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Allgemeines
Die Magmen (aufgeschmolzene Gesteine), aus denen magmatische Gesteine entstehen, erstarren entweder in der Tiefe zu Intrusivgesteinen (plutonische Gesteine) wie Granit, oder sie fliessen an der Erdoberfläche aus und bilden Extrusivgesteine (vulkanische Gesteine) wie Basalt. Magmatische Gesteine weisen unterschiedliche Gefüge auf. Bei rascher Abkühlung entstehen winzige Kristalle oder amorphes Glas, bei langsamer Erstarrung bilden sich grobkörnige Gesteine. Die ozeanische Kruste besteht fast ausschliesslich aus magmatischen Gesteinen.
Magmatische Gesteine werden, je nachdem, ob das Magma vor der Kristallisation an die Erdoberfläche gelangte, entweder als Extrusiv- oder als Intrusivgesteine klassifiziert. Extrusivgesteine bilden sich an der Oberfläche, Intrusivgesteine im Erdinnern. Intrusivgesteine werden unterteilt in Tiefengesteine und Ganggesteine, die in geringer Tiefe erstarrt sind. Ein weiteres Klassifikationskriterium ist der Kieselsäure- bzw. Siliciumdioxidgehalt der Gesteine. Felsen bestehen zu mehr als 65 Prozent, mafische Gesteine zu 45 bis 55 Prozent und ultramafische zu weniger als 45 Prozent aus Siliziumdioxid.
1. Extrusivgesteine
Extrusivgesteine werden auch als vulkanische Gesteine oder Ergussgesteine bezeichnet. Die wichtigsten Vertreter sind Basalt, Obsidian, Rhyolith, Trachyt und Andesit. Sie entstehen aus Lava – so wird Magma bezeichnet, wenn es entweder an Land oder unter Wasser an die Oberfläche dringt.
Andere Extrusivgesteine wie Tuff und Bims entstehen bei explosiven Eruptionen. Diese «pyroklastischen» Gesteine sind porös, da die vulkanischen Gase durch die Druckentlastung ein Aufschäumen der Lava bewirken. Das häufigste magmatische Gestein ist Basalt.
2. Tiefengesteine (Intrusivgesteine)
Tiefengesteine erstarren tief in der Erdkruste und sind durch grosse Kristalle gekennzeichnet. Sie treten als Batholithe, Plutone und Lakkolithe auf. Ein Batholith ist ein grosser Intrusivkörper mit eine Ausdehnung von mindestens 100 km2 und einer Mächtigkeit von etwa 10 bis 15 km. Batholithe bilden den Kern grosser Gebirgsketten wie den Alpen und den Rocky Mountains. Sie sind in der Regel aus kleineren Intrusionen, die als Plutone bezeichnet werden, zusammengesetzt. Diese können aus verschiedenen Gesteinsarten bestehen. Lakkolithe sind kleinere Intrusionen, die eine charakteristische domartige Struktur mit meist horizontaler bilden. Granit, Diorit, Peridotit, Syenit und Gabbro sind Tiefengesteine.
3. Ganggesteine (Intrusivgesteine)
Die in geringer Tiefe gebildeten Ganggesteine sind durch kleine Kristalle gekennzeichnet. Sie sind in Dykes, Sills, Schlotfüllungen und anderen relativ kleinräumigen Formationen anzutreffen. Ein Dyke ist ein plattenartiges Gebilde, dass das umgebende Gestein senkrecht oder in steilem Winkel durchzieht. Sie können wenige Zentimeter bis mehrere Meter dick und Hunderte von Kilometern lang sein. Sills sind ähnliche Gesteinsgänge, die aber nicht senkrecht, sondern parallel zum Umgebungsgestein zwischen den Schichten entstehen. Schlotfüllungen bestehen aus Magma, das im Vulkanschlot erstarrt ist.
Allgemeines
Sedimentgesteine bestehen in der Regel aus Material, das durch Wasser, Wind oder Eis auf der Erdoberfläche abgelagert wurde. Die Ablagerung erfolgt fast immer in Schichten. Diese Schichtung bleibt auch bei der Verfestigung erhalten und ist ein Erkennungsmerkmal von Sedimentgesteinen. Im Gegensatz zu den anderen Gesteinsarten enthalten Sedimentgesteine häufig Fossilien. Einige Sedimentgesteine entstehen aus erodierten Bruchstücken anderer Gesteine, die auf verschiedene weise verkittet werden (Konglomerate). Sedimentgesteine werden nach Grösse und Form der Gesteinsfragmente und nach der mineralogischen Zusammensetzung klassifiziert. Einige Sedimentgesteine entstehen durch den chemischen Prozess der Abscheidung aus einer Lösung, einige andere sind biochemischen Ursprungs und bestehen überwiegend aus Calziumcarbonat. Einige wenige sind aus organischem Material entstanden.
80 bis 90 Prozent aller anstehenden Gesteine sind Sedimentgesteine. Dennoch haben sie nur einen geringen Anteil – etwa 8 Volumenprozent – an der Zusammensetzung der Erdkruste, die überwiegend aus magmatischen und metamorphen Gesteinen besteht. Sedimentgestein bildet sich an der Erdoberfläche entweder durch Akkumulation von Körpern oder durch Niederschlag aus Lösungen.
1. Herkunft der Sedimente
Die Entstehung von Sediementgesteinen beginnt mit der Verwitterung anderer Gesteine. Physikalische Verwitterung ist das Zerbrechen von Gestein in kleinere Stücke. Bei der chemischen Verwitterung wird das Gestein teilweise aufgelöst. Dabei entstehen zwei völlig verschiedene Arten von Sedimenten und Sedimentgesteinen: klastische und chemische Sedimentgesteine. Diese Verwitterungsprodukte werden durch fliessendens Wasser, die Schwerkraft, Gletscher oder Wind verfrachtet und schliesslich abgelagert. Oft werden die Klaste – Gesteinstrümmer und Mineralkörner – der Grösse nach sortiert, so dass das Sedimentgestein am Ende relativ gleichmässige Korngrösse aufweist. Bei chemischen Sedimentgesteinen wird das gelöste Gesteinsmaterial im Wasser transportiert und an einem anderen Ort abgeschieden. Die Aussfällung aus der Lösung kann durch Verdunstung erfolgen. Kalkstein, Dolomit, Kreide, Kalktuff, Gipssteine (Alabaster), und Sandstein sind Sedimetgesteine.
Allgemeines
Metamorphe Gesteine entstehen, wenn vorhandene Gesteine extremen Temperaturen und/oder Drücken ausgesetzt sind, die zu einer Veränderung ihrer mineralogischen Zusammensetzung ihres Gefüges und ihrer inneren Struktur führen. So ist Quarzit durch Metamorphose aus Sandstein hervorgegangen und Schiefer aus Mergel oder Schieferton. Solche Veränderungen finden meist tief in der Erdkruste statt und können durch Deformationen infolge von plattentektonischer Vorgängen hervorgerufen werden. Metamorphe Gesteine können sich aber auch an der Erdoberfläche beim Aufprall von Meteoriten oder dicht darunter in der unmittelbaren Umgebung magmatischer Intrusionen mit entsprechend hohen Temperaturen bilden. Zu den metamorphen Gesteinen zählen u.a. Gneis, Marmor und Schiefer.
Eine Metamorphose findet statt, wenn ein bestehendes Gestein Drücken oder Temperaturen ausgesetzt wird, die sich von den bei seiner Entstehung herrschenden Bedingungen unterscheiden. Dabei ordnen sich Atome und Moleküle um, ohne dass eine Aufschmelzung stattfindent das Ergebnis der Umwandlung wird als metamorphes Gestein bezeichnet. Man unterscheidet drei Fromen der Metamorphose: dynamische Metamorphose, Kontaktmetamorphose (oder thermische Metamorphose) und Regionalmetaphormose.
1. Dynamische Metamorphose
Die Metaphorse kann das Resultat grossräumiger Bewegungen der Erdkruste sein. Dies ist vor allem an Verwerfungen und Kontinentalrändern der Fall, wo tektonische Platten kollidieren. Gesteinsmassen werden unter hohem Druck zusammengepresst. Die allein durch den Druck verursachte mechanische Deformation wird als dynamische Metamorphose bezeichnet. Die so entstandenen Gesteine weisen ein breites Formenspektrum von kantigen Bruchstücken bis hin zu feinkörnigen oder pulverisierten Gesteinen wie Mylonit auf. Sie sind durch eine Schieferung (Ausrichtung der Mineralkörner in parellelen Ebenen) gekennzeichnet und verformt worden.
2. Kontaktmetamorphose
Eine Kontaktmetamorphose wird durch einen Temperaturanstieg ohne nennenswerte Druckerhöhnung bewirkt. Sie findet häufig in der Umgebung magmatischer Intrusionen statt. Durch Wärme der Intrusion wird das umgebende Gestein verändert. Da die nahe der Intrusion gelegenen Gesteine höheren Temperaturen ausgesetzt sind als die weiter entfernten, weisen sie auch andere Eigenschaften auf. Das Temperaturgefälle bewirkt, dass sich konzentrische Zonen aus bestimmten metamorphen Gesteinen bilden. Welche Minerale bei der Kontaktmetamorphose entstehen, hängt von der Zusammensetzung des Muttergesteins ab. So werden beispielsweise aluminiumhaltige Minerale wie der Feldspat in Arkosesandstein zu Glimmer und Granat; wenn Carbonatminerale wie z.B. Calcit vorhanden sind, entstehen hingegen Hornblende, Epidot und Diopsid.
Marmor
Marmor ist ein körniges metamorphes Gestein, das aus Kalkstein oder Dolomit entstanden ist. Er bildet sich unter Wärme- und Druckeinwirkung und besteht aus ineinander greifenden Calcit- oder Dolomitkörnern. Marmor aus Dolomit wird als Dolomit-Marmor, Marmor mit einem hohen Anteil an Serpentinmineralien als Serpentin-Marmor oder Ophicalit bezeichnet. Marmor entsteht, wenn Kalkstein in älteren Schichten der Erdkruste von mächtigen Sedimentschichten überlagert und entsprechend hohen Drücken und Temperaturen ausgesetzt wird, oder durch Kontaktmetamorphose in der Umgebung von Intrusionen. Reiner Marmor besteht ausschliesslich aus Calcit. Oft sind aber im ursprünglichen Kalkstein geringe Mengen anderer Minerale vorhanden, die bei der Metamorphose umkristallisieren und Fremdbestandteile im Marmor bilden. Die häufigsten Fremdbestandteile sind Quarz, Glimmer, Graphit, Eisenoxide und kleinere Pyritkristalle. In anderen Marmorarten sind Kalk- oder Magnesiumsilikate vorhanden, z.B. Diopsid, Tremolit, Labradorit, Albit, Anorthit, Granat, Vesuvianit, Spinell, Zoisit, Epidot, Turmalin und Titanit. Viele dieser Minerale sind in ausreichender Menge vorhanden, um dem Marmor ein bestimmtes Muster zu verleihen.
3. Regional Metamorphose
Die Entstehung von regionalmetamorphosen Gesteinen hängt mit der Gebirgsbildung durch Kollision tektonischer Platten zusammen. Dabei kommt es zu einem grossflächigen Temperatur- und Druckanstieg. Dieb wichtigsten regionalmetamorphosen Gesteine sind Tonschiefer, kristalliner Schiefer und Gneis. Welches dieser Gesteine entsteht, hängt zum einen von der Einwirkungsdauer dieser Bedingungen ab. Tonschiefer entsteht bei relativ niedrigen Temperaturen und Drücken. Bei besonders hohen Temperaturen und Drücken bildet sich Gneis. In Zonen mit mittleren Temperaturen und Drücken entsteht kristalliner Schiefer.