Geologie

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Einleitung

Auf Touren durch die Natur finden wir immer wieder Steine, die uns interessieren und ein besonderes Aussehen haben. Manchmal sind es auch ganz Wände aus Gestein, die durch ihre Gestalt einen wesentlichen Teil zur Natur beitragen. Zum besseren Verständnis, warum ein Stein genau so aussieht wie er aussieht und um vieleicht seine Geschichte zu erfahren, soll dieser Teil des Wikis beitragen. Als erstes soll der Kreislauf der Gesteine einen Überblick über die Gesteinsarten und die Zusammenhänge der Gesteine geben. Als nächstes werden die Gesteinsarten beschrieben. Danach folgt ein Abschnit zur Unterscheidung der Gesteine. Der Teil über Verwitterung gibt Aufschluss über Verwitterungsarten.

Kreislauf der Gesteine

Ein Grundprinzip der Geologie ist der Kreislauf der Gesteine. Hier werden alle Gesteinsarten in einem Kreislauf verbunden. Der Kreislauf beginnt mit dem Verwittern von Gesteinen (Erosion). Die verwitterten Steine setzen sich ab und bilden das Sedimentegestein, die Sedimentite. Durch tektonische Bewegung gelangen diese Sedimentite unter Druck und verlagern sich etwas in die Tiefe. Hier geschieht eine weitere Umwandlung. Der Druck und die etwas erhöhte Temperatur sogen dafür, dass sich die Mineralien in den Sedimentiten um oder auch neu bilden. Ab jetzt werden die umgebildeten Sedimentite Metamorphite genannt. Gelangen diese Gesteine noch etwas tiefer, erhöhen sich sowohl die Temperatur als auch der Druck weiter. Die Gesteine werden teilweise von der hohen Temperatur geschmolzen, die Struktur der Gesteine verändert sich. Auch hier bilden sich die Mineralien wieder um. Die dabei entstehenden Gesteine heißen Plutonite. Werden die Plutonite wieder durch tektonische Bewegungen in Richtung der Erdoberfläche gebracht, so geraten sie erneut in die „Zone“ der Metamorphose. Das bedeutet, die Plutonite bilden sich wieder zu Metamorphiten um. Steigen die Metamorphite noch weiter an die Erdoberfläche, setzt die Verwitterung wieder ein. Der Kreislauf ist also geschlossen. Doch eine Gesteinsart fehlt noch. Bei tektonischen Bewegungen kann es passieren, dass durch Risse zähflüssiges geschmolzenes Gesteinsmaterial an die Oberfläche dringt. Sobald dieses Material abkühlt, verfestigt es sich und es bilden sich die Vulkanite. Diese bilden sich auch durch den Auswurf von Gesteinsmaterial aus einem Vulkan.

Kreislauf der Gesteine

Gesteinsarten

Es gibt insgesamt drei verschiedene Gesteinsarten:

  • Magmatite,
  • Sedimente und
  • Metamorphite.

Auch wenn die Erde fast nur aus Magmatit besteht, ist die Erdoberfläche dennoch zu größten Teilen von Sedimenten bedeckt. Sedimente sind also die Gesteine, auf denen wir meistens umherlaufen.

Gesteine entstehen durch unterschiedliche Prozesse und unterscheiden sich in Textur, Struktur, Gefüge und chemischer Zusammensetzung. Magmatite entstehen durch die Abkühlung heißer Schmelzen. Sedimente bilden sich aus verfestigten Ablagerungsprodukten. Die Metamorphite vereint eine nachträgliche Überprägung oder teilweise Aufschmelzung unter hohem Druck und Temperatur.

Magmatite

Magmatite sind also Gesteine, die durch die Abkühlung einer Schmelze entstehen. Diese werden in Vulkanite und Plutonite unterteilt. Plutonite sind die Gesteine, die durch langsame Abkühlung einer Schmelze im Inneren der Erde entstehen. Das richtungslose, gleichkörnige Gefüge mit nicht ganz ausgebildetetn (hypidiomorphen) Kristallen ist typisch für Plutonite. Vulkanite dagegen entstehen durch die schnelle Abkühlung einer Schmelze an der Erdoberfläche. Die Kristalle haben dabei keine Zeit zu wachsen. Es entstehen feine, homogene Gesteine mit klein ausgebildeten Kristallen in einer Grundmasse (wie Rosinen im Teig). Häufig enthalten diese Gesteine einen hohen Gasanteil (erkennbar an kleinen Löchern) oder zeigen ein durch das Fließen des Magmastroms entstandenes Fließgefüge.

Ein wichtiges Kriterium für die Bestimmung von Magmatiten ist die Farbzahl (FZ). Hier wird nach hellen und dunkelen Gemengteilen unterschieden. Die Farbzahl gibt den prozentuallen Anteil von den dunklen Gemengteilen wieder. Mit Hilfe der FZ kann eine weitere Einteilung der Plutonite und Vulkanite vorgenommen werden. Achtung: Die dunkelen Gemekteile werden gerne überschätzt.

Plutonit & Vulkanit

FZ - Plutonit ---- Vulkanit
5-30 % - Granit ---- Rhyolith
20-39% - Granodieorit---- Dacit
40-50% - Diorit ---- Andesit
<50 % - Gabbro ---- Basalt

Sedimentgestein/Sedimentite

Sedimente entstehen allgemein durch die Ablagerung und Verfestigung von Partikeln. Bei Sedimenten unterscheidet man drei verschiedene Arten: klastische, biogene und chemische Sedimente. Klastische Sedimente (Sandsteine, Tone etc.) entstehen aus den Resten der Verwitterung. Sie bilden den größten Teil der Sedimente auf unserer Erde. Die biogenen Sedimente (Torf, Kohle usw.) entstehen aus den Resten von Lebewesen (meist Organismen, die eine Schale besitzen, welche lange erhalten bleibt). Die chemischen Sedimente (Kalk etc.) bilden sich bei der Verdunstung großer Mengen von Wasser und der darauf folgenden Ausfällung von Mineralien (meist Gips und Salz). Mengenmäßig bilden sie einen zu vernachlässigenden Teil der Gesteine, können aber bizarre Formen wie Salzstöcke bilden. Um klastische von chemischen Sedimenten unterscheiden zu können, kann die Korngröße begutachtet werden. Wenn eine Korngröße erkennbar ist (Ton/Silt kann als Untergrenze angesehen werden), dann handelt es sich um ein klastisches Sediment. Bei Korngrößen kleiner als bei Ton/Silt, also wenn keine Korngröße mehr erkennbar ist, handelt es sich meist um chemeische Sedimente.

Metamorphite

Die Metamorphite lassen sich in zwei Gruppen einteilen. Zum einen sind das aus Sedimenten entstandene Metamorphite und zum anderen die aus Magmatiten entstandenen Metamorphite. Im Laufe der Metamorphose bilden sich Minerale um, jedoch bleibt die chemische Zusammensetzung erhalten. Es bilden sich die Kristallstrukturen, die bei den herrschenden Bedingungen die geringste Energie enthalten. Dies hat zu Folge, dass in manchen Gesteinen fast parallel zueinander "Lienen" vorhanden sind. Das gleiche Ausgangsgestein kann sich durch unterschiedliche Temperatur- und Druck-Bedingungen in verschiedene Gesteine umwandeln.

Metamorphit

Gesteine unterscheiden

Gesteine tragen leider keine Aufschrift, die ihren Namen und Zusammensetzung verrät. Deshalb trägt ein Geologe bei der Feldarbeit immer verschieden Werkzeuge mit sich, um die Gesteinsarten unterscheiden zu können. Das wichtigste ist mit Sicherheit der klassische Geologenhammer. Dieser ist aus speziellem Stahl gefertigt und für das Steinespalten optimiert. Mit dem Hammer lassen sich frische Bruchkanten erzeugen oder Handstücke brechen. Weiterhin ist häufig ein Handlupe sehr hilfreich, mit dieser können kleinere Mineralkörner erkannt werden. Jedoch sollte sie keine zu starke Vergrößerung besitzen, da ansonsten das Sichtfeld zu klein wird. Optimal sind Vergrößerungen um den Faktor 10. Jedoch sollte man besonders bei günstigen Modellen aufpassen, dass der gesamte Sichtbereich scharf ist, ansonsten kann nur ein kleiner Punkt in der Mitte der Lupe wirklich genutzt werden. Außerdem ist ein Messer ein wichtiges Werkzeug. Mit dem Messer werden Steine eingeritzt und die relative Härte nach der mohsschen Härteskala bestimmt. Generell können Gesteine ab der Härtegrad 7 (Quarz) nicht mehr eingeritzt werden. Weiterhin hat ein richtiger Geologe immer ein kleines Fläschchen Salzsäure (3-10%) bei sich. Diese reagiert auf Calcit oder Dolomit - so lassen sich die meisten biogenen Sedimente schnell und einfach als solche erkennen. Es ist verdammt ärgerlich, wenn dieses Fläschchen im Rucksack oder Hosentasche ausläuft, da selbst diese stark verdünnte Säure Löcher in Kleidung brennt, auch wenn dieser teilweise erst nach dem nächsten Waschen sichtbar werden...

Verwitterung

Die Verwitterung ist ein Prozess, der zu jeder Zeit und überall stattfindet. Durch die Verwitterung kommt es dazu, dass Berge schrumpfen und dass Gesteine zerkleinert werden. Mit der Verwitterung setzt oft der Transport ein. Die zerkleinerten Gesteinsstücke lassen sich einfacher durch Wind, Wasser oder Eis transportieren. Die Verwitterung unterteilt sich iin drei Arten: mechanisch/physikalische, biogene und chemische Verwitterung. Je nach Klima sind diese Arten unterschiedlich stark ausgeprägt. Im humiden Klima (Mitteleuropa) finden meist physikalische Verwitterungsprozesse statt. In tropischen Regionen finden statt dessen oft mehr biogene oder chemeische Verwitterungsprozesse statt. Die Verwitterung lässt das Gestein oft merkwürdig aussehen, so dass bizarre fFrmen entstehen können. Außerdem lässt die Vertwitterung viele steine gleich aussehen. Daher ist es wichtig ein Stein anzuschlagen, damit seine "wahre Natur" zum Vorschein kommt.

Erdgeschichtlicher Überblick von Deutschland (leider mit ein paar Fachwörtern -> wird noch verändert)

Süd- und Mitteldeutschland wurden durch die Orogenese des Variztischen Gebirges, in der vorpaläozoischen Zeit (Devon, Karbon) geprägt. Durch Konsolidation entstand ein fester Kraton, welcher zu einem großem Festlandbereich gehörte. Hohlformen wurden im Perm, durch terestische oder limnische Sedimente aufgefüllt. Ein paläogeographischer Umbruch setzte im Zechstein ein. Im Nord- und Mitteldeutschen Raum entstand ein epikontinentales Flachwassermeer. Durch Schwankungen des Meeresspiegels kam es zur unterschiedlichen Ablagerung der Sedimente, wodurch sich eine Schichtfolge heraus bildete. Im unteren Buntsandstein war Norddeutschland von einem flachen Schelfmeer bedeckt, das bis in den Odenwald vordrang. Gröbere Sande und Schotter lagerten sich im mittleren Buntsandstein ab. Sandige, tonige und kalkige Ablagerung fand im oberen Buntsandstein statt. In den tieferen Gegenden bildeten sich große Steinsalzlager (Halit-Lager). Es kam zur Transgression aus Südosten. Gegen Ende des Buntsandsteins schloss sich die Nordstraße durch Hebung im Norden, so dass nur noch ein brackisches Restmeer übrig blieb. Im Muschelkalk befand sich ein innerkontinentales Becken, dass im Norden durch die Feno-Skandische-Hochzone, im Südosten durch das Vindelizische-Böhmische Land, im Südwesten durch das Gallische Land und das London-Barbanter Massiv begrenzt wurde. Es bestanden Meeresverbindungen zur Tethys über die Ostkarpische, Oberschlesische und Burgundische Pforte. Der größste Teil von Süden und Osten bis zum Norden bestand aus einer teilweise tonigen Muschelkalk-Fazies. An wenigen Stellen im Süden befanden sich auch Dolomiten. Im unteren Muschelkalk erfolgte eine Transgression über die Ostkarpatische und Oberschlesische Pforte. In dem Sedimentationsraum lagerten sich Karbonate ab. Durch den geringen Süßwasser Zufluss und dem ariden Klima, im mittleren Muschelkalk, kam es zu Ausscheidung von Evaporiten. Zu Beginn des Oberen Muschelkalks entstand durch Schalentrümmern und Crinoden der Trochitenkalk. Eine weitere Transgression über die Burgundische Pforte sorgte für erneute Wasserzufuhr. Im Keuper fand eine weitere Regression statt, wodurch sich die fluviative Sedimentation ausbreitet. Dabei liefert das Vindelizische Land Sedimente in das süddeutsche Becken. Ab dem Lias wechselt das überwiegend aride Klima der Trias in ein feuchtes und kühlendes Klima. Außerdem findet eine marine Sedimentation mit anfänglichem Kalkstein und später mit Mergel statt. Im Dogger findet ein deutlicher Umbruch mit paläographischen und faziellen Veränderungen statt. Die Hessische Straße schließt sich. Durch das Brechen der Schwelle im Vindelizischen Land erhält die Tethys eine Verbindung zum Süddeutschen Becken. Es werden Sandstein und Oolitisches Eisenerz gebildet. Mit dem Einsetzen des Malms bildet sich wieder eine karbonatische Fazies mit teilweise tonigen Elementen. In der Kreide und auch noch im Tertiär andauernd werden die süddeutschen Schichten durch Epirogenese in eine 3° nach SE fallende Schräglage gebracht. In der Oberen Kreide werden Teile des Süddeutschen Schichtstufenlandes von einer Transgression erfasst. Wodurch Mergeln und Karbonate sedimentieren. Im Tertiär findet wieder eine Regression statt. Es bildet sich der Oberreihntalgraben. Außerdem beginnt ein Klimawechsel, der im Quartär zu einer Kaltzeit führt. Im Holozän verändert sich die Morphologie durch Erosion und Auenbildung.

Referenzen

Allgemeine Geologie (John Grotzinger (Autor), Thomas H. Jordan (Autor), Frank Press (Autor), Raymond Siever (Autor) Die Bibel der zukünftigen Geologen.

Gute Übersichtsseite von der TU Freiberg