Gestein

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Säulenbasalt

Als Gestein bezeichnet man eine feste, natürlich auftretende, in der Regel mikroskopisch heterogene Vereinigung von Mineralen, Gesteinsbruchstücken, Gläsern oder Rückständen von Organismen. Das Mischungsverhältnis dieser Bestandteile zueinander ist weitgehend konstant, sodass ein Gestein trotz seiner detaillierten Zusammensetzung bei freiäugiger Betrachtung einheitlich wirkt.

Die Untersuchung der Lithogenese (gr. λίθος lithos = Stein, Fels, Gestein), Petrogenese (πετρος petros = Stein) oder Gesteinsbildung ist zentrales Gebiet der Petrologie und Geologie, aber auch der Geophysik und Geochemie.

Die meisten Gesteine der Erdkruste (und auch der terrestrischen Planeten) sind Silikatgesteine (Hauptbestandteile Feldspäte und Quarz), nur ein kleiner Prozentsatz sind Karbonate.

Begriffsbestimmung[Bearbeiten]

Der geologische Gesteinsbegriff ist weiter gefasst als der umgangssprachliche und bezieht auch natürlich auftretende Metall-Legierungen, vulkanisches Glas, Eis, lockeren Sand oder Kohle ein. Die Lehre von den Gesteinen, die Petrologie, ist ein Teilgebiet der Geowissenschaften. Beispiele für verschiedene Gesteinsarten sind in der Liste der Gesteine zu finden.

Die Erde und die inneren Planeten des Sonnensystems bauen sich aus sehr großen, räumlich zusammenhängenden Massen von Gesteinen auf. Jedoch sind diese nur an der Oberfläche der Erdkruste sichtbar und zugänglich, insbesondere in Gebirgen, die durch tektonische Vorgänge der Gebirgsbildung entstehen.

Die Lehre von der Be- und Verarbeitung von Gesteinen und Erden, deren Charakter nichtmetallisch ist, nennt man Gesteinshüttenkunde.

Zusammensetzung, Gefüge und Struktur[Bearbeiten]

Gesteine bestehen im Wesentlichen aus Mineralen, von denen aber nur etwa dreißig einen bedeutenden Anteil an der Gesteinsbildung haben, die darum ‚gesteinsbildende Minerale‘ genannt werden. Vor allem sind dies Silikate, wie Feldspäte, Quarz, Glimmer, Amphibole oder Olivin, aber auch Karbonate, wie Calcit oder Dolomit sind wichtige Bestandteile von Gesteinen. Neben diesen Hauptgemengteilen (die mineralischen Komponenten, die mehr als 10 % der Gesamtmasse ausmachen) enthalten die meisten Gesteine noch so genannte Nebengemengteile (Komponenten die zwischen 10 und 1 % ausmachen) oder Akzessorien (Komponenten, die nur zu <1 % enthalten sind). Häufig sind die Akzessorien für ein Gestein namengebend. Des Weiteren ist durchweg ein gewisser Anteil Wasser vorhanden, als Kristallwasser oder Porenwasser.

Als Gefüge eines Gesteins bezeichnet man vor allem seine Textur – die räumliche Lage und Verteilung der Minerale in einem Gestein, die sich aus den Eigenschaften und dem Verhältnis der gesteinsbildenden Minerale zueinander ergibt – und die Struktur, die sich auf die geometrischen Eigenschaften der einzelnen Gesteinsbestandteile bezieht. Dazu gehören relative und absolute Größe, die Form der Kristalle oder Mineralkörner, und die Art des Kornverbandes.

Gesteinsklassen und Entstehung[Bearbeiten]

Natursteine lassen sich entsprechend ihrer Entstehung (Genese) in drei Gesteinsklassen unterteilen. Anstelle von ‚Gesteinsklasse‘ wird häufig die Bezeichnung ‚Gesteinsart‘ verwendet.

In der Geotechnik und zahlreichen verwandten Wissenschaften wie der Bodenkunde unterscheidet man Gesteine grundsätzlich in zwei Gruppen, die Festgesteine und die Lockergesteine. Im technischen Sinne (bei der Verarbeitung) wird in Hartgestein und in Weichgestein unterschieden.

Magmatische Gesteine (Magmatite)[Bearbeiten]

Granit
Hauptartikel: Magmatisches Gestein

Magmatische Gesteine (Erstarrungsgesteine) entstehen durch das Erkalten und Auskristallisieren des geschmolzenen Materials aus dem Erdinneren, des so genannten Magmas. Die Nomenklatur von magmatischen Gesteinen nach ihrem Mineralbestand findet sich im Streckeisendiagramm.

Findet das Erkalten unterirdisch (tiefer als 5 km) statt, spricht man von Plutoniten oder Intrusivgesteinen (Tiefengestein). Durch die verhältnismäßig gute Wärmeisolation der aufliegenden Gesteine kühlt sich die Magmaschmelze nur langsam ab, so dass große Mineralkristalle entstehen können. Beispiele für plutonische Gesteine sind Granit, Granodiorit, Syenit, Diorit oder Gabbro. Das Magma kann riesige Gesteinsmassen bilden, die so genannten Plutone, die oft mehrere Tausend Kubikkilometer Gestein umfassen.

Magma kann jedoch auch in flüssigem Zustand zu Tage treten. An der Erdoberfläche im Kontakt mit Luft erkaltet es schnell und bildet dann die so genannten Vulkanite oder Extrusivgesteine (Ergussgesteine). Durch die rasche Abkühlung kommt es nur zur Bildung sehr kleiner Kristalle wie etwa beim Basalt oder Andesit. Weitere Beispiele sind Rhyolith und Trachyt. Oft existiert sogar überhaupt keine kristalline Ordnung, und es entsteht vulkanisches Glas wie beispielsweise Obsidian.

Ganggesteine bilden die Zwischenglieder von Plutoniten und Vulkaniten. Sie dringen in Spalten zwischen Magmakammer und Erdoberfläche ein, und erkalten dort als Gänge. Typisch für diese Gesteine ist das so genannte porphyrische Gefüge. Die relativ schnelle Abkühlung im Gang führt zur Herausbildung einer einheitlichen Grundmasse (Matrix). Allerdings haben sich schon auf dem Weg dort hin, in der Magmakammer, genau wie bei den Plutoniten, Kristalle herausgebildet. Diese Kristalle sind dann, wie z.B. beim Granitporphyr, als größere Einsprenglinge in der Grundmasse sichtbar. Weitere Beispiele für Ganggesteine sind z.B. Pegmatite, Aplite und Lamprophyre.

Metamorphe Gesteine (Metamorphite)[Bearbeiten]

Gneis
Hauptartikel: Metamorphes Gestein

Metamorphe Gesteine (Umwandlungsgesteine) entstehen aus älteren Gesteinen beliebigen Typs durch Metamorphose, das heißt durch Umwandlung unter hohem Druck beziehungsweise hoher Temperatur. Bei der Umwandlung ändert sich die Mineralzusammensetzung des Gesteins, weil neue Minerale und Mineralaggregate gebildet werden; der Gesteinschemismus bleibt aber weitgehend gleich. Daneben wird auch das Gesteinsgefüge transformiert. Beispielsweise entsteht aus Quarzsanden durch Rekristallation und die Ausbildung eines feinen Zements zwischen den Kristallkörnern das metamorphe Gestein Quarzit, aus Kalksteinen entsteht Marmor.

Weiträumige Metamorphose von Gesteinen findet meist in großer Tiefe statt, lokale Transformationen können aber auch nahe der Erdoberfläche auftreten, meist in Zusammenhang mit Vulkanismus oder seichten Granitintrusionen. Auch Meteoriteneinschläge führen zu Gesteinsmetamorphosen.

  • Regionalmetamorphose steht in Zusammenhang mit Gebirgsbildungen und ist häufig druckbetont. Die damit verbundene Faltung von Gesteinen durch Kompression führt zu Rekristallisation und Einregelung von Mineralen und der Ausbildung einer Schieferung. Ein Beispiel ist die Umwandlung von tonigen Sedimenten in Schiefer, oder von magmatischen Gesteinen in Gneis.
  • Kontaktmetamorphose bezeichnet die Gesteinsumwandlung durch Wärmeeinwirkung aus dem umgebenden Gestein heraus, entweder in lokalem Maßstab durch Aufheizen des Gesteins um kleinere magmatische Gänge herum bis hin zu großen Transformationszonen, sogenannten Aureolen, die sich um große, tiefsitzende plutonische Granit-Intrusionen herum bilden.

Sedimentgesteine (Sedimentite)[Bearbeiten]

Sandstein
Hauptartikel: Sedimentgestein

Sedimentgesteine (Ablagerungsgesteine, Sedimentite) entstehen

  • durch Verwitterung und Erosion von Gesteinen und erneute Ablagerung der Verwitterungsprodukte, wobei diese transportiert werden können durch Wind (zum Beispiel Löss), Wasser (zum Beispiel Ton und Sand) oder Eis (zum Beispiel Tillit)
  • durch Abscheiden von in Wasser gelösten Stoffen infolge Verdampfens des Wassers (Evaporit)
  • durch Ausfällen von Stoffen infolge des Stoffwechsels von Lebewesen (zum Beispiel Kalkstein und Radiolarit)

So werden Sedimentgesteine je nach Art ihrer Genese in klastische, chemische und organogene (biogene) Ablagerungsgesteine unterschieden.

Werden die Ablagerungen durch Sedimentation weiteren Materials bedeckt, verdichten sie sich durch Druck, Bindemittelzufuhr und erhöhte Temperatur unter zunehmendem Wasserverlust immer mehr, bis durch Neukristallisation und Kompaktion aus dem weichen Sediment ein hartes, sprödes Sedimentgestein entstanden ist. Darin werden die einzelnen Minerale und Gesteinsbruchstücke durch eine feinkörnige Grundmasse, die Matrix, zusammengehalten. Diese Veränderungen nach der primären Sedimentation bezeichnet man als Diagenese.

Beispiele für Sedimentgesteinene sind Sandstein, Kalkstein, und Steinsalz.

Sedimente lagern sich meist kumulativ in einer Abfolge horizontaler Schichten ab; durch die Reihenfolge der Ablagerung sind von Ausnahmefällen abgesehen höherliegende Schichten jünger als tieferliegende, eine Erkenntnis, die als Superpositionsprinzip oder Lagerungsgesetz auf den dänischen Arzt und Geologen Nicolaus Steno zurückgeht. Nach ihrer Entstehung können Sedimentgesteine starken Kräften unterliegen, infolge derer die ehemals flachen Schichten gefaltet und gekippt werden, so dass die Lage des Gesteins im Raum so stark verändert sein kann, dass die ursprüngliche Schichtfolge lokal umgekehrt ist.

Sedimente lassen sich grob in terrestrische Land- und marine Meeressedimente unterteilen. Zu terrestrischen zählt man auch Ablagerungen in Süßwasserseen oder Flüssen, die aus Sand oder Schlamm entstanden sind, sowie die organischen Pflanzenreste, aus denen Kohle hervorgegangen ist. Auch Wüstensedimente sowie Ablagerungen von Gletschern werden dieser Gruppe zugeteilt. Ein Grenzfall zwischen Vulkaniten und Sedimenten sind vulkanische Aschen und Tuffe.

Meeressedimente können durch Ablagerung von Erosionsmaterial anderer Gesteine auf dem Meeresgrund, durch von biochemischen Vorgängen verursachte Ausfällung, zum Beispiel von Karbonaten, und durch Ablagerung anorganischer Skelette von Mikroorganismen wie Foraminiferen, Coccolithophoriden (Haptophyta), Strahlentierchen (Radiolaria) und Kieselalgen (Bacillariophyta) entstehen.

Meteoriten[Bearbeiten]

Eisenmeteorit
Hauptartikel: Meteorit

Einen Sonderfall unter den Gesteinen bilden die Meteoriten, Gesteinskörper aus dem Weltraum. Meteoriten sind Überreste der ursprünglichen Materie des Sonnensystems und enthalten zahlreiche Minerale, die sich nicht in anderen Gesteinen irdischen Ursprungs finden lassen. Sie lassen sich nach ihrem Mineralgehalt einteilen in Steinmeteoriten, die in erster Linie aus Silikaten wie Olivin oder Pyroxen bestehen, Eisenmeteoriten, die sich häufig aus den Eisen-Nickel-Mineralen Kamacit und Taenit zusammensetzen und Stein-Eisen-Meteoriten, die einen Mischtyp darstellen. Die Größe von Meteoriten liegt zwischen der von Mikrometeoriten und riesigen, tonnenschweren Gesteinskörpern. Aus Schweden sind mehrere hundert Millionen Jahre alte fossile Meteoriten bekannt.

Irdischen Ursprungs, aber durch Meteoriteneinschläge gebildet sind die Tektite, zentimetergroße Glasobjekte, die durch einschlagbedingtes Schmelzen irdischen Gesteins und darauf folgendes schnelles Abkühlen an der Luft entstehen, und die Impaktite, die durch die starken mechanischen und thermischen Einwirkungen bei einem Meteoriten-Einschlag aus den am Einschlagsort vorhandenen Gesteinen entstehen wie etwa Suevit.

Gesteinskreislauf[Bearbeiten]

Gesteinskreislauf
Hauptartikel: Kreislauf der Gesteine

Magmatische, metamorphe und Sedimentgesteine werden durch geodynamische Prozesse wie Erosion, Gesteinsmetamorphose oder Sedimentation ineinander umgewandelt.

So unterliegen durch Erosion des Deckgesteins freigelegte metamorphe und magmatische Intrusivgesteine ebenso wie die an der Oberfläche gebildeten Sediment- und magmatischen Extrusivgesteine der Verwitterung und Erosion. In erster Linie durch wind- oder wasserbedingten Transport lagern sich die Verwitterungsbestandteile als Sedimente ab und bilden durch Verdichtung schließlich Sedimentgesteine. Diese wandeln sich wie auch magmatische Intrusivgesteine in großer Tiefe unter hohem Druck und hoher Temperatur in metamorphe Gesteine um. Der Kreislauf schließt sich, wenn diese entweder wieder an die Oberfläche gelangen oder durch weitere Absenkung ins Erdinnere aufgeschmolzen werden und damit das Rohmaterial für die Entstehung magmatischer Gesteine bilden.

Das älteste Gestein[Bearbeiten]

Das älteste bisher sicher datierte Gestein stammt aus der Acasta-Gneis-Formation des Slave Kratons im Nordwesten von Kanada mit 4,031 ± 0,003 Milliarden Jahren (datiert 1999) [1]. Forscher der McGill Universität in Kanada behaupteten 2008, im Nuvvuagittuq-Grünsteingürtel an der Hudson Bay im nördlichen Kanada ein noch älteres Gestein mit 4,28 Milliarden Jahren gefunden zu haben.[2] Diese Datierung ist noch umstritten,[3][4] das Alter dieser Gesteine ist weiterhin Gegenstand der Forschung.[5]

Aufgrund des Kreislaufs der Gesteine existieren auch Sedimentgesteine, die aus Bestandteilen (Mineralen) bestehen, die durch Erosion aus älteren Gesteinen freigesetzt wurden und daher älter sind. Ein Beispiel hierfür bilden die Metasedimente in den sogenannten Jack Hills (West-Australien) die vor 3 Milliarden Jahren abgelagert wurden, allerdings bis zu 4,4 Milliarden Jahre alte Zirkone enthalten.[6]

Bedeutung[Bearbeiten]

Gesteine dienten in der Menschheitsgeschichte als erster Werkstoff zur Herstellung von Werkzeug, den Steingeräten, und sind somit auch der Namensgeber für die älteste kulturhistorische Erdepoche, die Steinzeit. Archäologische Funde aus jener Zeit sind meist Steinartefakte. Steine bilden das älteste feste Baumaterial der menschlichen Kultur und die ältesten bekannten überlieferten Schriftträger menschlicher Schriftkultur.

Die Kunst, Steine zu bearbeiten nennt man Lithurgik.

In früheren Zeitepochen wurden aus Gesteinen gesamte Bauwerke erstellt. Heute sind sie ein wesentlicher Bestand im Innenausbau (Bodenbelag, Treppe, Fensterbank, Waschtisch und Küchenarbeitsplatte) und im Außenbau (Fassadenbekleidung oder Pflasterstein). Des Weiteren sind sie Grundlage bildlicher Darstellungen in der Kunst, besonders in der Lithografie und als Ausgangsmaterial der Bildhauerei. Schmucksteine, Edelsteine und Halbedelsteine sind als Schmuck beliebt. Lesesteinhaufen und Trockensteinmauern dienten früher als Markierung von Äckern und sind heute wertvolle Biotope. Ein Grenzstein wird zur Abgrenzung von Gebieten verwendet. Fossilien in Form von Versteinerungen zeugen von Lebewesen früherer Äonen, Epochen und Perioden und spielen eine große Rolle für das Studium vergangener Lebensformen, der Evolutionsgeschichte sowie für die Datierung von Gesteinsschichten.

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  • Maresch, W. und Medenbach O.: Steinbachs Naturführer Gesteine.München, 1996. ISBN 3-576-10699-5.
  • Peter Rothe: Gesteine. Entstehung - Zerstörung - Umbildung. Primus, Darmstadt, 2. durchgesehene Auflage 2005, ISBN 3-89678-536-2.
  • Roland Vinx: Gesteinsbestimmung im Gelände. München (Spektrum Akademischer Verlag) 2005 ISBN 3-8274-1513-6.
  • Friedrich Müller: Gesteinskunde. 7. Auflage. Ebner, Ulm 2005 ISBN 978-3-87188-122-0.
  • Hans Murawski /Wilhelm Meyer: Geologisches Wörterbuch. 11. Auflage, München (Spektrum-Akademischer Verlag) 2004 ISBN 3-8274-1445-8

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Gestein – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Wiktionary: Gestein – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Woher weiß man das Alter von Gesteinen? aus der Fernseh-Sendereihe alpha-Centauri (ca. 15 Minuten). Erstmals ausgestrahlt am 7. Jan. 2004.

Zur Kulturgeschichte des Steins
  • Matthias Bärmann (Hrsg.): Das Buch vom Stein - Texte aus 5 Jahrtausenden. Jung & Jung, Salzburg und Wien 2005. ISBN 3-902497-02-5.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Samuel A. Bowring, Ian S. Williams: Priscoan (4.00-4.03Ga) orthogneisses from northwestern Canada, in: Contributions to Mineralogy and Petrology, Volume 134, Issue 1, S. 3-16 (1999), Abstract.
  2. Ältestes Gestein der Welt
  3. Catherine Brahic: Discovery of world's oldest rocks challenged. New Scientist, 26. September 2008
  4. R. Andreasen, M.Sharma: Neodymium-142 evidence for Hadean mafic crust: Comment. Science, Bd. 325, S. 267–269, 2009 (Online-Version; pdf, 153 kB)
  5. John Adam et al.: Hadean greenstones from the Nuvvuagittuq fold belt and the origin of the Earth's early continental crust. Geology, v. 40, S. 363-366, 2012
  6. Jack Hills, Western Australia auf austhrutime.com, abgerufen am 24. Januar 2013.