Gestein (Geologie)
Gesteine bestehen in erster Linie aus Mineralkörnern, das sind kristalline Feststoffe, die aus einer chemischen Verbindung gebildet und geordnet sind. Die Mineralien, die das Gestein bilden, werden durch chemische Bindungen zusammengehalten. Einige Gesteine enthalten auch Mineraloide, d. h. starre, mineralähnliche Substanzen, wie z. B. vulkanisches Glas:55,79, das keine kristalline Struktur aufweist. Die Art und Häufigkeit der Mineralien in einem Gestein wird durch die Art und Weise bestimmt, in der es entstanden ist.
Die meisten Gesteine enthalten Silikatmineralien, Verbindungen, die Siliziumoxidtetraeder in ihrem Kristallgitter enthalten, und machen etwa ein Drittel aller bekannten Mineralienarten und etwa 95 % der Erdkruste aus. Der Anteil von Siliciumdioxid in Gesteinen und Mineralien ist ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung ihrer Namen und Eigenschaften.
Gesteine werden nach Merkmalen wie mineralischer und chemischer Zusammensetzung, Durchlässigkeit, Beschaffenheit der einzelnen Partikel und Partikelgröße klassifiziert. Diese physikalischen Eigenschaften sind das Ergebnis der Prozesse, durch die die Gesteine entstanden sind. Im Laufe der Zeit können sich Gesteine von einem Typ in einen anderen umwandeln, was durch ein geologisches Modell, den Gesteinszyklus, beschrieben wird. Diese Umwandlung führt zu drei allgemeinen Gesteinsklassen: Eruptivgestein, Sedimentgestein und metamorphes Gestein.
Diese drei Klassen sind in zahlreiche Gruppen unterteilt. Es gibt jedoch keine festen Grenzen zwischen verwandten Gesteinen. Durch Zunahme oder Abnahme des Anteils ihrer Minerale durchlaufen sie Abstufungen von einer zur anderen; die charakteristischen Strukturen einer Gesteinsart können so allmählich in die einer anderen übergehen. Daher entsprechen die in den Gesteinsnamen verwendeten Definitionen einfach ausgewählten Punkten in einer kontinuierlich abgestuften Reihe.
Igneous rock
Igneous rock (abgeleitet vom lateinischen Wort igneus, was Feuer bedeutet, von ignis, was Feuer bedeutet) entsteht durch das Abkühlen und Erstarren von Magma oder Lava. Dieses Magma kann aus partiellen Schmelzen von bereits vorhandenem Gestein im Mantel oder in der Kruste eines Planeten stammen. In der Regel wird das Schmelzen von Gesteinen durch einen oder mehrere von drei Prozessen verursacht: einen Temperaturanstieg, einen Druckabfall oder eine Veränderung der Zusammensetzung.
Gesteine werden in zwei Hauptkategorien unterteilt:
- Plutonische oder intrusive Gesteine entstehen, wenn Magma abkühlt und langsam in der Erdkruste kristallisiert. Ein häufiges Beispiel für diesen Typ ist Granit.
- Vulkanische oder extrusive Gesteine entstehen, wenn Magma entweder als Lava oder als fragmentarischer Auswurf an die Oberfläche gelangt und Mineralien wie Bimsstein oder Basalt bildet.
Die chemische Zusammensetzung und die Abkühlungsgeschwindigkeit des Magmas bilden typischerweise eine Abfolge, die als Bowen’sche Reaktionsreihe bekannt ist. Die meisten wichtigen Eruptivgesteine sind entlang dieser Skala zu finden.
Ungefähr 65 % des Volumens der Erdkruste bestehen aus Eruptivgesteinen und sind damit die am häufigsten vorkommende Kategorie. Davon sind 66 % Basalt und Gabbro, 16 % sind Granit und 17 % Granodiorit und Diorit. Nur 0,6 % sind Syenit und 0,3 % sind ultramafisch. Die ozeanische Kruste besteht zu 99 % aus Basalt, einem Eruptivgestein mit mafischer Zusammensetzung. Granit und ähnliche Gesteine, so genannte Granitoide, dominieren die kontinentale Kruste.
Sedimentäres Gestein
Sedimentäre Gesteine entstehen an der Erdoberfläche durch die Anhäufung und Verkittung von Bruchstücken früherer Gesteine, Mineralien und Organismen oder als chemische Ausfällungen und organische Wucherungen im Wasser (Sedimentation). Dieser Prozess führt dazu, dass sich klastische Sedimente (Gesteinsbrocken) oder organische Partikel (Detritus) absetzen und ansammeln oder dass Mineralien aus einer Lösung chemisch ausgefällt werden (Evaporit). Die Partikel werden dann bei mäßigen Temperaturen und Drücken verdichtet und zementiert (Diagenese).
Bevor sie abgelagert werden, entstehen die Sedimente durch Verwitterung früherer Gesteine durch Erosion in einem Ursprungsgebiet und werden dann durch Wasser, Wind, Eis, Massenbewegungen oder Gletscher zum Ablagerungsort transportiert (Mittel der Denudation). Etwa 7,9 % des Volumens der Erdkruste bestehen aus Sedimentgestein, davon 82 % aus Schiefer, der Rest aus Kalkstein (6 %), Sandstein und Arkose (12 %). Sedimentgesteine enthalten oft Fossilien. Sedimentgesteine bilden sich unter dem Einfluss der Schwerkraft und lagern sich typischerweise in horizontalen oder nahezu horizontalen Schichten ab und können als geschichtete Gesteine bezeichnet werden.
Metamorphes Gestein
Metamorphe Gesteine entstehen durch Unterwerfung eines beliebigen Gesteinstyps – Sedimentgestein, Eruptivgestein oder ein anderes älteres metamorphes Gestein – anderen Temperatur- und Druckbedingungen ausgesetzt wird als denen, unter denen das ursprüngliche Gestein entstanden ist. Dieser Prozess wird als Metamorphismus bezeichnet, was so viel bedeutet wie „Veränderung der Form“. Das Ergebnis ist eine tiefgreifende Veränderung der physikalischen und chemischen Eigenschaften des Gesteins. Das ursprüngliche Gestein, der so genannte Protolith, verwandelt sich durch Rekristallisation in andere Mineralien oder andere Formen der gleichen Mineralien. Die für diesen Prozess erforderlichen Temperaturen und Drücke sind stets höher als die an der Erdoberfläche herrschenden: Temperaturen von mehr als 150 bis 200 °C und Drücke von 1500 bar. Metamorphe Gesteine machen 27,4 % des Volumens der Erdkruste aus.
Die drei Hauptklassen der metamorphen Gesteine basieren auf dem Entstehungsmechanismus. Ein Eindringen von Magma, das das umgebende Gestein erwärmt, führt zu Kontaktmetamorphose – einer temperaturdominierten Umwandlung. Druckmetamorphose tritt auf, wenn Sedimente tief unter der Erde begraben sind; der Druck dominiert, und die Temperatur spielt eine geringere Rolle. Dies wird als Verschüttungsmetamorphismus bezeichnet und kann zu Gesteinen wie Jade führen. Wenn sowohl Wärme als auch Druck eine Rolle spielen, wird der Mechanismus als Regionalmetamorphismus bezeichnet. Diese findet man typischerweise in gebirgsbildenden Regionen.
Abhängig von der Struktur werden metamorphe Gesteine in zwei allgemeine Kategorien unterteilt. Diejenigen, die ein Gefüge besitzen, werden als blättrig bezeichnet, die übrigen als nicht blättrig. Der Name des Gesteins richtet sich dann nach der Art der vorhandenen Mineralien. Schiefer sind blättrige Gesteine, die hauptsächlich aus lamellaren Mineralien wie Glimmer bestehen. Ein Gneis weist sichtbare Bänder unterschiedlicher Helligkeit auf, ein gängiges Beispiel ist der Granitgneis. Andere Arten von blättrigem Gestein sind Schiefer, Phyllite und Mylonit. Bekannte Beispiele für nicht blättrige metamorphe Gesteine sind Marmor, Speckstein und Serpentin. Dieser Zweig enthält Quarzit, eine metamorphisierte Form des Sandsteins, und Hornfels.