Grundlagen der Geologie und Gesteinskunde

Gebirgsbildung und Orogenese

Gebirgsbildung: Der Prozess, aus dem Gebirgsrücken stammen.

Der Anden-Typ

Sie entstehen an den Rändern, wo ozeanische Lithosphäre unter kontinentale Lithosphäre subduziert wird. Die ozeanische Platte schafft ein Akkretionsprisma. Die durch Reibung zwischen den Platten erzeugte Hitze, zusammen mit dem Vorhandensein von Wasser in der abtauchenden ozeanischen Lithosphäre, führt zu einer Teilfusion. Es entstehen Vulkanausbrüche; Magma steigt aufgrund seiner geringeren Dichte auf, während der Rest als Magma erstarrt und zur Verdickung der Kruste beiträgt.

Subduktion insularer Typ

Dieser liegt am Rande einer abtauchenden ozeanischen Lithosphäre, die spontan unter eine andere ozeanische Lithosphäre sinkt. Die Gräben sind sehr tief, und intensive vulkanische Aktivität erzeugt den Inselbogen.

Alpine Orogenese

Hierbei entstehen kontinentale Konvergenzseiten, wenn der abtauchende Kontinent das Meeresbecken schließt. Nach dem Zusammenstoß kommt es zur Faltung und Überschiebung auf einen anderen Kontinent. Dass die Gebirge ansteigen, hängt von der Dichte und der Dicke der Materialien ab; durch isostatische Anpassungen werden große Höhen erreicht.

Verformungsarten und Einflussfaktoren

• Elastisch: Das Material wird einer Belastung unterzogen, gewinnt aber seine Form und sein Volumen zurück, sobald die Belastung stoppt.
• Plastisch: Die Verformung bleibt bestehen, auch nachdem die Belastung aufgehört hat.
• Bruch: Hier führt Stress zu einem Verlust des inneren Zusammenhalts des Materials und zum Bruch. Es gibt eine Begrenzung der Plastizität der einzelnen Materialien, die davon abhängt.

Einflussfaktoren auf die Deformation: Temperatur, lithostatischer Druck und das Vorhandensein von Wasser oder anderen Flüssigkeiten.

Falten und Brüche

Falten (Folds)

Biegungen der Felsmassen weisen auf ein plastisches Verhalten von Gesteinen hin, die Belastungen ausgesetzt waren. Die Falten ändern sich je nach Leitung und Eintauchen.

• Antiklinale: Eine Falte, in deren Kern sich die ältesten Materialien befinden.
• Synklinale: Eine Falte, in deren Kern sich modernere Materialien befinden.

Klüfte und Verwerfungen

Klüfte (Verfugung): Frakturen, bei denen sich die Blöcke nicht gegeneinander bewegen; wenn sie es tun, erweitert sich der Bruch.

Fehler (Verwerfungen): Brüche, bei denen ein Block gegenüber einem anderen verschoben wird.

• Normaler oder direkter Fehler: Die Verwerfung taucht auf der Ebene der abgesunkenen Lippe auf. Sie entsteht als Reaktion auf Zugspannungen.
• Umgekehrter Fehler: Die Verwerfung taucht auf der Ebene der angehobenen Lippe auf. Sie entsteht als Reaktion auf Kompressionskräfte.
• Blattverschiebung (Riss): Horizontaler Blockversatz.
• Horst: Ein Block, der auf beiden Seiten der Verwerfung angehoben wurde.
• Rift (Grabenbruch): Ein abgesenkter Bereich, der auf beiden Seiten von Platten begrenzt wird.

Mineralien und Kristalle

Häufige Mineralien bestehen aus Silizium und Sauerstoff. Kristalle haben eine perfekte Struktur, da ihre Atome Netzwerke bilden. Es handelt sich um Mineralien mit geometrischen Formen. Sie entstehen durch Erstarren von geschmolzenem Material, Sublimation von Gasen oder chemische Präzipitation aus wässrigen Lösungen. Die Bildung ist zeitabhängig, da sich die Atome langsam in geordneter Weise anordnen müssen.

Metamorphose

Metamorphose: Die Gesamtheit der Veränderungen, die Gesteine in ihrer Zusammensetzung und Struktur durch Einwirkung von Temperatur, Druck oder chemisch aktiven Flüssigkeiten erfahren. Dies geschieht eher im festen Zustand.

Typen der Metamorphose

• Iso-chemisch: Die chemische Zusammensetzung des Gesteins ändert sich nicht.
• Metasomatisch: Die chemische Zusammensetzung des Gesteins ändert sich durch die Anwesenheit von Flüssigkeiten.
• Dynamisch: Dies geschieht durch Druck.
• Kontaktmetamorphose: Verursacht durch den Temperaturanstieg infolge einer magmatischen Intrusion.
• Regionalmetamorphose: Produziert durch die gleichzeitige Zunahme von Druck und Temperatur, was zu physischen Veränderungen und Dichtebildung führt.

Magma und magmatische Gesteine

Magma: Geschmolzenes Silikat, das Wasserdampf und andere Gase enthält. Es besteht normalerweise aus einer flüssigen und einer festen Fraktion (bereits kristallisierte Mineralien). Sein Ursprung liegt im Temperaturanstieg durch Reibung zwischen Platten, durch Dekompression (Druckminderung senkt den Schmelzpunkt) oder durch Inkorporation von Wasser.

Arten von Magmen

• Basaltisch: Entsteht aus dem teilweisen Schmelzen des Mantels (Peridotit); charakteristisch für ozeanische Rücken.
• Andesitisch: Entsteht aus dem teilweisen Schmelzen der abtauchenden ozeanischen Kruste (Basalt) durch Reibung und Wasserpräsenz.
• Granitisch: Hat seinen Ursprung in Subduktionszonen durch die Verschmelzung von Materialien der unteren kontinentalen Kruste.

Gesteinstexturen

Die Textur hängt von der Art, Größe und Geschwindigkeit ab, mit der das Magma abkühlt.

Plutonite (Tiefengesteine)

Sie entstehen in der Tiefe; das Magma kühlt langsam ab, wodurch sie gut kristallisiert sind.

• Granit: Grau oder rosa; Hauptbestandteile sind Quarz, Kaliumfeldspat und Glimmer.
• Syenit: Rosa; Hauptkomponente ist Plagioklas-Feldspat; unterscheidet sich vom Granit durch das Fehlen von Quarz.
• Quarzdiorit: Grau; besteht aus Feldspat, Biotit und Amphibol.
• Gabbro: Dunkles Gestein aus Pyroxen und Plagioklas; kann Biotit und Olivin enthalten.
• Peridotit: Sehr dunkles Gestein aus Pyroxen und Olivin; das häufigste Gestein des Planeten (im Mantel).

Vulkangesteine (Ergussgesteine)

Das Magma befindet sich an der Oberfläche und kühlt sehr schnell ab, weshalb es schlecht kristallisiert.

• Basalt: Erstreckt sich über den Meeresboden; sehr dunkle Farbe, meist mikrokristallin.
• Andesit: Graue Farbe, ähnlich dem Diorit.
• Rhyolith: Helle Farbe, ähnlich dem Granit.
• Trachyt: Helle Farbe, vergleichbar mit Syenit.
• Obsidian: Glasige Textur, schwarz, variable Zusammensetzung.
• Bimsstein: Helle Farbe, geringe Dichte.
• Vulkanische Brekzie: Besteht aus dicken vulkanischen Gesteinsfragmenten.
• Tuff (Toba): Entsteht durch die Vereinigung von Pyroklasten bei hohen Temperaturen nach einem Ausbruch.

Ganggesteine (Filonianas)

Das Magma erreicht die Oberfläche nicht ganz, sondern erstarrt in der Nähe.

• Aplit: Holokristallin, feinkörnig, grau; Zusammensetzung ähnlich wie Granit.
• Granitporphyr: Holokristallin mit sehr großen Kristallen.
• Diabas: Holokristallin mit großen, schlanken Kristallen, oft grünlich.

Kontinentale Teilung und Wilson-Zyklus

• Thermisches Modell: Magma steigt auf und erhöht die Temperatur der Lithosphäre. Nach dem Bruch folgt die Trennung der Ränder und die ozeanische Ausdehnung.
• Tektonisches Modell: Die Lithosphäre wird gedehnt, was zur Ausdünnung und schließlich zum Bruch der kontinentalen Lithosphäre führt, gefolgt von ozeanischer Erweiterung.

Wilson-Zyklus: Die Hitze unter einem Superkontinent lässt diesen an bestimmten Stellen aufsteigen; die Lithosphäre wird dünner und fragmentiert. Es entsteht ein Rift, das zu einem neuen Ozean führt. Die Zersplitterung und Wiedervereinigung von Kontinenten sind die Hauptphasen des Wilson-Zyklus.

Verwitterung und Erosion

Physikalische Verwitterung

Zerfall der Gesteine in Fragmente ohne Änderung der chemischen Zusammensetzung.

• Frostschüttung (Gelifraktion): Brechen durch Eis, da Wasser beim Gefrieren sein Volumen vergrößert.
• Salzsprengung (Haloklastie): Wachstum von Salzkristallen in Poren nach der Verdunstung von Wasser.
• Thermische Expansion: Temperaturschwankungen führen zu Dehnung und Kontraktion.
• Druckentlastung: Abspaltung von Gesteinsschichten nach Entfernung der darüberliegenden Last.

Chemische Verwitterung

Veränderung der Mineralogie durch Wasser, Luft oder Lebewesen.

• Hydrolyse: Zersetzung von Mineralien durch reaktive H+ und OH- Ionen des Wassers.
• Oxidation: Verlust von Elektronen bei Anwesenheit von Sauerstoff.
• Karbonisierung: Auflösung von Kalk durch kohlensäurehaltiges Wasser.
• Auflösung: Direktes Lösen von Mineralien im Wasser.

Transport und Sedimentation

Fragmente werden zu tiefer gelegenen Orten transportiert.

• Oberflächenwasser: Transport als Last (gelöst, in Suspension oder am Boden).
• Gletscher: Eis als Transportmittel für Material von den Hängen.
• Wind: Transport von losem Material in vegetationsarmen Gebieten (Suspension oder Springen).
• Schwerkraftprozesse: Direkte Bewegung von Materialien in tiefere Lagen.

Diagenese und Sedimentgesteine

Diagenese: Prozesse, durch die Sediment zu Sedimentgestein wird (Verdichtung und Zementierung). Die Verdichtung reduziert das Volumen und die Poren durch den Druck neuer Schichten. Bei der Zementierung wirken ausgefällte Mineralien (Kalkstein, Quarz) als Bindemittel.

Klastische Sedimentgesteine (Dendritisch)

• Rudite: Grobkörnige Gesteine (Klasten). Eckig (Brekzie) oder gerundet (Konglomerat/Puddingstein).
• Arenite: Mittelkörnig, wie Sandstein.
• Schiefer/Tonsteine: Feinkörnig, die häufigsten Gesteine (Schluffstein, Argillit).

Karbonatgesteine

Bestehen aus Calcium- und Magnesiumcarbonat.

• Kalkstein: CaCO₃; kann chemischen Ursprungs (Präzipitation) oder biochemischen Ursprungs (Organismenreste) sein.
• Dolomit: Besteht aus Calcium- und Magnesiumcarbonat.
• Mergel (Margas): Mischung aus Schiefer und Kalkstein.

Evaporite und sonstige Gesteine

• Evaporite: Entstehen durch Salzausfällung in ariden Gebieten (Steinsalz, Gips, Sylvin).
• Silizium-Aluminium-Eisen-Gesteine: Entstehen in tropischen Klimaten. Diatomit bildet sich aus Kieselalgenresten.

Organogene Gesteine

Entstehen durch Ansammlung organischer Reste.

• Natürliche Kohlen: Pflanzenreste aus Sümpfen oder Deltas reichern sich unter Sauerstoffabschluss mit Kohlenstoff an (Torf, Steinkohle).
• Erdöl: Entsteht aus Planktonresten im Meeresboden. Unter Luftabschluss (Schluff/Ton) entfernen Fermentationsprozesse Sauerstoff und Stickstoff, sodass Kohlenwasserstoffe (C und H) im Muttergestein verbleiben.