1. Minerale und Gesteine

Sauerstoff und Silicium (Al, Fe, Ca, Na..)

- Hauptsächlich aus Silikatmineralen

• Feldspat (die häufigste Mineralgruppe der Erdkruste)

• Quarz, Glimmer, Amphibol, Pyroxen, Olivin

- Optisch: Farbe, Glanz, Form, wie sie wachsen (Habitus), Zwillingsbildung

- Physikalisch/chemisch: Spaltbarkeit (bricht das Mineral an glatten Flächen?), Bruch (wie bricht es?), Härte, Dichte, Magnetismus

- Kristallsystem: die Ordnung der Atome im Kristall

- Paragenese: Mit welchen anderen Mineralen kommt es zusammen vor?

- Grundbausteine sind SiO4-Tetraeder

- Siliciumatom ist dabei von vier Sauerstoffatomen umgeben

- Die Sauerstoffatome berühren sich wegen ihrer Größe, in der Mitte bleibt Platz für das relativ kleine Siliciumatom (freie Raum heißt Tetraederlücke)

- Nach der Entstehungsweise

- Magmatische Gesteine (Magmatite)

• Entstehen durch Abkühlen und Erstarren von Magma (Aufschmelzen von Gesteinen)

• Plutonite (Tiefengesteine): langsam in der Tiefe abgekühlt, z.B. Granit

• Vulkanite (Erdgussgesteine): schnell an der Oberfläche abgekühlt, z.B. Basalt

- Sedimentgesteine (Sedimente)

• Entstehen durch Ablagerung und Verfestigung von Material, das durch

Verwitterung, Erosion und Transport entstanden ist

• Bsp.: Sandstein, Kalkstein, Tonstein

- Metamorphe Gesteine (Metamorphite)

• Entstehen durch Umwandlung (Metamorphose) bereits existierender

Gesteine unter hohem Druck und/oder hoher Temperatur, ohne dass sie

aufschmelzen

• Bsp.: Gneis (aus Granit), Marmor (aus Kalkstein), Schiefer (aus Tonstein

- Plutonite (Tiefer): grobkörnig, gleichmäßig kristallin, keine Hohlräume →kühlen langsamer ab

- Vulkanite (Höher): feinkörnig oder glasig, oft mit Blasenhohlräumen, oft

porphyrisch →kühlen schneller ab

- Rhyolith →Granit

• Sauer (hoher Siliziumdioxid-Gehalt, >65%)

• Rhyolith = Vulkanit (feinkörnig), Granit = Plutonit (großkörnig)

- Basalt →Gabbro

• Beide sind basisch (niedriger Siliziumdioxid-Gehalt, ca. 45-52%)

• Basalt = Vulkanit (feinkörnig), Gabbro = Plutonit (großkörnig)

- Aus einer Schmelze (magmatische Kristallisation) →Magmatide

• Wenn eine Gesteinsschmelze (Magma oder Lava) abkühlt, ordnen sich die Atome in regelmäßigen Kristallgittern an

• Bsp.: Quarz, Feldspat oder Olivin kristallisieren aus Magma

- Aus einer Lösung (chemische Kristallisation) →Sedimente

• Wenn eine wässrige Lösung übersättigt wird, fallen gelöste Stoffe aus und bilden Kristalle

• Kann durch Verdunstung, Abkühlung oder chemische Reaktionen geschehen

• Bsp.: Steinsalz (Halit) oder

- Ursprungsmaterial

- Aufschmelzgrad

• Da Gesteine aus verschiedene Mineralien bestehen, schmelzen sie nicht

vollständig auf einmal

• Geringer Aufschmelzgrad des Erdmantels erzeugt andere Magmen als ein vollständigeres Aufschmelzen

- fraktionierte Kristallisation

• Kühlt Magma ab, kristallisieren bestimmte Minerale (wie Olivin oder Pyroxen) zuerst aus und setzten sich am Boden der Magmakammer ab

• Dadurch entfallen dem Magam bestimmte Elemente und die verbleibende Schmelze reichert sich mit der Zeit stark an Kieselsäure, Natrium und Kalium an, wodurch sich der Magmatyp (z.B. von Basalt zu Andesit) verändert

Gesteine bleiben trotz hoher Temperatur wegen des hohen Drucks fest →Druck erhöht Schmelzpunkt

- Druckentlastung (Dekompressionsschmelzen)

• Entsteht an divergierenden Plattengrenzen (z.B. mittelozeanische Rücken)

• Platten bewegen sich auseinander →Druck sinkt →Schmelzpunkt des

Mantelgesteins wird unterschritten

• Teilweises Aufschmelzen des oberen Mantels ohne Temperaturerhöhung

- Temperaturerhöhung (Wärmezufuhr durch Mantelplumes)

• Heiße Mantelplumes steigen aus dem tiefen Erdmantel auf

• Temperaturüberschreitung des Schmelzpunkts an der Lithosphärenbasis

• Magmenbildung unabhängig von Plattengrenzen (z.B. Hotspots wie Hawaii)

- Fluideinsatz (Schmelzpunkterniedrigung durch Wasser)

• In Subduktionszonen wird Wasser aus der abtauchenden ozeanischen Platte freigesetzt

• Wasser senkt den Schmelzpunkt des Mantelgesteins um mehrere hundert Grad

• Teilaufschmelzung des Mantelkeils →Bildung von Magma für Vulkanbögen (z.B. Anden)

- Spreadingzonen (z.B. Mittelozeanische Rücken) sind divergente Plattengrenzen, an denen sich zwei ozeanische Platten voneinander entfernen

- Durch das Auseinanderweichen entsteht ein Druckanfall im oberen Erdmantel

- Dieser Druckabfall führt zu Dekompression →das Mantelgestein beginnt trotz gleichbleibender Temperatur zu schmelzen

- Es bildet sich basisches, meist basaltisches Magma, das aufsteigt und neue ozeanische Kruste bildet

- Sedimentgesteine

• Sandstein (aus Quarz- und Feldspatkörnern, mechanisch verwittert)

• Kalkstein (oft biogen, aus Kalziumkarbonat, z.B. aus Schalenresten)

- Metamorphite:

• Gneis (aus Granit oder Tonstein durch hohen Druck/Temperatur entstanden, gebändert)

• Schiefer (Tonstein-Metamorphit mit gut erkennbarer Schieferung)

- Magmatite:

• Basalt (vulkanisches Gestein, feinkörnig, dunkel, häufig auf Exkursionen zu finden)

• Granit (plutonisches Gestein, grobkörnig, mit Quarz, Feldspat, Glimmer)

- Schieferung entsteht im Zuge der regionalen Metamorphose unter gerichteter Druckeinwirkung

- Plattige Minerale wie Glimmer oder Chlorit ordnen sich senkrecht zur maximalen Druckrichtung an

- Es entstehen feine parallele Strukturen, die das Gestein entlang dieser Ebenen leicht spalten lassen

- Längliche oder plattige Minerale richten sich nach dem lokal herrschenden Stressfeld aus bzw. werden im Zuge duktiler Deformation längs der Bewegungsbahnen ausgerichtet

• In Tonsedimenten bilden sich bei der Metamorphose plättchenförmige

Schichtsilikate wie Muskovit, Chlorit und Biotit

- Durch wiederholte Ablagerung von Sedimenten (Sand, Ton, Schlamm) über lange Zeiträume

- Jede Schicht repräsentiert eine bestimmte Zeitspanne oder Umweltbedingung

- Durch Gewicht neuer Ablagerungen werden die unteren Lagen im Laufe der Zeit zusammengepresst und zu festem Gestein versteinert (Diagenese)

- Entstehen durch sehr schnelle Abkühlung von Lava, z.B. beim Kontakt mit

Wasser oder Luft (vulkanisches Milieu)

- Die schnelle Abkühlung verhindert die Kristallbildung →das Gestein bleibt

amorph (glasig)

- Charakteristisch ist der muschelige Bruch und das Fehlen von Kristallen

- Art von Gesteinskörper, der in andere Gesteinsformation eingebettet ist, oft schmale aber relativ lange Form

- Entsteht, wenn Magma in Spalten oder Klüfte aufsteigt und dort erstarrt

- Ganggesteine können ähnliche Zusammensetzung wie Vulkanite haben, aber langsamer abgekühlt sein (→feinkörnig bis porphyrisch)

- Bsp.: Doleritgang, Pegmatitgang

-          Tektonische oder erosive (Verwitterung) Grenze zwischen zwei Gesteinseinheiten, bei der die Schichtung oder Lagerung gestört ist

-          Die jüngeren Schichten lagern ungeordnet oder schräg/unregelmäßig auf älteren

-          Entstehung: erste Ablagerung —>tektonische Hebung/Erosion —>neue Ablagerung

-          Wichtiger Hinweis auf geologische Zeitlücken und tektonische Prozesse

-          Temperaturgradient

·       Beschreibt die Zunahme der Temperatur mit der Tiefe

·       Durchschnittlich 25-30 °C pro km in der oberen kontinentalen Kruste

·  In vulkanisch aktiven Gebieten kann er deutlich höher sein

-          Druckgradient

·       Beschreibt die Zunahme des Drucks mit der Tiefe

·       Durchschnittlich ca. 300-400 bar pro km (entspricht ca. 30-40 MPa/km)

·       Resultiert aus dem Gewicht der überlagernden Gesteinsschichten

-          Mechanische (physikalische) Verwitterung:

·       Zerfall des Gesteins ohne chemische Veränderung

·       Bsp.: Frostsprengung, Salzsprengung, Wurzelsprengung, Temperatursprengung

-          Chemische Verwitterung:

·       Veränderung der chemischen Zusammensetzung, z.B. Lösung, Oxidation

·       Bsp.: Kalklösung, Verwitterung von Feldspäten zu Tonmineralen

-          Biologische Verwitterung:

·       Einfluss von Organismen (z.B. Wurzeln, Flechten, Mikroorganismen)

-          Klima: Temperatur, Niederschlag, Frost-Tau-Wechsel

-          Gesteinseigenschaften: Mineralzusammensetzung, Porosität, Rissbildung

-          Zeit: längere Einwirkzeit —>stärkere Verwitterung

-          Biologische Aktivität: Pflanzen, Tiere, Mikroorganismen fördern Verwitterung

-          Warme, feuchte Klimazonen:

·       Fördern chemische Verwitterung —>viel Wasser = viel Lösungsmittel, hohe Temperaturen = beschleunigte chemische Reaktionen im Gestein, Feuchtigkeit = begünstigt Bildung von Säuren (z.B. tropischer Regenwald)

-          Trockene Klimazonen: geringe Verwitterung, hauptsächlich physikalisch (z.B. Salzsprengung)

-          Temperaturwechselreiche Zonen (Wüsten, Gebirge): starke mechanische Verwitterung durch Temperaturspannungen

-          Kalte Klimazonen: Frostsprengung häufig —>Wasser friert in Gesteinsspalten, dehnt sich aus und sprengt Gestein

-          Unterschiedliche Ausdehnung der Minerale (verschiedene Minerale haben unterschiedliche Reaktion auf Wärme) —>Spannungen im Gestein

-          Wiederholte Wechsel führen zu Rissen und schließlich Zerfall des Gesteins

-          Schalenverwitterung:

·       Äußere Schicht des Gesteinsblocks erhitzt, Innere bleibt kühl

·       Spannungen aufgrund ungleichmäßiger Erwärmung

·       Obere Schicht kann sich in dünnen, schalenartigen Platten ablösen

-          Beschleunigt chemische Reaktionen —>fördert chemische Verwitterung

-          Erhöht Spannungen im Gestein —>mehr physikalische Verwitterung möglich

-          Chemische Verwitterung

·       Mehr Regenwasser (insbesondere leicht saures Wasser durch gelöstes Kohlendioxid) beschleunigt das Auflösen von kalkhaltigen Gesteinen

—>verstärkten Karstbildung mit Höhlen und Doline

-          Mechanische Erosion

·       Verstärkte Oberflächenabfluss spült lockeren Boden und Sedimente schneller ab

·       Flüsse schneiden sich tiefer in das Gestein ein (Tiefenerosion), wodurch V-Täler und Schluchten entstehen

-          Vegetation schützt Gestein vor direkter Witterung (reduziert Verwitterung)

-          Pflanzenwurzeln fördern aber auch biologische Verwitterung

-          Boden speichert Feuchtigkeit —>begünstigt chemische Prozesse

-          Form der chemischen Verwitterung

-          Dabei dringt Wasser in das Gestein ein und löst wasserlösliche Mineralien heraus

-          Besonders Kalkgesteine werden durch Kohlensäurehaltiges Wasser angegriffen

-          Gelösten Stoffe werden anschließend mit dem Wasser abtransportiert

-          Dadurch wird das Gestein langsam abgebaut, und es können Spalten, Hohlräume oder sogar Höhlen entstehen

-          Karst entsteht durch die chemische Verwitterung von karbonatreichem Gestein (vor allem Kalkstein)

-          Regenwasser nimmt beim Versickern CO2 auf und wird dadurch leicht sauer (Kohlensäure)

-          Das saure Wasser löst das Calciumcarbonat im Kalkstein auf

-          Dadurch entstehen typische Karstformen wie Dolinen (trichterförmige Senken), Karren (Rillen), Höhlen und unterirdische Flüsse

-          Voraussetzung: das Gestein muss wasserlöslich und durch Klüfte oder Spalten durchlässig sein

-          Umwandlung eines Gesteins im festen Zustand durch Druck, Temperatur und/oder Fluide

-          Dabei verändert sich Mineralzusammensetzung und Struktur des Ausgangsgesteins (Protolith) —>entsteht metamorphes Gestein (Metamorphit)

-          Wichtigsten Auslöser:

·       Hoher Druck (z.B. bei Gebirgsbildung, Subduktionszonen)

·       Hohe Temperaturen (z.B. durch Kontakt zu Magma, in der Tiefe der Erdkruste)

·       Chemische Reaktionen mit Fluiden (z.B. Wasser)

-          Gibt verschiedene Arten

·       Regionalmetamorphose: großflächige Umwandlung bei Gebirgsbildung und Krustenverdickung

·       Kontaktmetamorphose: lokale Umwandlung am Rand von Magmakammern, wo hohe Temperaturen das umliegende Gestein beeinflussen

-          Typische metamorphe Gesteine: Schiefer, Gneis, Marmor, Quarzit

a)      Kontaktmetamorphose: hauptsächlich an konvergenten Plattengrenzen (Subduktionszonen) sowie in kontinentalen Riftzonen

·       Gesteine werden durch Hitze eines aufsteigenden Magmas verändert

·       Tritt überall auf, wo Magmatismus stattfindet

b)      Hydrothermalmetamorphose: hauptsächlich an divergenten Plattengrenzen (Mittelozeanischen Rücken)

·       Heißes, mineralreiches Wasser reagiert mit dem Gestein

·       Durch Risse in der frisch gebildeten ozeanischen Kruste dringt Meerwasser tief in den heißen Untergrund ein

·       Heizt sich in der Nähe von Magmakammern auf, löst Metalle und Mineralien aus dem Basalt und reagiert mit dem Gestein (Metasomatose)

c)      Hochdruckmetamorphose: Ausschließlich an konvergenten Plattengrenzen (Subduktionszonen)

·       Sehr hoher Druck, niedrige bis mäßige Temperatur

·       Wenn sie tief in die Erde versenkt werden

-          Mit Foliation (gerichtete Struktur)

·       Schiefer (fein geschiefert, Tonsteinmetamorphit)

·       Gneis (Bänderung aus hellen und dunklen Mineralen)

-          Ohne Foliation (massiv, keine Schieferung)

·       Marmor (metamorpher Kalkstein)

·       Quarzit (aus Sandstein, sehr hart)

-          Nach Korngröße:

·       Tongestein (< 0,002 mm)

·       Schluffstein (0,002-0,063 mm)

·       Sandstein (0,063-2 mm)

·       Konglomerat/Brekzie (> 2 mm, rund/eckig)

-          Weitere Kriterien: Sortierung, Rundung, Matrixanteil

-          Wasser (Flüsse, Meere – am häufigsten)

-          Wind (äolischer Transport)

-          Eis (Gletscher)

-          Schwerkraft (Hangrutschungen, Massenbewegungen)

-          Von der Korngröße und Dichte

-          Von der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums

-          Form (runde Körner rollen leichter als eckige)

-          Bindung zwischen Körnern (z.B. durch Ton)

-          Entsteht aus Sedimenten, die vom Wind transportiert und abgelagert wurden

-          Typische äolische Sedimente sind Sande (z.B. Dünensand) und feine Staubpartikel wie Löss

-          Der Wind transportiert das Material durch Suspension (schwebend), Saltation (springend) oder Reptation (kriechend)

-          Kommen vor allem in trockenen, vegetationsarmen Gebieten wie Wüsten oder Steppen vor

-          Typische Strukturen: Schrägschichtung, lockere Lagerung, hohe Porosität

-          Beispiel: Löss

·       Feinkörniges, vom Wind abgelagertes Sediment, das oft sehr fruchtbare Böden bildet und in Mitteleuropa weit verbreitet ist

-          Prozesse nach der Ablagerung (Sedimentation) von Sedimenten

-          Wandelt lockre Sedimente in festes Gestein (Sedimentgestein)

-          Läuft bei niedrigem Druck und Temperatur ab (unterhalb der Metamorphose)

-          Wichtige Prozesse:

·       Entwässerung (Entwässerung der Porenräume)

·       Kompaktion – Sedimentkörner werden dichter gepackt durch Gewicht überlagernder Schichten

·       Zementation – Minerale verkleben die Körner (z.B. Quarz, Calcit)

·       Rekristallisation – Umstrukturierung von Mineralen

·       Biochemische Umwandlungen – z.B. Bildung von Erdöl, Erdgas, Kohle

-          Zementation: Teilprozess der Diagenese àMineralausfällung in den Poren eines Sediments

-          Verklebt die Körner àGestein verfestigt sich

-          Zementarten:

·       Calcit àgut löslich, poröser Stein

·       Quarz àsehr fest und hart

·       Eisenoxide àrote Farbe

-          Zement bestimmt Härte, Farbe, Porosität und Stabilität

1.      Magmatisches Gestein entsteht durch Kristallisation von Magma —>z.B. Basalt, Granit

2.      Verwitterung & Erosion —>Gesteine zerfallen in Sedimente

3.      Transport & Ablagerung —>Sedimente lagern sich ab

4.      Diagenese —>Sedimentgesteine entstehen (z.B. Sandstein, Kalkstein)

5.      Versenkung & Metamorphose —>durch Druck/Temperatur entstehen metamorphe Gesteine (z.B. Gneis, Marmor)

6.      Aufschmelzung —>metamorphe Gesteine schmelzen, es entsteht wieder Magma