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Zusammenfassung der Gesteine...

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Gesteine)als)„Fenster“)zum)Erdinneren)

)Magma%te)entstehen(durch(Erstarrung( ( ( ( (

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GESTEINE((((((((((((

( (hochtemperierter(natürlicher((zumeist)(silikaKscher(( (Gesteinsschmelzen(in(oder(auf(der(Erdkruste.( ( (MagmaKsche(Prozesse(werden(von(inneren(Krä8en( ((Energieflüssen),(d.h.(endogen,(getrieben.(

(Sedimen%te)sind(Gesteine((

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( ( ( ( (

(biogener,(chemischer,(magmaKscher(oder( ( (metamorpher(Herkun8(und(entstehen(durch( ( (Verwiferung,(Erosion,(Transport.(Sedimentäre(Prozesse( (werden(von(äußeren(Krä8en((Energieflüssen),(d.h.(exogen,( (getrieben.(

) ( ( ( ( (

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) ( ( ( ( (

) entstehen(durch(UmP( ( (bzw.(NeukristallisaKon(unter(hohem(Druck(und((hoher (Temperatur(in(den(Keferen(Bereichen(der( ( (Erdkruste(aus(bereits(vorhandenen(MagmaKten(oder( (SedimenKten.(An(der(Bildung(von(Metamorphiten(sind( (endogene(und(exogene(Krä8e(beteiligt.((

Metamorphite)

Magma%sche Gesteine) • Tiefengesteine)/)Plutonite)/)Intrusiva) entstehen(durch(KristallisaKon(aus(Schmelzen(innerhalb(der(Erdkruste.(Die( resulKerenden(Gesteinskörper(werden(als(Plutone(bezeichnet.(Plutone(sind( der(Beobachtung(erst(zugänglich,(wenn(sie(infolge(Abtragung(ihrer( Deckschichten(frei(an(der(Erdoberfläche(anstehen.( • Ergußgesteine)/)Vulkanite)/)Extrusiva)/)Effusiva) Diese(Gesteine(entstehen(aus(Magma,(das(seinen(Bildungsraum(innerhalb(der( Erdkruste(verläßt(und(bis(an(die(Erdoberfläche(aufdringt.(Ihre(Erstarrung( erfolgt(hier(unter(vulkanischen(Bedingungen.(Die(Bildung(von(Ergußgesteinen( ist(der(direkten(Beobachtung(zugänglich.(() •

Ganggesteine) Eine(Zwischenstellung(zwischen(Tiefengesteinen(und(Ergußgesteinen(nehmen( die(Ganggesteine(ein,(deren(Ausgangsschmelze(auf(dem(Weg(an(die( Erdoberfläche(in(AufsKegskanälen(und(Pspalten(steckengeblieben(ist.(

EffusivO)und)Intrusivgesteine) Extrusivgesteine:(Aufgrund(der( raschen(Abkühlung(ist(ein( nennenswerter(Anteil(dieser( Gesteine(äußerst(fienkörnig( kristallisiert(oder(sogar(glasig;(nur( Kristalle,(die(schon(während(des( MagmenaufsKegs(kristallisiert( sind,(bilden(größere,( makroskopisch(sichtbare(Körner.(( Intrusivgesteine:(Aufgrund(der( langsamen(Abkühlung(sind(die( Minerale(in(diesen(Gesteinen( durchwegs(gut(kristallisiert(und(die einzelnen(Mineralkörner( makroskopisch(erkennbar.( (Press&&&Siever,&1995,&Spektrum&Lehrbücher)&

Klassifika%on)nach)der)Korngröße feinkörnig:

)Vulkanite)

grobkörnig:

)Plutonite(

spät(verfüllte( BlasenhohlP räume(

Rasche(Abkühlung(führt(zur(Ausbildung( einer(feinkörnigen(MaKrx,(in(der(die( Kristalle(mit(freiem(Auge(meist(nicht( erkennbar(sind(

Langsame(Abkühlung(erlaubt( vollständige(KristallisaKon(und( Konrwachstum,(Einzelkristalle(sind(mit( freiem(Auge(erkennbar.(

Vulkanite)und)Plutonite SiO2)–Gehalt)von)Gesteinen)als)Klassifika%onskriterium) (über(den(SiO2(–Gehalt((sind(folgende(Begriffe(definiert:( ( ( (sauer( ( ( (>(65(Gew.%(SiO2 (( ( ( (intermediär( ( (65P52(Gew.%(SiO2( ( ( (basisch( ( ( (52P45(Gew.%(SiO2( ( ( (ultrabasisch( ( ((90%(dunkle(Gemengteile( (helle(und(dunkle(Gemengteile( (überwiegend(helle(Gemengteile(

Die(Begriffe(„ultrabasisch“,(„basisch“,(„intermediär“(und(„sauer“(der( chemischen(KlassifikaKon(dürfen(nicht(mit(den(Begriffen(„ultramafisch“,( „mafisch“(und(„felsisch“(der(farblichen(KlassifikaKon(verwechselt(werden!( Die(KlassifikaKon(basierend(auf(dem(Farbindex(ist(nützlich(für(die(Ansprache( von(Gesteinen(nach(dem(makroskopischen(Befund(im(Gelände.(Die( Klassifizierung(basierend(auf(dem(SiO2(Gehalt(setzt(eine(chemische(Analyse(der( Gesteine(voraus.(

Mineralbestand)der)Magma%te)

Q

Klassifikation der magmatischen Gesteine

Quartzolite 90

Vulkanite

Plutonite

90

Quartz-rich Granitoide 60

60

Granodiorite

Granite

Alkali Fs. Quartz Syenite Alkali Fs. Syenite

20

5 10

A

20

Quartz Monzonite

Quartz Syenite Syenite

Monzonite

35

(Foid)-führende Syenite

(Foid)-führende Monzonite

10

Quartz Monzodiorite 65

Monzodiorite (Foid)-führende Monzodiorite

(Foid)-führende Alkali Fs. Syenite (Foid) Monzosyenite

Qtz. Diorite/ Qtz. Gabbro 5 Diorite/Gabbro/

Anorthosite

90

P 10

(Foid)-führende Diorite/Gabbro

(Foid) Monzodiorite

60

60

(Foid)olite

Mafische Minerale < 90 %

3 F

Ultramafitite Gesteine mit M>90% Olivin Dunite 90

Peridotite Lherzolite 40

Pyroxenite

Olivin Websterite

Orthopyroxenite

10

10

Orthopyroxen

Websterite Klinopyroxenite

Klinopyroxen

4

Q Quartzolite 90

Plutonite

90

Quartz-rich Granitoide 60

60

Granodiorite

Granite

Alkali Fs. Quartz Syenite

M < 90 %

Alkali Fs. Syenite

20

20

Quartz Syenite

5

Syenite

10

A

35

(Foid)-führende Syenite

Quartz Monzonite Monzonite (Foid)-führende Monzonite

10

Quartz Monzodiorite 65

Monzodiorite (Foid)-führende Monzodiorite

(Foid)-führende Alkali Fs. Syenite (Foid) Monzosyenite

(Foid) Monzodiorite

60

60

Klassifikation der Plutonite: Gesteine mit me mehr hr al alss 10 10% % fe felsische lsische Mi Minra nra nrale le [Quarz + Feldspat + Foide] und weni weniger ger als 90% m mafische afische Mine Minerale rale [Olivin, Pyroxen, Amphibol, ...] (nach IUGS).

(Foid)olite

F

Qtz. Diorite/ Qtz. Gabbro 5 Diorite/Gabbro/

Anorthosite

90

P 10

(Foid)-führende Diorite/Gabbro

Nomeklatur plutonischer Gesteine, bestehend aus Plagioklas, Olivin, Pyroxen und Hornblende

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GRANITE

sind klein- bis überwiegend mittel- und großkörnige, massige Gesteine. Sie sind makroskopisch weiß, hellgrau, rosa, gelblich und zuweilen grünlich. Meist sind sie weiß/grau/schwarz gesprenkelt. Granite bilden einen Volumenanteil von etwa 44% aller plutonischen Gesteine der Kontinente und zählen somit zu den verbreitetsten plutonischen Gesteinen der oberen Erdkruste . Im allgemeinen entstehen granitische Magmen durch teilweise Aufschmelzung von wasserreichen Krustengesteinen bei der hochgradigen Regionlametamorphose. Dieser Prozess wird als Anatexis bezeichnet.

Mineralbestand: Quarz (20 - 60 % des Gesteins); Alkalifeldspat (Orthoklas, Mikroklin, Natrium-reicher Albit;35 - 90 % aller Feldspäte); Biotit; ferner können auftreten: Muskovit, Hornblende, selten Augit, auch Granat, Andalusit, Sillimanit, Cordierit. Muskovit ist ein Maß für den Aluminium-Reichtum des Gesteins. Dieses Element ist sonst hauptsächlich im Feldspat gebunden. Treten Alkaliamphibole und Alkalipyroxene auf, ist das Gestein als Alkaligranit zu bezeichnen. Ist der Mafit-Gehalt unter 5% spricht man von Leukogranit (sehr hell), übersteigt er 20% wird die Bezeichnung Melagranit benutzt.

Granitoide)Gesteine) Tonalit((granitoides( Gestein)(Adamello( Intrusion((NPItalien)(

Granit(

Quarz( Plagioklas( Kalifeldspat( BioKt(

Basisches)Intrusivgestein:)Gabbro

Tiefengesteinsäquivalent(von( Basalt,(helle(Gemengteile(sind( Feldspat((Plagioklas),(als(dunkle( Gemengteile(können(Olivin,( Pyroxen(und(Amphibol( au8reten.(

Vulkanite

VULKANISCHE GESTEINE • Rhyolith ist eine allgemeine Bezeichnung für ein saures Ergussgestein (chemische Zusammensetzung entspricht der des Granits). Einsprenglingsminerale: Quarz, Alkalifeldspat, Plagioklas und Biotit. – Obsidian ist ein Rhyolith, der (fast) vollständig glasig ausgebildet ist. • Dazit ist ein intermediäres Ergussgestein. Einsprenglinge: Quarz, Plagioklas und dunkle Gemengteile (vorwiegend Biotit und Hornblende). Das plutonische Äquivalent ist Granodiorit. • Andesit ist ein intermediäres Ergussgestein. Einsprenglinge: Plagioklas und mafische Minerale (Pyroxene, Hornblende, Biotit) in dunkler bis heller Grundmasse (plutonisches Äquivalent = Diorit) Andesite und Dazite sind typische Vulkanite über Subduktionszonen. • Basalt ein dunkles, oft schwarzes Ergussgestein. Gefüge: Feinkörnig bis porphyrisch. Ergussäquivalent der Gabbros. Einsprenglinge: Olivin und Plagioklas, Pyroxen. 9

VULKANISCHE GESTEINE • •

•

•

•

Pikrit ist ein mittel- bis feinkörniges, gelegentlich porphyrisches, dunkles Ergußoder Ganggestein, das überwiegend aus Olivin und Augit besteht. Nephelinit ist ein Foidit, d.h. ein mafisches bis ultramafisches Ergußgestein, das makro-skopisch kaum von einem Basalt zu unterscheiden ist. An Einsprenglingen können Klinopyroxen (meist schwarzer bis schwarzgrüner Augit) und Olivin auftreten. Basanit ist ein weiteres basaltähnliches (also dunkles) Ergußgestein, das Einsprenglinge von Olivin und Augit enthalten kann. Es ist SiO2- ärmer als Basalt, aber SiO2-reicher als Nephelinit. Trachyt ist ein intermediäres Ergußgestein. Einsprenglinge: Alkalifeldspat (Sanidin), evtl. wenig Plagioklas und mafische Minerale in einer hellen Grundmasse. Plutonisches Äquivalent = Syenit. Phonolith ist ein helles bis graues Ergußgestein. Einsprenglinge: Alkalifeldspat und Feldspatvertretern. Geringe Mengen mafischer Minerale wie Biotit, Amphibol oder Pyroxene. Foidsyenit ist das plutonische Äquivalent.

SiO2-arme basaltische Vulkanite (Basanite, Tephrite, Nephelinite, Melilithite), Trachyte und Phonolithe treten in kontinentalen Riftzonen (z.B. dem Oberrheingraben, im Ostafrikanischen Rift) besonders häufig auf, sind aber auch auf einigen Ozeaninseln zu finden (z.B. Kanarische Inseln, Hawaii).

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Basisches)Effusivgestein:)Basalt)

Basalt:(dunkle,(feinkörnige( (mikrokristalline)(Matrix(mit( Einsprenglingen((grösseren( Kristallen)(von(Olivin( (hellgrün);(das(blasige(Gefüge( rührt(von(der(Entgasung(von( in(der(Schmelze(gelöstem( H2O(und/oder(CO2(her.(

Sedimente Klassifikation der Sedimentgesteine – ein Versuch

Allochthone Sedimente:

Terrigene Ablagerungen – Ton, Sand, Konglomerat Pyroklastische Ablagerungen – Asche, Tuff, Sande

Autochthone Sedimente:

Chemische Ausfällungen – Steinsalz, Gips Bio- und Organomineralisate – Karbonate, Phosphate, Opal Organische Ablagerungen – Torf, Kohle, Ölschiefer Residualablagerungen – Bauxit, Laterit

Department of Geodynamics and Sedimentology

Klastika Terrigene Sedimente – Korngrößen und Transport - Korngrößen:

Department of Geodynamics and Sedimentology

Sedimentologie und Fazieskunde

Klastika

Klastika

Richter 1992

Department of Geodynamics and Sedimentology

Sedimentologie und Fazieskunde

Sedimente und Sedimentgesteine

Tonmineralien und Tonstein - Tone werden in energiearmen Milieus abgelagert - Korngröße ≤ 2 µm - Blättrige Struktur durch feinschichtigen Kristallaufbau Zweischicht (2S)- und Dreischichttonminerale (3S)

Richter 1992

Department of Geodynamics and Sedimentology

Sedimentologie und Fazieskunde

Sedimente und Sedimentgesteine

Tonmineralien und Tonstein Produkte der Verwitterung:

hohe Breiten → Chlorit (3S) gemäßigte Breiten → Illit (3S) tropisch → Montmorillonit (3S) bei neutralem bis basischem pH → Kaolinit (2S) bei sauerem pH

Bildung von Bauxit und Laterit (keine Tonmineralien): - Verwitterungsböden niederer Breiten, höhere Temperaturen und pH Werte - Gibbsit: α-Al (OH)3 – Bildung nach Abfuhr von Kieselsäure Bauxit ist ein wichtiger Aluminium-Rohstoff - Laterit-Böden enthalten Fe- und Al-Oxide Department of Geodynamics and Sedimentology

Sedimentologie und Fazieskunde

Sedimente und Sedimentgesteine

Quellvermögen der Tonminerale

Richter 1992

Department of Geodynamics and Sedimentology

Sedimentologie und Fazieskunde

Sedimente und Sedimentgesteine

Bedeutung der Tone und Tonminerale - Hausbau (Lehmbauweise, Fachwerksbau) - Baurohstoffe (Fliesen, Ziegeln, Dachziegeln) - Gebrauchskeramik, künstlerische Keramik - Geotechnik (Quellungen, Auslösung von Rutschungen) - Entsorgung (Deponiebasisabdichtungen, Dichtwände) - Papierindustrie, Farbindustrie, chemische Industrie - Böden (Wasserhaushalt, Ionenaustausch)

Department of Geodynamics and Sedimentology

Susanne Gier

Sedimentologie und Fazieskunde

Sedimente und Sedimentgesteine

Sande und Sandstein - Quarzsandsteine oder Quarzarenite – mehr als 90% Quarzkörner - Arkosen – Feldspatgehalt über 25% - Gesteinsfragment-Sandsteine – mehr als 25% Gesteinsbruchstücke

Q: Quarz F: Feldspäte R: Gesteinsfragmente

nach Füchtbauer

- mit zunehmender Transportlänge nehmen Kugeligkeit und Abrollung zu - Schwermineralanalysen erlauben Rückschlüsse auf die Herkunft des Materials Department of Geodynamics and Sedimentology

Sedimentologie und Fazieskunde

Sedimente und Sedimentgesteine

Sande und Sandstein

- Sandkorngerüst aus:

Quarz, Muskovit, Turmalin, Zirkon – stabil Feldspat; Ampbibol, Pyroxen – labil

- detritischer Quarz stammt aus Sedimentgesteinen, Vulkaniten, Plutoniten und Metamorphiten - Porenraum, authigene Neubildungen: Quarz, Chalcedon, Feldspat, Gips, Anhydrit, Pyrit, Karbonatmineralien - der Bildungsweg authigenen Quarzes: Opal, amorph (Opal-A) → Opal-Christobalit (Opal-CT) → Quarz - Opal = hydratisiertes Kieselgel, SiO2 x H2O

Department of Geodynamics and Sedimentology

Sedimentologie und Fazieskunde

Sedimente und Sedimentgesteine

Konglomerat und Brekzie Große Komponenten in einer Matrix aus Ton-, Kalk- oder Sandstein Brekzie Konglomerat

Hans P. Schönlaub

Department of Geodynamics and Sedimentology

Sedimentologie und Fazieskunde

Sedimente und Sedimentgesteine

in situ Brekzie, Neogen, Romagna Apennin

Department of Geodynamics and Sedimentology

Syste Erde – Sedimente Pyroklastika Klastische vulkanische Produkte wie Tephra, Tuff, Tuffit oder Ignimbrit - Tephra: durch Auswurf enstandenes Lockerprodukt - Bims: Schaumig aufgeblasenes vulkanisches Glas - Tuff: Ablagerung aus vulkanischen Aschewolken - Ignimbrit: einzelne Partikel sind durch große Hitze verschmolzen Bims, www.star-ltd.com

Bims, Glendale Community College

Ignimbrit

Sedimentologie und Fazieskunde

Evaporite Evaporite: aus hoch konzentrierten Lösungen ausgefallene Salze Wo bilden sich Evaporite? - Festland (subaerisch und subaquatisch) - Supralitoral (Sabkhas) - Eulitoral bis Flachwasser (hypersalinare flache Becken) - Tiefwasserbecken

Sabkha, Abu Dhabi Island Archaeological Survey

Department of Geodynamics and Sedimentology

Sedimentologie und Fazieskunde

Barrentheorie

nach Wagner, Richter 1992

Department of Geodynamics and Sedimentology

Sedimentologie und Fazieskunde

Messinium, Sizilien

Gips, Eraclea Minoa

Department of Geodynamics and Sedimentology

Sedimentologie und Fazieskunde

Messinium, Sizilien

Steinsalz, Realmonte

Department of Geodynamics and Sedimentology

Sedimentologie und Fazieskunde

chicken wire gypsum, Lorca Becken, SE Spanien

Department of Geodynamics and Sedimentology

Sedimentologie und Fazieskunde

Lacustrine evaporites

Las Minas, SE Spanien

Department of Geodynamics and Sedimentology

Sedimentologie und Fazieskunde

Schwefel und Gips, Cozzo Disi, Sizilien

Department of Geodynamics and Sedimentology

Sedimentologie und Fazieskunde

Monte de Drasi

Monte Muculufa

calcite

Ziegenbalg et al. 2010

celestine

Monte Capodarso

anhydrite Department of Geodynamics and Sedimentology

Syste Erde – Sedimente Kieselige Sedimente und Hornstein (Chert) Kieselgesteine: Gesteine, die zu mehr als 50% aus den nicht detritischen Mineralen Opal-A (SiO2 x nH2O), Opal-CT, Calcedon, Mikro- oder Faserquarz bestehen. Dichte, sehr harte Gesteine, die mit einem muscheligen Bruch zersplittern. Calcedon, www.rocksforkids.com Hornsteinknollen, www1.newark.ohio-state.edu

Karbonat-Sedimentologie Karbonatgesteine sind die mit Abstand am häufigsten und wichtigsten Biogenen Gesteine ! „Sorby-Prinzip“ (1879) >90% der Karbonate im rezenten marinen Environment Henry Clifton Sorby (1826 - 1908)

Karbonatgesteine werden von Organismen gebildet, oder nach NOEL JAMES 1979 kurz und prägnant: „carbonates are born not made“ Noel P. James

Das macht sie zu einzigartigen Archiven der Klima- und Umweltgeschichte - darüber hinaus verkörpern sie auch wichtige Speichergesteine z.B. für Kohlenwasserstoffe

Karbonat-Sedimentologie Karbonat-Minerale

Karbonatgesteine

• Als Kalkstein werden Sedimentgesteine bezeichnet, die überwiegend aus dem Calciumcarbonat (CaCO3) in Form der Mineralien Calcit und Aragonit bestehen. Enstehung: – Karbonatplattformen (z.B. Riffe) – Flachmarin, Tiefmarin – Süßwasser (z.B. Speläotheme [Tropfsteine usw.])

• Kalk löst sich bei einem Tropfen Salzsäure (5 bis 10%ig) der sich unter heftigem Zischen in einigen Sekunden löst (schäumt!).

Karbonatgesteine Dolomitstein: besteht mindestens 90 Prozent aus dem Mineral Dolomit [CaMg(CO3)2] und entsteht entweder durch die primäre Ausfällung von Dolomit oder Dolomitisierung (Prozess, bei dem primärer Calcit oder Aragonit durch sekundären Dolomit ersetzt wird). Es ist im Vergleich zum chemisch verwandten Kalkstein etwas härter und sehr viel spröder.

Ein Tropfen Salzsäure (5 bis 10%ig) entwickelt nur langsam/keine Gasbläschen von Kohlensäure (schäumt nicht!); im Gegensatz zum Kalk, der sich unter heftigem Zischen in einigen Sekunden löst (schäumt!).

Abgrenzung,und,Typen,der,Metamorphose, T(

Diagenese( 100N200°C( Metamorphose( 600N1100°C( Aufschmelzung(/(Magmenbildung(

•  Metamorphose(mit(regionaler(Verbreitung( –  Orogene(Metamorphose((Gebirgsbildung)( –  Ozeanbodenmetamorphose((hydrothermale(AkQvität(an(MOR)( –  Versenkungsmetamorphose((Sedimentbecken)(

•  Metamorphose(mit(lokaler(Verbreitung( –  Kontaktmetamorphose,((N(KataklasQsche(Metamorphose( (störungsgebunden),(N(Impaktmetamorphose,(N(Hydrothermale( Metamorphose(

Kontaktmetamorphose,

Die(latente(Wärme(der(KristallisaQon(von(Intrusionen(in(seichtem(Krustenniveau( führt(zur(Au{eizung(des(relaQv(kühlen(Umgebungsgesteins(–(die(aufgeheizte(Zone( wird(als(thermische(Aureole(oder(Kontaktaureole(bezeichnet.(Hier(finden(thermisch( induzierte(Mineralumwandlungen(staa(–(Kontaktmetamorphose.(

Metamorphe Fazies Einteilung von metamorphen Gesteinen nach den Mineralen, die sich bei den bei der Metamorphose herrschenden P-T-Bedingungen bilden können. Die Bezeichung der acht metamorphen Fazies ent...