscheidet man:

• Silikatgesteine.
• Karbonatgesteine.

Beispiele: Schiefer, Phyllit, Gneis und Migmatit.

Geodynamische Prozesse

Exogene Prozesse

Verwitterung

Verwitterung ist der Prozess der Veränderung von Gesteinen.

Wird durch die Einwirkung von Wasser, Luft, Eis oder tektonischem Stress verursacht.

Es gibt 2 Arten:

Physikalische Verwitterung

Keine Änderung der chemischen Zusammensetzung.

Entsteht durch:

• Tektonischer Stress: Führt zu Brüchen oder Falten und Grabenbildung (führt zu Brüchen).
• Frostsprengung: Bruch des Gesteins durch Eisbildung.
• Thermoklastie: Zerfall von Gesteinen, die ständigen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind.
• Bioklastie: Bruch des Gesteins durch lebende Organismen.

Chemische Verwitterung

Änderung der chemischen Zusammensetzung der Gesteine.

Wird verursacht durch:

• Lösung: Wasser löst Mineralien wie Steinsalz.
• Oxidation und Reduktion: Oxidation (Verlust von Elektronen) und Reduktion (Gewinn von Elektronen).
• Karbonatisierung: H₂O, das CO₂ enthält, reagiert mit unlöslichen Kalkverbindungen und wandelt sie in lösliches Kalziumbikarbonat um.
• Hydrolyse: Bruch der inneren Struktur durch die Wirkung von OH^- und H⁺ aus Wasser.

Erosion

Abtragung von Material durch Wasser, Eis oder Wind, das infolge der Verwitterung der Gesteine entstanden ist.

Transport

Übertragung von abgetragenem Material von einem Ort zum anderen.

Transportagentien

• Wind: Rollen, Springen oder Suspension.
• Fließendes Wasser: Rollen, Springen oder Suspension.
• Meerwasser: Angetrieben durch Wellen, Strömungen und Gezeiten; Rollen, Springen oder Suspension.
• Gletscher.
• Schwerkraft: Gleiten.

Formen des Transports

• Lösung: Materialien reisen als Ionen.
• Flotation.
• Rollen.
• Schleppen.
• Suspension.
• Springen.

Sedimentation

Ablagerung von Material in Sedimentbecken.

Ablagerungsprozesse

• Deposition: Ablagerung von Material, das rollend, schleppend oder springend transportiert wurde.
• Absetzen: Material, das in Suspension transportiert wurde, setzt sich ab, wenn die Schwerkraft die haltenden Kräfte übersteigt.
• Ausfällung: Fällung gelöster Mineralien, die auftritt, wenn die Konzentration der Stoffe in Lösung die Löslichkeit überschreitet.

Sedimentäre Umgebungen

• Gletscher

  Verursacht durch Eis, das unsortierte und wenig ausgewählte Ablagerungen hinterlässt. Diese Ablagerungen bilden Moränen (Seiten-, Mittel-, Stirn- oder Grundmoränen).

• Ästuare

  An Flussmündungen ins Meer, mit ausreichender Strömung für Erosion und Ablagerung im Mündungsbereich.

• Schelf

  Bereich, in dem sich Material sammelt, bevorzugt kalkhaltige Tone, zusammen mit anderem Material vom Festland.

• Kontinentalhang

  Sedimente fallen durch Schwerkraft und sammeln sich am Hangfuß, wo sich Schutt ansammelt.

• Tiefseeboden

  Mit überwiegend marinen Sedimenten.

• Deltas

  Gebildet aus Material, das von Flüssen transportiert und an der Mündung abgelagert wird, da das Meer nicht genug Energie hat, es abzutragen.

• Flüsse

  Sedimente entstehen hauptsächlich aus detritischem Material der Flüsse, können aber auch chemische und organische Sedimente enthalten.

• Karst

  Gebildet durch Karbonatisierung, hauptsächlich an Land. Produziert saures Wasser, das Höhlen und Stollen schafft. Bei günstigen Bedingungen fällt Karbonat aus und bildet Tropfsteine (Stalaktiten und Stalagmiten).

• Korallenriffe

  Skelettkonstruktionen von Polypen. Ablagerungen in diesen Umgebungen sind kalkhaltig.