Die Welt der Gesteine

 

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Basaltstück am Ascherhübel Ein Gestein ist ein Aggregat aus Mineralen. Ist das Gestein nur aus einer Mineralart zusammengesetzt spricht man von monomiktem Gestein. Besteht das Gestein aus mehreren Mineralarten bezeichnet man es als polymiktes Gestein. Topas auf Quarz
 Ein Mineral ist ein fester, natürlicher, anorganischer, makroskopisch homogener Bestandteil unserer Erde. Minerale sind (meist) kristalline oder (seltener) amorphe Substanzen. 
 
 Nach ihrer Entstehung werden drei Arten von Gesteinen unterschieden: Magmagesteine (Magmatite), Sedimentgesteine (Lockergesteine = Sedimente, Festgesteine = Sedimentite) und metamorphe Gesteine (Metamorphite).

MagmatiteSedimenteMetamorphite
  • Tiefengestein (Plutonite) entsteht durch langsame Abkühlung in großer Tiefe (in der unteren Erdkruste oder im oberen Erdmantel) und unter hohem Druck. Dabei werden große Kristalle gebildet, es treten keine gasgefüllten Hohlräume auf.
    Beispiel: Granit
  • Eruptivgesteine oder Ergußgesteine (Vulkanite) treten als Lava an die Oberfläche und werden dort schnell abgekühlt. Daher können sich nur mikroskopisch kleine Kristalle bilden und die Gesteine können Hohlräume aufweisen. Ein Beispiel dafür ist Basalt. Erfolgt die Abkühlung so schnell, dass gar keine Kristallisation stattfindet ensteht vulkanisches Glas.
  • Klastische (mechanische) Sedimente entstehen durch Verwitterung und Erosion von Gesteinen. Die Schwerkraft, Wind, Wasser oder Gletscher transportieren den Verwitterungsschutt (Detritus), bearbeiten ihn nochmals und lagern ihn ab. Beispiel: Sandstein.
    Bei der Ablagerung entstehen sogenannte Lockersedimente. Durch die Auflast weiterer Sedimentationsschichten und/oder durch chemische Zementationsvorgänge wird das Material immer mehr verfestigt, man spricht dann von Diagenese. Das Ergebnis sind sedimentäre Festgesteine, die Sedimentite. Die klastischen Sedimente werden nach der Größe und Art der enthaltenen Gesteinstrümmer unterschieden.
    • Ton - Korngrößen < 0,002 mm
    • Schluff - Korngrößen 0,002 - 0,063 mm
    • Sand - Korngrößen 0,063 - 2 mm
    • Feinkies - Korngrößen 2 - 6 mm
    • analog verfestigt: Tonstein, Schluffstein, Sandstein.
      Grobe (> 2 mm) detritische Gesteine heißen Konglomerat, wenn die Bruchstücke gerundet, Brekzie, wenn sie eckig und Fanglomerat, wenn sie kantengerundet sind.
    • Tuff - vulkanische Asche und Staub
  • Von chemischen Sedimenten spricht man, wenn wasserlößliche Bestandteile durch die Flüsse ins Meer transportiert werden und es dort zu neuen Reaktionen kommt bzw. das Wasser verdunstet und die Minerale sich ablagern. Beispiele: Steinsalz, Kalkstein
  • Biogene Sedimente sind Ablagerungen organogener Stoffe (Schalen von Schalentieren oder abgestorbene Pflanzen). Beispiel: Kalk, Kohle, Bernstein.
auch Umwandlungsgestein
  • Paragestein - Umwandlung von Sedimentgestein
  • Orthogestein - Umwandlung von magmatischem Gestein
durch hohen Druck und hohe Temperaturen tief in der Erdkruste. Dabei unterscheidet man:
  • kontaktmetamorphe Gesteine - erhöhte Temperatur der Gesteine durch aufsteigendes Magma
  • dynamometamorphe Gesteine - Umwandlung der Gesteine durch Bewegungsenergie
  • regionalmetamorphe Gesteine - durch darüberliegende Gesteinskomplexe sinken die Gesteine in tiefere und heißere Bereiche der Erdkruste, in denen hohe Drucke vorhanden sind und werden umgewandelt. Beispiel: Phyllit, Glimmerschiefer, Gneis.
 
 
 

Der Kreislauf der Gesteine

 
 
Getsteinskreislauf Die Gesteine unserer Erde befinden sich in einem ständigen Kreislauf. Gesteine der oberen Erdkruste unterliegen einer ständigen physikalischen bzw. chemischen Verwitterung und lagern sich als Sedimente ab. Diese wiederum werden von neuen Sedimenten überdeckt und verfestigt (Diagenese). Je tiefer die Gesteine sinken, desto mehr erhöht sich der Druck und die Temperatur. In den tieferen Schichten erfolgt die Metamorphose bzw. die Aufschmelzung (Magmabildung) der Gesteine. Danach werden sie wieder durch Gebirgsbildungen oder Vulkanismus an die Erdoberfläche gehoben, verwittern dort erneut und der Kreislauf beginnt von neuem.
 verändert nach Press & Sievers (1995)
 
 
 

Gliederung der Minerale

 
 Die Bezeichnung der Minerale erfolgt nach bedeutenden Personen (Goethit FeOOH), nach Fundpunkten (Zinnwaldit-Lithiumeisenglimmer), nach der chemischen Zusammensetzung (Argentit) oder nach physikalischen Eigenschaften (Rosenquarz-rosa Farbe). 
 Max von Laue unterteilte erstmal 1912 die Minerale in sogenannte Mineralklassen. Danach werden die ca. 2500 - 3000 verschiedene Minerale in 9 verschiedene Mineralklassen gegliedert.
  1. Element - Minerale
    Beispiel: Gold (Au), Silber (Ag), Kupfer (Cu), Diamant (C)
  2. Sulfide (Schwefelverbindungen)
    Beispiel: Pyrit FeS2
  3. Oxide und Hydroxide
    Beispiel: Goethit FeOOH, Hämatit Fe2O3
  4. Halogenide - Verbindungen mit Elementen der VII.Hauptgruppe
    Beispiel: Halit (Steinsalz) NaCl
  5. Silikate - SiO4-Tetraeder
    Beispiel: Topas (Al2SiO4(F,OH)2), Granat-Almandin (Fe3Al2(Si04)3, Feldspat-Orthoklas (KAlSi3O8)
  1. Phosphate - Verbindungen von Metallen mit PO4
    Beispiel: Fluorapatit (Ca5(PO4)3F)
  2. Sulfate - Verbindungen von Metallen mit SO4
    Beispiel: Gips (CaSO4 x H2O), Baryt (BaSO4 )
  3. Karbonate - Verbindungen von Metallen mit CO3
    Beispiel: Calcit (CaCO3),Malachit (Cu22+(CO3(OH)2
  4. Borate / Nitrate
    Beispiel: Kalisalpeter (K[NO3]), Boracit (Mg[Cl/B7O13]
 
 
 

Die gesteinsbildenden Minerale

 
 Hauptelementzusammensetzung der Erde (Gew.-%)
ElementErde gesamtKernMantelozeanische Krustekontinentale Kruste
untereoberegesamt
O32,44,144,849,546,447,947,2
Si17,27,421,523,127,130,328,8
Al1,5 2,24,18,27,78,0
Fe28,279,45,86,85,73,14,3
Mg15,9 22,84,63,21,62,2
Ca1,6 2,38,94,92,93,9
Na0,3 0,31,02,12,62,4
K0,02 0,030,11,32,92,1
 
S2,3
      
 
Ni4,9
      
Summe97,198,199,798,198,999,098,9
Tabelle nach ALLEGRE (1995)
  Kruste und Oberer Erdmantel
 
 Aus der Tabelle ist erkennbar, dass in unserer Erdkruste hauptsächlich die Elemente Sauerstoff (O) und Silizium (Si) vorkommen. Etwa 95% der Kruste bestehen aus magmatischen Gesteinen sowie deren metamorphen Derivaten und nur 5% aus Sedimentgestein. Dieses Sedimentgestein bedeckt zum großen Teil die Erdoberfläche. 
 

Die wichtigsten Minerale der Erdkruste

MagmatiteSedimenteMetamorphite
Feldspat
z.B. Albit: Na[AlSi3O8]
Quarz, SiO2Feldspat
QuarzTonminerale
z.B. Kaolinit: Al4[Si4O10](OH)8
Quarz
Glimmer
z.B. Muskovit K2Al4[Si6Al2O20](OH,F)4
FeldspatGlimmer
Pyroxen
z.B. Augit (Ca,Mg,Fe,Al)2[(Si,Al)2O6]
Calcit* CaCO3Granat
z.B. Grossular Ca3Al2[Si3O12]
Amphibol
z.B. Hornblende Ca2(Mg,Fe)4Al[Si7AlO22](OH)2
Dolomit* CaMg(CO3)2Pyroxen
Olivin (Mg,Fe)2[SiO4]Gips* CaSO42H2OCordierit (Mg,Fe)2Al3[Si5AlO18]nH2O
Spinell Gruppe*
z.B. Chromit FeCr2O4
Steinsalz* NaClDisthen Al2SiO5
(*) nicht-silikatische Minerale
Tabellendaten aus H.BAHLBURG, C.BREITKREUZ "Grundlagen der Geologie" nach DEER, HOWIE & ZUSSMAN (1992)