Wie man Gesteine bestimmt

Gesteine bilden die Erdoberfläche und es gibt drei Hauptarten: Vulkangestein, Sedimentgestein und metamorphes Gestein.

Gesteine bilden die Erdoberfläche und es gibt drei Hauptarten: Vulkangestein, Sedimentgestein und metamorphes Gestein. Diese drei Gesteinsarten durchlaufen im Allgemeinen einen Zyklus, der als Gesteinszyklus bekannt ist (siehe unten). Heißes geschmolzenes Gestein unter der Erdoberfläche erzeugt Vulkangestein, das entweder unter- oder oberirdisch abkühlen kann. Dieses Vulkangestein kann dann durch tektonische Prozesse den Oberflächenelementen und der Atmosphäre ausgesetzt sein, was zu einem Zerfall führt. Durch den Zerfall von Gesteinen entsteht Sediment, das schließlich bewegt, abgelagert und begraben wird, so dass sich Sedimentgestein bildet. Dann können diese Sedimentgesteine weiter begraben werden und hoher Hitze und Druck ausgesetzt werden, was zu mineralischen Veränderungen im Gestein führt. Diese mineralischen Veränderungen verursachen die Bildung von metamorphen Gesteinen. Wenn sie tief genug vergraben sind, schmelzen die Gesteine wieder zu Magma und werden erneut zu Vulkangestein. Gesteine sind ein großartiger Anhaltspunkt auf die geologische Vergangenheit der Erde und können als Leitfaden für die Interpretation und das Verständnis der derzeitigen Umwelt verwendet werden.

Der Gesteinszyklus

Vulkangestein
Extrusives Vulkangestein

Wie der Name schon sagt, stammen Vulkangesteine aus dem geschmolzenen Magma oder aus erhitztem flüssigem Gestein unter der Erdoberfläche. Der Ort, an dem Vulkangestein abkühlt, bestimmt seine Körnung und Gesteinsart. Vulkanmagma, das an die Erdoberfläche aufsteigt, wird als Lava bezeichnet. Lava kühlt sehr schnell ab, wenn sie der Atmosphäre ausgesetzt ist und wird zu einem extrusiven Vulkangestein. Diese schnelle Abkühlung erzeugt eine feinkörnige Textur, was bedeutet, dass die Granulierung für das menschliche Auge nicht sichtbar ist. Ein häufiges extrusives Vulkangestein ist Basalt. Basalt hat typischerweise aufgrund des hohen Anteils an Metallen, einschließlich Eisen und Magnesium, eine dunkelgraue Farbe und erscheint als feste dunkelgraue Matrix. Es kann auch eine Textur mit Löchern haben, die aufgrund der Gasblasen, die beim Abkühlen eingeschlossen wurden, wie ein Schweizer Käse aussieht. Diese Textur wird als „vesikulär“ bezeichnet und ist in dem unten abgebildeten vesikulären Basalt zu sehen.

Intrusives Vulkangestein

Im Gegensatz dazu haben Vulkangesteine, die lange Zeiträume zum Abkühlen benötigen, eine grobkörnige Textur, d. h. einzelne Mineralkörner sind typischerweise für das menschliche Auge sichtbar. Diese Gesteine beginnen ebenfalls als Magma, dringen aber in den Untergrund ein, z. B. durch Auffaltungen oder Klüfte. Da sie sich im Untergrund befinden und nicht der Atmosphäre ausgesetzt sind, neigen sie dazu, sehr langsam abzukühlen. Durch diese langsame Abkühlung können bestimmte Mineralien auskristallisieren und wachsen. Im Allgemeinen gilt: Je länger ein Gestein abkühlen muss, desto größer werden die Mineralkörner. Ein häufiges langsam abkühlendes Vulkangestein ist der unten abgebildete Granit, der hauptsächlich aus hellen Mineralen wie Quarz und Feldspat besteht, mit geringen Mengen an dunklen Mineralen wie Biotit und Amphibol.

Vulkanisches Granitgestein

Sedimentgestein

Sedimentgestein kann sich aus dem Abbau jeder anderen Gesteinsart bilden, die den Elementen an der Erdoberfläche ausgesetzt ist. Gesteine, die Luft, Wind und Wasser ausgesetzt sind, werden schließlich durch einen Prozess, der Verwitterung genannt wird, zersetzt. Die Verwitterung kann physikalisch sein, z. B. durch die Kräfte von Regen und Eis, oder chemisch, z. B. durch den Abbau von Gestein durch Säure. Wenn Gesteine durch Verwitterung zerbrechen, setzen sie kleine Partikel (Sedimente) frei, die durch Erosion transportiert und in verschiedenen Gebieten abgelagert werden. Sedimentpartikel können auf verschiedene Weise bewegt werden, z. B. durch Wasser (Flüsse und Ozeane) oder Wind. Nachdem sich die angesammelten Sedimente in einem Gebiet abgesetzt haben, verdichten sie sich schließlich, während sie begraben werden. Eingegrabene Sedimente verkitten zunehmend in einem Prozess, der Verfestigung (Diagenese) genannt wird und der lose Sedimente langsam in hartes Gestein umwandelt. Ein häufiges Sedimentgestein ist ein Konglomerat, das aus abgerundeten Kies- oder Geröllstücken besteht, die mit anderen kleineren Partikeln oder Mineralien zusammenverkittet sind, wie in der Abbildung unten dargestellt.

Sedimentgestein-Konglomerat

Weitere Erkennungsmerkmale von Sedimentgesteinen sind Schichtebenen und Fossilien. Da sich Sedimentgesteine in Schichten aus verdichtetem Sediment bilden, weisen sie oft eine parallele Schichtung auf. Schiefer kann diese Schichtung aufweisen, da er sich durch die Ansammlung von Ton- und Schlickpartikeln bildet. Außerdem können Sedimentgesteine Fossilien enthalten, wie z. B. das Blattfossil, das im Schiefer unten gezeigt wird. Pflanzen und Tiere, die vor langer Zeit gelebt haben, können in den Gesteinen erhalten bleiben und ermöglichen es den Menschen, zu interpretieren, welche Lebewesen in verschiedenen Zeiträumen auf dem Planeten vorhanden waren.

Fossil in einem schieferhaltigen Sedimentgestein

Alternativ können sich Sedimentgesteine auch durch biologische und chemische Prozesse bilden. Ein Beispiel dafür ist der Kalkstein, der größtenteils aus dem Mineral Calcit besteht. Kalkstein enthält oft Fossilien, da er sich in flachen Meeresumgebungen bildet. In diesen flachen, warmen Meeresumgebungen können Tiere wie Muscheln ihre Schalen aus dem Calcit des Meerwassers bilden. Daher enthält Kalkstein oft viele Fossilien, wie in dem Muschelabdruck unten gezeigt.

Fossil in Kalkstein

Metamorphes Gestein

Metamorphe Gesteine unterscheiden sich dadurch, dass sie durch Hitze und Druck tief in der Erdkruste verändert wurden. Metamorphe Gesteine können aus jeder Art von Gestein entstehen: aus Vulkangestein, Sedimentgestein oder einem anderen metamorphen Gestein. Diese Gesteine werden durch Verschüttung oder tektonische Prozesse hoher Hitze und Druck ausgesetzt und verändern sich. Zum Beispiel kann ein Schiefer, ein feinkörniges Sedimentgestein, das aus Ton besteht, verschiedene Stadien der Metamorphose durchlaufen. Eine niedriggradige Metamorphose, also geringe Mengen an Hitze und Druck, wandelt diesen Schieferton in Schiefer. Schiefer sieht ähnlich aus wie Schieferton, ist aber kompakter und härter. Aufsteigende Stufen der Metamorphose mit höherer Hitze und höherem Druck umfassen Phyllit, Glimmerschiefer und Gneis. Unten ist ein Glimmerschiefer abgebildet, der aufgrund der großen Mengen des Minerals Glimmer oft ein sehr glänzendes Aussehen hat. Bestimmte Mineralien wie der unten abgebildete Granat können sich nur in metamorphen Gesteinen bilden.

Metamorphes Glimmerschiefergestein

Metamorphes Mineral Granat

Ein interessantes Konzept in metamorphen Gesteinen ist als Schieferung oder Blätterung bekannt. Dies geschieht, weil das Gestein so stark erhitzt und unter Druck gesetzt wird, dass sich einzelne Mineralien senkrecht zur Druckrichtung ausrichten. Dies verursacht die deutliche Streifenbildung von hellen und dunklen Mineralschichten in Gneisgestein, wie im Bild unten dargestellt.

Metamorphes Gestein Gneis