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Gesteinskreislauf Erklärung & Zusammenfassung...

Description

Gesteinsarten und Kreislauf der Gesteine 1. Gesteinsklassen 

Gesteine sind natürliche Gemenge verschiedener Minerale und Mineralaggregate



Die Gesteine unterscheiden sich voneinander durch: o

ihren Mineralbestand (Die Mineralgruppen Feldspart(60%) und Quarz (12%) bilden den Großteil der Erdkruste)

o

ihre chemische Zusammensetzung,

o

ihre physikalische Eigenschaften (z.B. Dichte) und

o

ihr Gefüge → Gefüge wird durch die Struktur (Größe und Form der Bestandteile) und die Textur (räumliche Anordnung und

Verbindung der Bestandteile)

gekennzeichnet.



Fast 99% aller Gesteine werden aus acht Elementen aufgebaut:  Sauerstoff (O)  Silicium (Si)  Aluminium (Al)  Eisen (Fe)  Calcium (Ca)  Kalium (K)  Magnesium (Mg)



Unter

gleichen

Umweltbedingungen

verwittern

unterschiedlich. Kenntnis der Gesteinsarten ist deshalb

verschiedene

Gesteine

Voraussetzung für das

Verständnis der Verwitterung. 

Die Gesteine selbst sind das Ergebnis endogener und exogener Prozesse der Vergangenheit. Man unterscheidet drei große Gruppen von Gesteinensarten, nämlich:

Erstarrungsgestein

(Magmatide),

Gesteine.

1

Sedimentgesteine,

Methamorphe



Rolle der Gesteine in der Geomorphologie: → Gestein hat großen Einfluss auf die geomorphologischen Formen → Ausgangsgestein hat großen Einfluss auf die Bodenbildung



Die Gesteine können nach ihrer Genese in drei Gesteinsklassen eingeteilte werden:

Magmatite (Primärgestein) Entstehung an der

Vulkanite

Erdoberfläche aus

und Phytoplastika)

Sedimente

(Laven

Metamorphite Klassischen

Para- Gesteine

Sedimente

und

Aus Sedimenten

Lava vulkanischer

Sedimentgesteine

entstanden (z.b:

Geseteine

(Sand und Sandstein)

Paragneis, Glimmerschiefer, Mamor)

Entstehung meist

Subvulkanische

relativ

Gesteine

↑

Biogene

Entstehung

Sedimente

↑

an

und Sedimentgesteine

Entstehung in

der

(Kohlen, die meisten

großen Tiefne der

Kalkseine)

Erdkruste (10 bis

oberflächlich in

oder

Wurzelzonen der

Oberfläche durch

Vulkane

Verwitterung,

20 km) in

Erosion, Transport,

Ausnahmen bis in

Ablagerung

den Mantelbereich

nahe

und

Diagenese

↓

↓ Entstehung in

Plutonite

Chemische Sedimente

Ortho-Gestein

einigen

(z.B.

Aus Magmatiten

Kilometern Tiefe

Tropfsteinkalk)

Salzgesteine,

entstanden (z.B.

aus Magma

Orthogneis, Ortho-

unterhalb der

Amphibolit)

Erdkruste (Tiefengestein)



Verschiedene magmatische Gesteine entstehen durch eine Differentation einer basaltischen Ausgangsschmelze.



Im Laufe der Erdgeschichte ist der Anteil primärer vulkanogener Gesteine (Magmatide) stetig geringer geworden (Sedimentgestein immer mehr)



Plutonite erscheinen in der Regel wesentlich grobkörniger, als die Vulkanite. Grund: die Genese: Plutonite kristallisieren noch unter der Erdoberfläche langsam aus. Vulkanite

2

entstehen aus rasch an der Erdoberfläche abkühlenden Schmelzen und weisen somit eine feinkörnige oder sogar glasige Struktur auf. Das häufigste plutonische Gestein ist Granit, das bekannteste vulkanische ist Basalt.

2. Chemische und mineralogische Zusammensetzung 

Allgemein: Minerale als stofflich homogene, anorganische Feststoffe können eingeteilte werden in:



o

leukokrate, felsisch (helle Minerale): arm oder frei von Fe/ Mg

o

melanokrate, mafisch (dunkle Minerale): erhalten Fe oder Mg

Nach ihrer chemischen Zusammensetzung werden die Erstarrungsgesteine auf einer Skala von sauer bis basisch angeordnet.



Saure Erstarrungsgesteine haben einen hohen, basische einen niedrigen Gehalt an Siliziumdioxid.



In sauren Gesteinen überwiegen die Anteile

von Mineralien mit einem hohen

Siliziumdioxid, insbesondere Feldspäte und Quarz 

Saure Gesteine sind hell und besitzen ein relativ geringes spezifisches Gewicht.



In basaltischen Gesteinen herrschen dagegen eisen- und magnesiumshaltige Minerale mit einem hohen spezifischen Gewicht vor

FAZIT: Entsprechend ihrer Eigenschaften ihrer Minerale sind saure Erstarrungsgesteine hell und spezifisch leicht, basaltische Erstarrungsgesteine dunkel und spezifisch schwer. Feldspatfreie basische Gesteine werden wegen ihres relativ hohen Gehalts an Magnesium und Eisen (Fe) als mafische Gesteine bezeichnet.

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Die Haupttypen der Erstarrungsgesteine zeigt die folgende Tabelle. In jeder Spalte der Tabelle stehen von den Plutoniten oben bis zu den aphanitischen (vulkanischen) Gesteinen unten Gesteine von chemisch gleicher oder zumindest ähnlicher Zusammensetzung. Der aphanitische Rhyolith ist gewissermaßen das vulkanische Äquivalent des planetarischen Granits, der Trachit entspricht in gleicher Weise dem Synit, der Andesit dem Diorit und der

Plutonite

Basalt dem Gabbro.

Gabbro

Diorit

Synit

Granit

Vulkanite

melanokrat…………………………………………………………………………………………..leukokrat

Basalt

Andesit

Trachit

4

Ryolith

3. Sedimente 

 

Sedimente: sind Ablagerungen von anorganischem oder organischem Material, oft unter Wasser, aber auch unter Gletschereis oder auf dem Land (Dünensand). Sie sind Verwitterungsprodukte und –rückstäande, sie entstehen bei der Verwitterung und Abtragung von Vulkaniten, Metamorphiten und Sedimentgesteinen Sedimente sind Ausgangspunkt für die Sedimentite Sedimentite sind sekundäre Gesteine, da sie aus anderen Gesteinen entstehen (wie Magmatiten, Metamorphiten und Sedimenten, oder aus anorganischen oder totem organischen Material und sind deshalb sekundär gebildet. Sie können durch Diagenese verfestigt und werden (vor allem durch Druck und Temperatur)

Arten von Sedimentgestein: klastische Sedimente (Zertrümmerungssedimente)

nichtklastische Sedimente

entsteht direkt aus dem Ausgangsmaterial,

werden aus neu entstandener Mineralsubstanz aufgebaut → sind somit sekundäre Gesteine

bestehen aus Bruchstücken oder festen Restpartikeln, enthalten überwiegend silikatische Bestandtele (Karbonatgesteine sind selten)

Bsp. Kalkstein (enthält vorwiegend Calciumcarbonat und entsteht durch Ausfällung aus Lösung, teils im Zusammenhang mit dem Stoffwechsel von Organismen, oder durch Ablagerung kalkiger Skelettund Muschelreste)

Je nach Korngröße heißen Lockersedimentgestein Ton, Schluff (silt), Sand und Kies bzw. Grobschutt

Mergel (Gemisch von Kalk und 35-65% Ton)

verfestigte Sedimentgesteine werden nach den Namen der Sedimente benannte , aus denen sie zusammengesetzt sind: Tonstein, Sandstein...

Dolomit widerständiges Calcium-magnesiumCarbonat

Sedimente: chemische Niederschläge, Sedimente organischen Ursprungs

häfiste Bindemittel klastischer Sedimente: Quarz, Eisenoxid, Calciumcarbonat

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Abbildung 1: Klassifikation der Sedimentgesteine nach Strahler und Strahler Quelle: Glawion et al. 2009: 140.

Je nach Mineralart und Transportmedium haben die Sedimente eine charakteristische Korngrößenzusammensetzung. Sedimentgestein kann häufig auffällig geschichtet sein. Grund: Verwitterungsprodukte sowie anorganisches, order totes organisches Material werden nach ihrem Transport horizontal abgelagert (z.B. Senke, Meeresgrund). Jüngere Schichten werden über den älteren abgelagert. Findet keine Verstellung durch tektonische Prozesse statt bleibt diese horizontale Schichtung auch nach der Diagenese erhalten und die Schichtung wird im Sedimentgestein auffällig.

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Exkurs: Löss Löss (vorwiegend aus Schluff) stellt mit 10-20% ein sehr häufiges Sedimentgestein der Erde dar. Staubstürme aus den zentralasiatischen Steppen haben in China feinkörnige Ablagerungen von bis zu 250m angehäuft. In Europa bilden sich Lössgestein im eisfreien Gebiet der Periglazials, vor allem in Talrändern, Hangbereichen und in Beckenlandschaften. Kennzeichnend sind die gute Sortierung, die hohe Porosität und der mittlerer Kalkgehalt. Bestandteile sind vorwiegend Quarz, Karbonat, Feldspat, Glimmer und Tonminerale. Mehr Infos siehe Thema „Löss“

Marine Sedimentgesteine 

Karbonate/ Kalksteine: werden aus Rückständen von marinen Lebewesen gebildet (meist biogene Bildungen, die aus Globigerinschlamm bestehen)



An der Antarktis besteht das Sedimentgestein zum größten Teil aus biogenen Ablagerungen der Kieselalgen (bilden Phytoplankton) und aus Ablagerungen der Eisberge (beim Abschmelzen verlieren sie ihre klastische Gesteinsfracht)



Radiolarienschlamm: rotes, toniges Meeressediment, darin finden sich Skelette der Strahlentiere, häufig im zentralen Pazifik verbreitet (indischer und pazifischer Ozean)



Terrigene klastische Sedimente: überwiegen an Küsten, durch Flüsse transportiert, in Deltagebieten ragen sie weit ins Meer hinaus (z.B. Amazonas)



Roter Tiefseeton und Manganknollen: vor allem im Pazifik weit verbreitet. Entstehung: Nach Absterben sinken die kalkigen Schalen nach unten, dabei gelangen sie in kälteres Wasser, das unter höherem hydrostatischen Druck steht und somit eine größere CO² aufweist. Ab einer Tiefe von 30004000m beginnen sich die kalkigen Schalen aufzulösen Diese CCD (Carbonate Composition Depth) verursacht, dass die Sedimente des roten Tiefseetons nahezu kalkfrei sind.



Biogene Sedimente: ändern ihr C-H-O Verhältnis bei fortschreitender Inkohlung, wobei sich der Kohlenstoff relativ anreichert. →Produkte werden immer dunkler, ihr Heizwert höher.



Torf: besteht aus organischen Material, ist in Feuchtgebieten (Moore) gebildet worden

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4. Metamorphe Gesteine 

Metamorphe Gesteine oder Metamorphite entstehen durch Veränderung bereits existierender Erstarrungs- oder Sedimentgesteine unter dem Einfluss von hohen Druck und/ oder hoher Temperatur



Bei tektonischen Senkungsbewegungen können Gesteine, die vorher naher an der Erdoberfläche waren, in großer Tiefe gelangen, wo hohe Temperaturen herrschen.



Beim Absinken wird das Gestein außerdem von anderen Gesteinen überdeckt, deren Auflast zur Erhöhung des Drucks beiträgt



Druck und Hitze führen zum Aufschmelzen und zur Neubildung von Mineralien durch Umkristalisation



Je nach Art des Ausgangsgesteins und je nach herrschenden Druck- und Temperaturbedingungen entstehen verschiedene Metamorphite



Wichtige Begriffe: 

Diagenese: Versenkung und Verfestigung



Anatexis: vollständiges Aufschmelzen



Kontaktmetamorphose: Veränderung des Mineralgefüges eines benachbarten Gesteins um einen Intrusionskörper durch hohe Temperaturen



Das Gefüge der Gesteine gibt Auskunft über die Prozesse der Metamorphose



Nach Grad der Methamorphose kann man zwischen Anchi-, Epi, Meso-, Kata- und Ultrazone unterscheiden. In ihnen entstehen jeweils unterschiedliche Gesteine.



Metamorphite können nach dem Ursprungsstoff, dem Vorgang oder dem Erzeugnis gegliedert werden.



Gängige Methode ist die Gliederung nach dem Ausgangsgestein (Edukt): mant trennt zwischen metamorphe Sedimente (Paragestein) und metamorphe Magmatite (Orthogestein). Für einzelne Metamorphite wird die Vorsilbe „Meta“ verwendet 

Meta: kennzeichnet alle metamorphen Gesteine



Ortho: kennzeichnet metamorphe Gesteine mit magmatischen Edukten (z.B. Orthogneis ist aus einem Magmatit entstanden)



Para: kennzeichnet metamorphe Gesteine mit sedimentären Edukten (z.B. Paragneis ist aus einem Sediment hervorgegangen)



Aus Kalkgestein wird durch Metamorphose unter Druck und Temperatur Marmor (meisten gehören zu Paragesteinen und sind aus Sedimenten hervorgegangen)



Grundsätzlich können alle Gesteine und Lagerstätten aus Kohle und Salz metamorphisiert werden 8



Man unterscheidet ferner geschieferte von ungeschieferten Metamorphiten



Geschieferte

Metamorphite:

Gesteine,

die

schon

vorher

aus

verschiedenen

Mineralkomponenten bestanden oder in denen sich im Laufe der Metamorphose ein verschiedene neue Minerale bilden, erhalten beim Vorgang der Metamorphose ein schiefriges Paralellgefüge, dessen Ebenen im rechten Winkel zur Druckrichtung orientiert sind. Erhalten sie phanaritische Kristalle, so spricht man von kristallinen Schiefern. 

Ungeschieferte Metamorphite: in ihnen herrscht entweder bei weitem eine einzige Art von Mineral vor, dessen Kristallstruktur sich nicht zur Bildung eines Parallegefüges eignet, oder sie wurden ohne wesentliche Druckkomponente nur durch hohe Temperatur und Zuführung von Lösung und in der Nähe eines sich abkühlenden Magmas metamorphisiert (Veränderung wird als Kontaktmetamophose bezeichnet, da sie sich auf die Kontaktzone zum Magma beschränkt ↔ Regionalmetamorphose, räumlich ausgedehnte Veränderung)

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5. Kreislauf der Gesteine (Petrographische Kreislauf) Selbst die härtesten Gesteine unterliegen ständiger Veränderung. Die drei großen Gesteinsgruppen Sedimente, Metamorphite und Magmatide stehen über dem Kreislauf der Gesteine miteinander in Beziehung. Motor dieser Vorgänge sind Plattentektonische Vorgänge.

Das Ausgangsmaterial für die Gesteinsbildung ist Magma. Wird dieses angehoben und kühlt ab, so entsteht ein Magmatit, welcher bei weiterer Hebung an die Erdoberfläche gelangt. Dort ist er Verwitterung und Abtragung ausgesetzt und wird an derer Stelle abgelagert. Dieses abgelagerte Lockerungsgestein nennt man Sediment. Bei Verfestigung kann sich ein Sedimentit bilden, welcher entweder wieder an die Erdoberfläche gehoben oder weiter in die Tiefe versenkt wird. Unter zunehmenden Einfluss von Druck und Temperatur bildet sich, genauso wie auch aus einem versenkten Magmatid, ein Metamorphit. Dieser kann ebenfalls wieder an die Erdoberfläche angehoben, oder aber weiter versenkt und schließlich zu Magma aufgeschmolzen werden, so dass der Kreislauf von vorn beginnt.

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Verwendete Literatur o

Baumhauer, Roland (2006): Geomorphologie.

o

Glawion, R. et al (2009): Physische Geographie.

o

Ahnert, Frank (2003): Einführung in die Geomorphologie

o

Freie Universität Berlin. http://www.e-learning.fuberlin.de/beratung/foerderprogramm/projekte/fb_geo/04-04-pgnet2.html

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