Gesteine
Hast du schon einmal Steinmännchen gebaut? Oder Steine übers Wasser flippen lassen? Und hast du dich dabei vielleicht schon einmal gefragt, wo diese „Steine” - oder wie es korrekt heißt, die „Gesteine” - herkommen? Jeder Kiesel und jeder Stein hat einen weiten Weg hinter sich, bis er schließlich in deiner Hand landet. Viele von ihnen sind schon Tausende bis Millionen von Jahren alt – steinalt also – und jeder erzählt eine eigene Geschichte. Um diese Geschichte zu erfahren, musst du ganz genau hinschauen. Jedes Gestein hat spezifische, typische Merkmale und Eigenschaften. Manche Gesteine sehen bunt aus und bestehen aus vielen verschiedenen Mineralen. Andere sehen einheitlich aus, aber man sieht zahlreiche kleine Körnchen - und in manchen kannst du sogar Fossilien, wie kleine Muscheln oder Ammoniten, entdecken!
Du fragst dich, wie man das „sehen“ kann? Es sind viele verschiedene charakteristische Eigenschaften, die dir Hinweise geben können, wo das Gestein herkommt, wie es entstanden ist und was bisher alles erlebt hat!
Auch wenn es nicht so aussieht - die Erde ist ständig in Bewegung. In und auf ihr spielen sich unzählige geologische Prozesse ab, die im wahrsten Sinne des Wortes ganze Berge versetzen können. Die meinsten Prozesse laufen so langsam ab, dass wir davon in unserem Alltag gar nichts spüren. So braucht es beispielsweise Millionen von Jahren bis ein Gebirge, wie z.B. die Alpen, entsteht. Manchmal kann es aber auch sehr schnell gehen, z. B. wenn ein Vulkan ausbricht, wenn ein Erdbeben stattfindet oder Berggipfel abbrechen und ins Tal hinabdonnern.
Wenn wir geologische Prozesse verstehen wollen, müssen wir wissen, dass die äußerste Schale der Erde, die Erdkruste, wie bei einem Puzzle, in verschiedene Teile zerlegt ist. Diese Teile bezeichnen wir als tektonische Platten. Die Kontinentalplatte, oder kontinentale Kruste, besteht aus Gesteinen, die vergleichsweise leicht sind, d.h. eine geringere Dichte haben. Im Vergleich dazu besteht die ozeanische Kruste, also die Erdkruste, die sich unter Ozeanen befinden, aus Mineralen mit höherer Dichte. Tektonische Platten stehen nicht still, sondern bewegen sich aufeinander zu (konvergierend), voneinander weg (divergierend) oder aneinander vorbei (konservierend). Im Allgemeinen bewegen sie sich sehr, sehr langsam, sodass wir davon nichts mitbekommen. An ihren Grenzen können sich diese Platten stellenweise „verhaken“; hierdurch wird in den Gesteinseinheiten Spannung aufgebaut. Wenn sich diese Spannung plötzlich löst, kann es ganz schön rumpeln. Das nennen wir dann ein Erdbeben.
Wenn eine kontinentale und eine ozeanische Platte aufeinandertreffen, taucht die schwerere ozeanische Platte unter die leichtere kontinentale Platte ab - sie wird subduziert. Mit der Platte wird auch Wasser in die Tiefe gezogen. Mit zunehmender Wärme wird das Wasser als Fluide frei und dringt in das umgebende Gestein ein. Jetzt muss man wissen, dass der Schmelzpunkt der Gesteine unter Anderem vom Wassergehalt abhängt. Bei erhöhtem Wassergehalt kann z.B. das Gestein, das normalerweise erst bei 1000 °C schmilzt, schon bei 650 °C schmelzen. Das dabei entstehende Gemisch aus Gesteinsschmelze, Kristallen und Fluiden wird als Magma bezeichnet. Wenn dieses bis an die Erdoberfläche gelangt, kommt es zu Vulkanausbrüchen. Entlang der Plattenränder können so ganze “Feuerringe” entstehen.
Wenn jedoch zwei kontinentale Platten aufeinandertreffen und immer weiter zusammengeschoben werden, türmen sie sich immer weiter auf und es bilden sich hohe Berge.
Die Bewegungen der Platten sind aber nicht die einzigen geologischen Prozesse, die die Oberfläche der Erde gestalten. Wir haben auch die Auswirkungen von Wind und Wetter, von Regen, Schnee und Flüssen, aber auch von Flora und Fauna, die die Oberfläche der Erde stetig ändern. In der Geosphäre gibt es eine stetige Neubildung von Mineralen und Gesteinen und ihre Zerstörung. All diese Prozesse können im Gesteinskreislauf dargestellt werden.
Falls du schon mal auf einem Berggipfel gestanden bist, weißt du sicherlich wie ungemütlich das Wetter dort oben sein kann. Im Tal bist du gerade noch im T-Shirt losgewandert und auf dem Gipfel musst du deine Mütze gut festhalten, damit sie dir nicht wegweht. Und genauso geht es auch den Gesteinen. Die, die wir auf der Erdoberfläche finden, sind Wind, Regen und Temperaturwechseln ausgesetzt. Dadurch werden sie mit der Zeit zersetzt und abgetragen. Sie verwittern also und werden erodiert. Das in viele kleinere Stücke zerlegte Gestein wird z. B. durch Regen, Flüsse, Gletscher oder sogar Wind über teils weite Strecken transportiert, bis es sich schließlich als Sediment abgelagert wird.
Aber auch hier bleibt es nicht ewig an der Oberfläche liegen, sondern wird von neu antransportiertem Material überdeckt, sodass es immer weiter in die Tiefe versenkt wird. Da die überlagernden Gesteinsschichten ganz schön schwer sind, wird das Sediment zusammengedrückt und das Wasser wird wie aus einem Schwamm ausgequetscht. Wenn neue Minerale die Körner oder größere Komponenten umhüllen, wirken sie wie ein Kleber und aus dem Lockermaterial wird ein Festgestein. Dieses wird nun als Sedimentit bezeichnet.
Diese Sedimentite können immer weiter mit neuen Gesteinsschichten überdeckt werden und so immer weiter in dieTiefe "wandern"; sie können aber auch bei der Subduktion in große Tiefen gezogen werden. Je tiefer sich das Gestein in der Erdkruste befindet, desto mehr Gesteine lagern über ihnen und umso höher werden auch die Drücke. Außerdem wird es mit zunehmender Tiefe immer heißer. Diese extremen Bedingungen lassen selbst ein Gestein nicht kalt und es beginnt sich umzuwandeln. Das bedeutet, die Minerale passen sich den neuen Bedingungen an, in dem sie sich einregeln oder einzelne Körner zu wachsen beginnen und die Kristalle immer größer werden. Manche Minerale halten diese Druck- und Temperaturbedingungen nicht aus und es entstehen neue Minerale. Die so entstandenen Gesteine werden Metamorphite genannt.
Wenn diese Metamorphite in Bereiche mit noch höheren Temperaturen kommen, können sie sogar aufschmelzen; sie werden wieder zu Magma. Aus diesen Gesteinsschmelzen (Magma) entstehen Magmatite: wenn das Magma in einer Magmenkammer (Pluton) in der Erdkruste stecken bleibt und dort langsam abkühlt, können aus dem Magma ganz viele Minerale kristallisieren, die mit der Zeit immer größer werden, so dass du diese sogar ohne Lupe sehen kannst. Diese Gesteine werden Plutonite genannt. Sie können durch Hebung und Abtragung (Erosion) der darüberliegenden Gesteine langsam an die Erdoberfläche gelangen; sie können auch in der Erdkruste stecken bleiben und durch die Auflast wieder metamorph überprägt werden. Gelangt das Magma bis an die Erdoberfläche kann es aber auch bei einem Vulkanausbruch in Form von Lavaströmen ausfließen oder ganz schnell explosiv herausgeschleudert werden. Dann haben die Kristalle keine Zeit auszukristallisieren und zu wachsen und es entstehen poröse, feinkörnige oder sogar glasige Vulkanite. Somit können wir auf der Erdoberfläche ganz viele unterschiedliche Gesteine finden, die unter unterschiedlichen Bedingungen gebildet wurden. An der Erdoberfläche sind diese Gesteine nun wieder dem Wind und Wetter ausgesetzt und der gesamte Gesteinskreislauf beginnt von vorne.
Aber warum sollte es uns eigentlich interessieren, wie und wo Gesteine gebildet werden - und was bringt es dir, wenn du ein Gestein erkennen und bestimmen kannst? Ganz einfach: jedes Gestein erzählt eine Geschichte – nicht nur über das Gestein selbst sondern auch über die Vergangenheit der Region in der du es gefunden hast. Wenn du beim Wandern z. B. einen Basalt findest, dann weist er darauf hin, dass es an dieser Stelle mal einen Vulkan gegeben haben muss (auch wenn heute dort keine aktiven Vulkane sind) oder eine Felswand aus Kalkstein kann ein Hinweis darauf sein, dass sich an der Stelle mal ein Meer mit Riffen befunden hat.
Damit aber nicht genug – das Wissen über die Eigenschaften von Gesteinen hilft uns, sie als Bau- und Rohstoffe in unserem Alltag zu nutzen. Einige Gesteine eignen sich z. B. gut als Küchen-Arbeitsplatte oder Treppenstufen, weil sie sehr stabil und pflegeleicht sind - oder sie wurden verwendet, um ganze Burgen und Schlösser daraus zu bauen. Andere eignen sich hervorragend als Rohstoff für Beton oder andere Baustoffe, weil sie eine besondere Größe oder Rundung haben und sich gut mit Bindemitteln vermischen lassen. In manchen Gesteinen finden wir auch ganz besondere und wertvolle Minerale, wie Silber oder Gold!
Magmatite
Gesteine, die durch die Kristallisation von Magma gebildet werden, heißen magmatische Gesteine. Vulkanite gelangen durch spontane Prozesse in Form einer sogenannten Eruption an die Erdoberfläche und kühlen dort vergleichsweise "schnell" ab. Plutonite sind Magmatite, die in großer Tiefe durch langsame Abkühlung entstehen. Sie können erst durch Hebung und Erosion freigelegt werden. Gesteinsgänge enthalten Merkmale sowohl plutonischer als auch vulkanischer Gesteine.
Sedimentite
An der Erdoberfläche befinden sich Gesteine unter dem Einfluss der Verwitterung. Gesteinsbruchstücke werden abgetragen, transportiert bzw. umgelagert und schließlich abgelagert (sedimentiert), die sog. klastischen Sedimente. Auch die Reste von Lebewesen werden im Laufe der Zeit abgelagert, die sog. . Zu den chemischen Sedimentgesteinen gehören Gesteine, die Resultat chemischer Prozesse sind und bei denen die Beteiligung von Mikroorganismen keine oder eine untergeordnete Rolle einnimmt. Bei fortschreitender Überlagerung der Sedimente werden diagenetische Prozesse eingeleitet. Dadurch wird das abgelagerte Lockermaterial verfestigt und es bilden sich Sedimentgesteine (Sedimentite).
Sedimentgesteine werden weiter in klastische, chemische und biogene Sedimentite unterteilt.
Metamorphite
Erhöhen sich Druck und Temperatur im Umfeld eines Gesteins, sind bestehende Mineralparagenesen nicht mehr stabil. Je nach Ausmaß der Änderung von Druck (P) und Temperatur (T) kommt es zu einer graduellen Metamorphose des Gesteins. Man unterscheidet kontaktmetamorphe Überprägung (z.B. im Umfeld einer Intrusion), Regionalmetamorphose (bei der Gebirgsbildung) und Hochdruckmetamorphose (z.B. bei Versenkung von Gesteinsmaterial durch Subduktion). Dabei unterliegen sowohl Magmatite als auch Sedimentite der Metamorphose.
Klassifikation
Je nach Art des Gesteins werden zur Klassifikation unterschiedliche Diagramme und basierend auf unterschiedlichen Kriterien verwendet.
Bei den Magmatiten sind das Streckeisendiagramme (z.B. QAPF-Diagramme) in dem die Gesteine anhand ihres Modalbestands (Vol.-%) und TAS-Diagramme, in der die Klassifikation anhand ihrer chemischen Zusammensetzung erfolgt.
Metamorphite werden anhand des PT-Diagramms weiter eingeteilt. Zusätzlich sollte das vorherrschende geodynamische Setting berücksichtigt werden.
Klastische Sedimentite werden zum einen nach Korngröße, zum anderen nach genetischer Herkunft klassifiziert. Die Klassifikation der Karbonatgesteine ist hier erklärt. Chemische und biogene Sedimentite werden vor allem nach Chemismus unterschieden. Für Karbonatgesteine gibt es mehrere wichtige Klassifikationsschemata.
Gesteinsbildende Minerale
Die Erdkruste besteht zu über 90% aus einer begrenzten Anzahl an Mineralen, die als gesteinsbildende Minerale zusammengefasst werden. Auf Basis der Betrachtung dieser Minerale können die meisten Gesteine klassifiziert werden.
Plagioklas ist das häufigste Mineral der Erdkruste. Mit abnehmender Häufigkeit sind weitere gesteinsbildende Minerale: Alkalifeldspat, Quarz, Pyroxen, Amphibol, Glimmer, Olivin, Tonminerale, Carbonate und Magnetit.
Hilfe zur Bestimmung der Minerale im Gelände gibt es hier. Hilfe beim Bestimmen von Mineralen im Polarisationsmikroskop findest du hier.
Gesteinsansprache im Gelände
Du hast ein Gestein vor dir liegen und hast part tout keine Ahnung um was es sich dabei handelt? Du wirst sehen, Gesteine zu bestimmen ist garnicht so schwer - du musst das Gestein "nur" ansprechen. In der sog. Gesteinsansprache geht man Schritt für Schritt die wichtigsten Merkmale und Eigenschaften des Gesteins durch und kann so anhand von Bestimmungspfaden feststellen um welches Gestein es sich genau handelt. Im ersten Schritt musst du erst einmal herausfinden, ob du einen Magmatit, Sedimentit oder einen Metamorphit vor dir hast. Wie das geht erfährst du in unserer praktischen Anleitung zue Gesteinsansprache im Gelände.
Weißt du schon, in welche Großgruppe sich dein Gestein einteilen lässt, haben wir Leitfäden zusammengestellt, die dir helfen, einen Überblick über die Besonderheiten einer jeden Gesteinsklasse zu bewahren. Hier gelangst du direkt zur Magmatite, Metamorphite und Sedimentite, die Dir helfen die Gesteine auch im Gelände schnell zu bestimmen.
Weiterführende Literatur
- Robert, C., & Bousquet, R. (2018). Geowissenschaften: Die Dynamik des Systems Erde. Springer-Verlag.
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