Geologie
Abbildung 1. Die verschiedenen Farben und Strukturen dieses Gesteins sind auf das Vorhandensein verschiedener Mineralien zurückzuführen.
Einführung
Es gibt drei Arten von Gesteinen: Eruptivgestein, Sedimentgestein und metamorphes Gestein. Jeder dieser Typen ist Teil des Gesteinskreislaufs. Durch veränderte Bedingungen kann eine Gesteinsart zu einer anderen Gesteinsart werden. Oder es kann zu einem anderen Gestein desselben Typs werden.
Was sind Gesteine?
Ein Gestein ist ein natürlich geformtes, nicht lebendes Erdmaterial. Gesteine bestehen aus Ansammlungen von Mineralkörnern, die zu einer festen Masse zusammengehalten werden (Abbildung 1).
Wie unterscheidet sich ein Gestein von einem Mineral? Gesteine sind aus Mineralien aufgebaut. Die Mineralkörner in einem Gestein können so winzig sein, dass man sie nur mit einem Mikroskop sehen kann, oder sie können so groß sein wie ein Fingernagel oder sogar ein Finger (Abbildung 1).
Abbildung 2. Ein Pegmatit aus South Dakota mit Kristallen von Lepidolith, Turmalin und Quarz (1 cm Maßstab oben links).
Gesteine werden in erster Linie durch die in ihnen enthaltenen Mineralien und ihre Textur identifiziert. Jede Gesteinsart hat eine bestimmte Anzahl von Mineralien. Ein Gestein kann aus Körnern einer einzigen Mineralart bestehen, wie z. B. Quarzit. Viel häufiger sind Gesteine aus einer Mischung verschiedener Mineralien zusammengesetzt. Die Textur ist eine Beschreibung der Größe, Form und Anordnung der Mineralkörner. Handelt es sich bei den beiden Proben in Abbildung 2 um dieselbe Gesteinsart? Weisen sie die gleichen Mineralien auf? Die gleiche Textur?
Abbildung 3. Gesteinsproben.
| Probe | Mineralien | Textur | Formation | Rock type |
|---|---|---|---|---|
| Sample 1 | plagioclase, quartz, hornblende, pyroxene | Crystals, visible to naked eye | Magma cooled slowly | Diorite |
| Sample 2 | plagioclase, hornblende, pyroxene | Crystals are tiny or microscopic | Magma erupted and cooled quickly | Andesite |
As seen in table 1, these two rocks have the same chemical composition and contain mostly the same minerals, but they do not have the same texture. Sample 1 has visible mineral grains, but Sample 2 has very tiny or invisible grains. The two different textures indicate different histories. Sample 1 is a diorite, a rock that cooled slowly from magma (molten rock) underground. Probe 2 ist ein Andesit, ein Gestein, das schnell aus einem sehr ähnlichen Magma abgekühlt ist, das an der Erdoberfläche ausgebrochen ist.
Drei Hauptkategorien von Gesteinen
Gesteine werden in drei Hauptgruppen eingeteilt, je nachdem wie sie entstehen. Gesteine können anhand von Handproben untersucht werden, die von ihrem ursprünglichen Standort bewegt werden können. Gesteine können auch in Aufschlüssen untersucht werden, d. h. in freiliegenden Gesteinsformationen, die mit dem Boden verbunden sind, und zwar an dem Ort, an dem sie gefunden werden.
Gesteine aus Gips
Gesteine aus Gips bilden sich aus abkühlendem Magma. Magma, das an der Erdoberfläche ausbricht, ist Lava, wie in Abbildung 4 zu sehen. Die chemische Zusammensetzung des Magmas und die Geschwindigkeit, mit der es abkühlt, bestimmen, welches Gestein entsteht, wenn die Mineralien abkühlen und kristallisieren.
Abbildung 4. Diese fließende Lava ist geschmolzenes Gestein, das sich zu einem Eruptivgestein verfestigt.
Sedimentgesteine
Sedimentgesteine entstehen durch die Verdichtung und Verkittung von Sedimenten, zerbrochenen Gesteinsbrocken wie Kies, Sand, Schluff oder Ton (Abbildung 5). Diese Sedimente können durch Verwitterung und Erosion von bereits vorhandenem Gestein entstehen. Zu den Sedimentgesteinen gehören auch chemische Ausfällungen, d. h. feste Stoffe, die nach dem Verdampfen einer Flüssigkeit zurückbleiben.
Abbildung 5. Dieses Sedimentgestein besteht aus Sand, der zu einem Sandstein verkittet ist.
Metamorphe Gesteine
Metamorphe Gesteine entstehen, wenn die Mineralien in einem bestehenden Gestein durch Hitze oder Druck in der Erde verändert werden. Abbildung 6 zeigt ein Beispiel für ein metamorphes Gestein.
Abbildung 6. Quarzit ist ein metamorphes Gestein, das entsteht, wenn Quarzsandstein im Erdinneren Hitze und Druck ausgesetzt wird.
Eine einfache Erklärung der drei Gesteinsarten und wie man sie identifiziert, ist in diesem Video zu sehen:
In diesem Video wird erklärt, wie man magmatische Gesteine identifiziert:
In diesem Video wird erklärt, wie man metamorphe Gesteine identifiziert:
In diesem Video von Science Made Fun geht es um die Bedingungen, unter denen sich die drei wichtigsten Gesteinsarten bilden:
Der Gesteinskreislauf
Abbildung 7. James Hutton gilt als Vater der Geologie.
Gesteine verändern sich als Ergebnis natürlicher Prozesse, die ständig stattfinden. Die meisten Veränderungen geschehen sehr langsam; viele finden unter der Erdoberfläche statt, so dass wir die Veränderungen vielleicht gar nicht bemerken. Auch wenn wir die Veränderungen nicht sehen, verändern sich die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Gesteine ständig in einem natürlichen, nie endenden Kreislauf, dem Gesteinszyklus.
Das Konzept des Gesteinszyklus wurde erstmals von James Hutton entwickelt, einem Wissenschaftler des 18. Jahrhunderts, der oft als „Vater der Geologie“ bezeichnet wird (siehe Abbildung 7). Hutton erkannte, dass geologische Prozesse „keinen Anfang und keine Aussicht auf ein Ende“ haben. Die am Gesteinszyklus beteiligten Prozesse laufen oft über Millionen von Jahren ab. Auf der Skala eines Menschenlebens scheinen die Gesteine also „felsenfest“ und unveränderlich zu sein, aber längerfristig gesehen finden ständig Veränderungen statt.
Im Gesteinszyklus, der in Abbildung 8 dargestellt ist, sind die drei Hauptgesteinstypen – Eruptivgestein, Sedimentgestein und metamorphes Gestein – zu sehen. Pfeile, die die drei Gesteinsarten verbinden, zeigen die Prozesse, die eine Gesteinsart in eine andere verwandeln. Der Zyklus hat keinen Anfang und kein Ende. Gesteine tief im Erdinneren werden gerade zu anderen Gesteinsarten. Die Gesteine an der Oberfläche liegen an ihrem Platz, bevor sie das nächste Mal einem Prozess ausgesetzt werden, der sie verändert.
Abbildung 8. Der Gesteinskreislauf.
Prozesse des Gesteinskreislaufs
Es gibt verschiedene Prozesse, die eine Gesteinsart in eine andere Gesteinsart verwandeln können. Die wichtigsten Prozesse des Gesteinskreislaufs sind Kristallisation, Erosion und Sedimentation sowie Metamorphismus.
Kristallisation
Magma kühlt entweder unterirdisch oder an der Oberfläche ab und erstarrt zu einem magmatischen Gestein. Während das Magma abkühlt, bilden sich verschiedene Kristalle bei unterschiedlichen Temperaturen und kristallisieren aus. So kristallisiert beispielsweise das Mineral Olivin bei viel höheren Temperaturen aus dem Magma als Quarz. Die Abkühlungsgeschwindigkeit bestimmt, wie viel Zeit die Kristalle zur Bildung haben. Langsame Abkühlung führt zu größeren Kristallen.
Erosion und Sedimentation
Durch Verwitterung wird das Gestein an der Erdoberfläche in kleinere Stücke zerlegt. Die kleinen Fragmente werden als Sedimente bezeichnet. Fließendes Wasser, Eis und die Schwerkraft transportieren diese Sedimente durch Erosion von einem Ort zum anderen. Bei der Sedimentation werden die Sedimente abgelagert oder abgelagert. Um ein Sedimentgestein zu bilden, muss sich das angesammelte Sediment verdichten und zementieren.
Metamorphismus
Wenn ein Gestein im Erdinneren extremer Hitze und extremem Druck ausgesetzt ist, aber nicht schmilzt, wird das Gestein metamorphisiert. Die Metamorphose kann die mineralische Zusammensetzung und die Textur des Gesteins verändern. Aus diesem Grund kann ein metamorphes Gestein eine neue mineralische Zusammensetzung und/oder Textur haben.
Zusammenfassung der Lektion
- Gesteine sind Ansammlungen von Mineralien verschiedener Größe und Art.
- Die drei wichtigsten Gesteinsarten sind Eruptivgestein, Sedimentgestein und metamorphes Gestein.
- Kristallisation, Erosion und Sedimentation sowie Metamorphismus verwandeln eine Gesteinsart in eine andere oder verwandeln Sedimente in Gestein.
- The rock cycle describes the transformations of one type of rock to another.
Reflection Questions
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