Quelle Nummer 242
Rubrik 20 : GEOLOGIE Unterrubrik 20.00 : GEOLOGIE
GESTEINSKUNDE
HANSGEORG PAPE
LEITFADEN ZUR GESTEINSBESTIMMUNG
MIT TABELLE ZUR BESTIMMUNG DER WICHTIGSTEN GESTEINE
NACH EINEM SCHLUESSEL MIT MEHRFACHEN VERZWEIGUNGEN
FERDINAND ENKE VERLAG STUTTGART 1971, S. 23-
001 Entstehung und Eigenschaften der Sedimente.
002 Die Verwitterung der Gesteine. Vom Zeitpunkt ihrer
003 Entstehung an sind die Gesteine Veränderungen und der
004 Zerstörung unterworfen. Meist wird eine durch tektonische
005 Vorgänge (Faltung, Bruchtektonik) bewirkte Zerstückelung der
006 Gesteinskörper zu beobachten sein. Wenn das Gestein in den
007 Oberflächenbereich der Lithosphäre gelangt, beginnt die
008 Verwitterung. Physikalische Verwitterung. In
009 ariden Gebieten, in denen das Gestein weder von einem Boden noch
010 von einer Pflanzendecke bedeckt ist, herrscht die physikalische
011 Verwitterung vor. Einerseits ist das Gestein rein
012 physikalischen Vorgängen ungeschützt ausgesetzt, andererseits
013 werden bei einem Mangel an Wasser die Vorgänge der chemischen
014 Verwitterung zurückgedrängt. Durch die physikalische
015 Verwitterung wird ein Ausgangsgestein in Verwitterungsschutt
016 umgewandelt. Bei der Temperaturverwitterung sind
017 große Temperaturschwankungen, wie sie durch starke
018 Sonneneinstrahlung am Tage und starke Abkühlung des Nachts
019 auftreten können, wirksam. Da die Ausdehnungskoeffizienten
020 verschiedener Mineralkomponenten unterschiedlich sind und außerdem
021 das Gestein sehr ungleichmäßig von der Oberfläche her temperiert
022 wird, treten häufig wechselnde Spannungen auf, die zu einem
023 Zerfall des Korngefüges und einer Zerkleinerung durch Spaltung
024 an Spaltflächen führen. In bereits vorhandene feine
025 Haarrisse des Gesteins dringt leicht Wasser ein und wird dort
026 durch Kapillarkräfte festgehalten. Da beim Gefrieren Eis ein
027 größeres Volumen einnimmt als die ursprüngliche Wassermenge,
028 treten durch diesen Vorgang Spannungen auf, die zur
029 Frostsprengung führen. Während die Frostsprengung in
030 kalten Klimabereichen eine Rolle spielt, ist im warm ariden Klima
031 ein ähnlicher Vorgang, die Salzverwitterung, wichtig.
032 Wenn das Wasser aus den Haarrissen verdampft, kristallisieren die
033 vorher gelösten Salze aus und erzeugen einen Kristallisationsdruck,
034 der zur Zerkleinerung des Gesteins führt. Chemische
035 Verwitterung. Unter dem Einfluß der Atmosphärilien (Formel), (Formel),
036 (Formel) (Stoffe der Atmosphäre) verwittern die Gesteine chemisch.
037 Aus dem Ausgangsgestein gehen im allgemeinen ein
038 Verwitterungsrückstand und eine Verwitterungslösung hervor.
039 Hydrolytisch(oder Silikatverwitterung. Unter den
040 Silikaten befinden sich einige der wichtigsten gesteinsbildenden
041 Minerale. Zum großen Teil sind sie wie bei den magmatischen
042 Gesteinen bei hoher Temperatur und hohem Druck entstanden, wo sie
043 stabile Modifikationen darstellen. Unter den Bedingungen der
044 Erdoberfläche dagegen (bei niedriger Temperatur und niedrigem
045 Druck) sind viele Inselsilikate und einfache
046 Kettensilikate (Olivin, Pyroxene) instabil, so daß sie bei
047 Anwesenheit von Wasser einerseits in voluminösere Schicht
048 strukturen und Gerüststrukturen umgebaut werden,
049 andererseits werden in die neuen Gitter auch häufig
050 Hydroxylgruppen ((Formel)) eingebaut. Wichtigstes Beispiel der
051 Silikatverwitterung ist die Feldspaltenverwitterung, die in aridem
052 und humidem Klima verschieden verläuft. Im ariden Klima werden
053 die Alkalien, die Erdalkalien und die Kieselsäure mit der
054 Verwitterungslösung abgeführt, während Aluminiumhydrate
055 den Verwitterungsrückstand bilden. Danach heißt diese
056 Verwitterungsform allitische Verwitterung. Bei der
057 siallitischen Verwitterung des humiden Klimas bilden unter dem
058 Einfluß der vorhandenen Humussäuren Siliziumhydrate
059 und Aluminiumhydrate zusammen den
060 Verwitterungsrückstand in Form von Tonmineralen. In die
061 Verwitterungslösung gehen nur Alkalien und Erdalkalien.
062 Oxidationsverwitterung. Durch den Sauerstoff wirkt die
063 Atmosphäre oxidierend auf die Lithosphäre ein, so daß die
064 meisten Elemente an der Erdoberfläche in der höchsten und nach
065 dem Erdinnern zu in einer immer niedrigeren Oxidationsstufe
066 vorliegen. Das läßt sich am besten beim Eisen zeigen, das nach
067 der Nickel-Eisen-Theorie im Erdkern nullwertig ist. Im
068 Mantel und in der tieferen Erdkruste ist es in den dort gebildeten
069 Mineralen zweifach positiv. So kommt es in vielen grüngefärbten
070 Silikaten (Olivin) vor. An der Erdoberfläche schließlich
071 erscheinen die roten und braunen Farben des dreiwertigen Eisens in
072 seinen Oxiden und Hydroxiden. Im Ausstrichbereich von
073 Erzlagerstätten kommt es oft zu einer Anreicherung der Metalle in
074 Form ihrer Oxidationsprodukte. Da diese Lagerstättenteile an
075 der Oxidationsfarbe des Eisens erkennbar sind, heißen sie auch
076 der " eiserne Hut ". Wegen der größeren Löslichkeit von
077 Eisen (2) hydroxid gegenüber Eisen (3) hydroxid ist die
078 zweiwertige Stufe die Transportform des Eisens; in der
079 dreiwertigen Form wird es ausgeschieden und festgelegt. Bei der
080 Verwitterung vieler Silikate und Karbonate bleibt das Eisen beim
081 Übergang in die Verwitterungslösung zweiwertig. Die
082 Fortführung von dreiwertigem Eisen gelingt durch vorherige
083 Reduktion zur zweiwertigen Stufe, wobei häufig organische Stoffe
084 als Reduktionsmittel dienen. Lösungsverwitterung.
085 Unter den Bedingungen der Erdoberfläche nehmen an den meisten
086 Reaktionen wäßrige Lösungen teil. Bei Übersättigungen, die
087 durch Temperaturänderungen, Verdampfung oder Wechsel des
088 Säuregrades entstehen, treten die gelösten Ionen vorzugsweise zu
089 salzartigen Kristallen zusammen. Der umgekehrte Vorgang, die
090 Lösung in Wasser, ist die typische Verwitterungsform dieser
091 Stoffe. Kohlensäureverwitterung. Manche Gesteine
092 lösen sich besonders stark in Wasser, das durch Gehalt an
093 Kohlensäure ((Formel)) schwach sauer reagiert. Das gilt vorzugsweise
094 für Karbonate. Die Bildung von chemischen Sedimenten
095 aus Verwitterungslösungen (Dargestellt anhand eines geochemischen
096 Schaubildes). Im geochemischen Schaubild ist die Erdkruste
097 mit einem Teil des Meeres im Querschnitt und in der Aufsicht
098 dargestellt. Durch Verwerfungen ist eine Gliederung in einzelne
099 Schollen eingetreten, deren relative Tiefenlage an der Höhe der
100 Oberfläche einer stark gefalteten, älteren silikatischen
101 Sedimentgesteinsserie zu erkennen ist. Am höchsten liegt die
102 Scholle ganz links, bei der diese bei einer Gebirgsbildung
103 gefalteten Schichten bis ins Abtragungsniveau gelangt sind.
104 Außerdem ist in diesem Teil ein Granitkörper mit einem Erzgang
105 vorhanden. Auf den Störungen im rechten Teil des Bildes sind
106 basaltische Laven aufgedrungen, die an der Oberfläche vulkanische
107 Decken bilden, zum Teil untermeerisch. Als vulkanische
108 Exhalationen werden Chloride, (Formel) und (Formel) ausgeschieden. Der
109 Schwefelwasserstoff wird durch den Sauerstoff der Luft zu (Formel)
110 oxidiert, gelangt mit dem Regen in den Boden, wo
111 Schwefelbakterien aus der Weiteroxidation bis zum (Formel) Energie
112 schöpfen. Über der gefalteten Schichtgesteinsserie liegt eine
113 jüngere Serie, die vorwiegend aus chemischen Sedimentgesteinen
114 besteht. Das darin enthaltene Salzlager ist in der Tiefe
115 plastisch in Bewegung geraten und als Salzstock bis zur
116 Oberfläche emporgedrungen. Zu beiden Seiten sind die jüngeren
117 Schichten aufgeschleppt. Dadurch gelangte auch der Anhydrit ((Formel))
118 an die Oberfläche und wandelte sich durch Wasseraufnahme in
119 Gips ((Formel)) um. Auf den verschiedenen Gesteinskörper lagern
120 oberflächlich Verwitterungsrückstände, und die
121 Verwitterungslösungen werden durch Bäche und Flüsse ins Meer
122 transportiert. Auf dem Gipfel des Granitmassivs lagert Hochmoor,
123 unter dem der Granit durch humose Wässer siallitisch zu Kaolin
124 verwittert. Aus diesem Gebiet entspringt saures Moorwasser. Am
125 Ausstrich des Erzganges hat sich eine Verwitterungslagerstätte
126 gebildet, die an Erzmineralien - z. T. sehr bunte -
127 Schwermetallsalze führt (z. B. Kupferlasur (Formel) blau,
128 Malachit (Formel) grün, Cerussit Pb (Formel) weiß, ferner
129 Schwermetalloxide und Schwermetall hydroxide (Brauneisen
130 (Formel)). Im Bereich der älteren silikatischen Sedimentgesteine
131 wird wenig gelöst, so daß die Bäche dort ein weiches
132 Trinkwasser führen. Über dem Salzstock lagert ein toniger und
133 gipsreicher Lösungsrückstand (Gipshut). Bei hoher Lage des
134 Salzspiegels läßt sich eine Versalzung des Wassers feststellen.
135 Aus dem Gebiet der Gipsgesteine und Karbonatgesteine
136 stammt hartes Wasser, das die Erdalkalien als Hydrogenkarbonat
137 und Sulfat gelöst enthält. Für die anzustellenden geochemischen
138 Überlegungen ist das Vulkangebiet wichtig, indem es in Form von
139 Exhalationen die wichtigsten Nichtmetalle liefert. So läßt sich
140 der NaCl-Gehalt des Meeres Primär aus den
141 Verwitterungslösungen magmatischer Gesteine ableiten, wobei (Formel)
142 aus Exhalationen und Restlösungen, (Formel) hauptsächlich aus saurem
143 Tiefengestein stammt. Durch ständige Eindampfung des Wassers in
144 einzelnen Meeresteilen kann es zu Ausscheidung von NaCl und
145 Bildung von Salzlagerstätten kommen, die später wieder in den
146 Verwitterungsbereich gelangen. Zu diesem Kreislauf kommt ein
147 anderer, durch den dem Meer auch wieder NaCl entzogen wird. Bei
148 Wind und Sturm nimmt die Luft über dem Meer Wassertröpfchen
149 auf, die schnell verdunsten, doch das ausgeschiedene Salz wird
150 weit ins Inland verfrachtet. Von den chemischen Bestandteilen der
151 Verwitterungslösungen, die von den Flüssen ins Meer geschafft
152 werden, haben sich dort (Formel), (Formel), (Formel) und (Formel) in hoher
153 Konzentration angereichert. Andere Ionen und Molekülgruppen
154 werden beim Eintritt ins Meer zu chemischen Sedimenten ausgefällt.
155 Das Eisen bildet entweder in seiner zweiwertigen Form grüne
156 Schichtsilikate oder es wird in sauerstoffreichem, bewegtem Wasser
157 zur dreiwertigen Stufe oxidiert und als Brauneisen ausgeschieden.
158 So werden in dem einen Falle silikatische, im anderen oxidische,
159 sedimentäre Eisenerzlagerstätten gebildet. Mit dem Aluminium,
160 das als Tontrübe ins Meer gelangt, bildet die Kieselsäure
161 Tonminerale (Schichtsilikate), in die große Mengen (Formel)
162 eingebaut werden. Während NaCl und (Formel) nur in Ausnahmefällen
163 als Sediment entstehen, wird die Übersättigung für die (Formel) -
164 Ausfällung viel leichter erreicht, besonders in flacheren,
165 wärmeren Meeresteilen. Dort kommt es anschließend häufig zu
166 einer Umwandlung des Kalkschlammes in Dolomit, wobei (Formel)
167 aufgenommen wird. In schlecht durchlüfteten Meeresbecken werden
168 Schwermetalle durch Schwefelwasserstoff als Sulfide (Bleiglanz
169 (Formel), Kupferkies (Formel), Pyrit (Formel)) ausgefällt (Beispiel:
170 Mansfelder Kupferschiefer). Größere Mengen (Formel) können durch
171 submarine Exhalationen ins Meer geraten. Gewöhnlich aber wird
172 der Schwefelwasserstoff durch sulfatreduzierende Bakterien und bei
173 der Fäulnis organischer Substanz gebildet. Die
174 Vorgänge der Abtragung und des Transportes. Mit einer Lage
175 an der Erdoberfläche sind Gestein und Verwitterungsprodukte der
176 Abtragung durch Wasser, Eis oder Wind unterworfen.
177 Daran schließt sich der Transport an. Transportgut sind
178 Verwitterungslösungen, Verwitterungs rückstände,
179 Verwitterungsschutt und Abtragungsschutt unverwitterten Gesteins.
180 Als Transportmedien wirken Wasser, Eis und Wind. Folgende
181 Vorgänge verändern während des Transportes das Transportgut:
182 Vermischung von Material mit verschiedener
183 Herkunft Zerkleinerung von festem Transportgut
184 Abrundung von Körnern und Geröllen Klassierung
185 nach der Korngröße Sortierung nach der stofflichen
186 Beschaffenheit aufgrund des spezifischen Gewichtes und der
187 Widerstandsfähigkeit gegen chemische und mechanische Zerstörung
188 (Bildung von Diamantseifen, Goldseifen,
189 Zinnsteinseifen Schwermineralseifen). In der
190 Brandungszone oder unterhalb von Stromschnellen können diese
191 Minerale wegen ihrer genannten Eigenschaften angereichert werden.
192 Klassierung und Sortierung treten nur bei Wassertransport
193 und Windtransport ein. Die Ablagerung vorwiegend
194 klastischer Sedimente. Auf den Transport folgt die
195 Ablagerung. Aus den gelösten Stoffen werden durch
196 Auskristallisation bei Übersättigung chemische Sedimente
197 gebildet. Festes Transportgut ergibt klastische oder
198 Trümmersedimente, wenn die Transportkraft von Wasser oder Wind
199 nicht mehr ausreicht oder das Eis abschmilzt. Im Wasser werden
200 meist gut klassierte Sedimente abgelagert, die bei hoher Turbulenz
201 oder starker Strömung große Korngrößen, bei geringerer
202 Turbulenz oder schwächerer Strömung entsprechend kleinere
203 Korngrößen besitzen. So folgen im Verlauf eines Flusses
204 verschiedene Ablagerungsräume aufeinander, die in Abb. 27
205 dargestellt sind. Im Meer läßt sich der Übergang von der
206 Ablagerung grober Strandgerölle in der Brandungszone zu
207 Tonsedimentation in Stillwasserbecken feststellen. Vom Wind
208 werden hauptsächlich kleine Korngrößen (Feinsand und Schluff)
209 aufgenommen und zwar in Gebieten ohne Pflanzendecke (am
210 Küstensaum, in kalt-ariden und warm-ariden
211 Gebieten), wo Dünenbildung zu beobachten ist. In den
212 Abschmelzrückständen des Eises (Gestein: Geschiebemergel,
213 Gesteinskörper: Moräne) sind alle Korngrößen enthalten,
214 und die groben Komponenten weisen eine sehr geringe Kantenrundung
215 auf. Durch Schmelzwässer kann eine Auswaschung der feinen und
216 mittleren Korngrößen und eine Klassierung und Ablagerung als
217 Sander folgen. Die feine Trübe setzt sich in Eisstauseen als
218 Becken-ton ab, der durch dunkle Winterschichten und
219 helle, etwas groberkörnige Sommerschichten gebändert sein kann
220 und dann Bänderton heißt. Wenn die Moränen trocken
221 daliegen, wird hauptsächlich die Schlurff-Fraktion von Wind
222 ausgeblasen und vorwiegend im Windschatten von Bergen als
223 Löß abgelagert. Da Geschiebemergel und Löß feinkörnigen
224 Kalk enthalten, der aus den während des Eistransports zerriebenen
225 Kalksteinen herstammt, brausen diese Gesteine mit kalter,
226 verdünnter Salzsäure. Ihre entkalkten Verwitterungsrückstände
227 heißen Geschiebelehm und Lößlehm. Die Bildung
228 organogener Sedimente. Während chemische und klastische
229 Sedimente ihren Ursprung in irgendwelchen Ausgangsgesteinen haben,
230 gibt es als dritte Gruppe die organogenen Sedimente, die
231 sich von der Biosphäre ableiten lassen. Dabei handelt es sich um
232 erhaltungsfähige Substanzen des Pflanzenreiches, z. B.
233 Torf, und des Tierreichs, z. B. Schill
234 (vorwiegend kalkige Hartteile von Schnecken, Muscheln usw.),
235 Knochenbreccien (Anhäufungen zerbrochener Knochenteile),
236 Kieselgur (kieselige - aus (Formel) bestehende - Gehäuse von
237 Diatomeen (Kieselalgen), Radiolarienschlick (kieselige
238 Gehäuse von Radiolarien (einzellige Meerestiere). Die
239 Entstehung von Torf. Im norddeutschen Flachland und auf den
240 Höhen der Mittelgebirge bildeten sich Hochmoore, die im
241 wesentlichen vom Torfmoos (Sphagnum) aufgebaut sind.
242 Entscheidend für das Wachstum dieser Pflanzen sind reichliche
243 Niederschläge, die vom Mooskörper wie von einem Schwamm
244 aufgesogen und gespeichert werden. Dazu sind besondere
245 differenzierte Zellen in den Blättern vorhanden, die durch
246 Leisten verstärkte und mit Poren versehene Zellwände bauen und
247 frühzeitig absterben. Danach liegen sie zwischen den grünen
248 assimilierenden Zellen als farblose Wasserschläuche. In den
249 Stämmchen liegen außen zwei Schichten hoher Zellen, die der
250 Wasseraufnahme und Wasser leitung dienen. Als Biotop
251 ist das Moor sehr nährstoffarm, da die für die
252 Pflanzenernährung erforderlichen Salze nur durch Regenwasser und
253 Staub zugeführt werden. Während die Torfmoore nach oben
254 ständig weiterwachsen, so daß sich das Moor uhrglasförmig über
255 die Umgebung emporwölbt, sterben ihre rückwärtigen Abschnitte
256 ab und werden von Bakterien zu Humussäuren abgebaut. Nach dem
257 Grad der Zersetzung werden nach v. POST 10
258 Humositätsgrade unterschieden, die durch Zerdrücken einer
259 feuchten Torfprobe in der geschlossenen Hand bestimmt werden.
260 Beim wenig oder unzersetzten Weißtorf aus den obersten
261 Schichten des Moores fließt klares Wasser ab. Darunter liegt
262 der Brauntorf, dessen abgepreßtes Wasser von
263 Humuskolloiden dunkel trübe ist und einen breiigen Preßrückstand
264 ergibt. Einteilung der klastischen Sedimente in
265 Korngrößenklassen. Bei der Schaffung von Korngrößenklassen
266 wird für die großen Körper eine grobe Einteilung, für kleine
267 Teilchen eine entsprechend feinere Einteilung gewählt. Wenn die
268 Maxima (Formel) der Klassen (Formel) durch folgende Rechenvorschrift
269 bestimmt werden, können die gewonnenen Klassen Namen erhalten,
270 die den volkstümlichen Vorstellungen von Sand, Kies und
271 dergleichen entsprechen. Rechenvorschrift: (Formel) In die n-te
272 Klasse gehören alle Körner, für deren Durchmesser D gilt:
273 (Formel). Diese Einteilung besitzt den Vorteil, daß nach dem
274 Logarithmieren die neuen Grenzen (Formel) im gleichen Abstand
275 aufeinanderfolgen, so daß sich die Korngrößenklassen gut
276 graphisch darstellen lassen. Eigenschaften und
277 Erkennungsmerkmale der wichtigsten Lockergesteine.
278 Lockergesteine haben ganz bestimmte Eigenschaften, die mit der
279 Korngröße zusammenhängen. Bei Sand und Kies sind mit
280 bloßem Auge Körner zu erkennen, und sie fühlen sich körnig
281 an. In feuchtem Zustand lassen sich zwar bei den feineren
282 Sandfraktionen größere Klumpen bilden, die aber beim geringsten
283 Druck zerfallen. Schluff und Ton werden als bindige Sedimente
284 von den körnigen, nicht bindigen abgetrennt, denn sie lassen sich
285 feucht zu mehr oder weniger plastischen Kügelchen formen, die nach
286 dem Trocknen feste Klumpen bilden. Trockene Schluffklumpen
287 lassen sich zwischen den Fingern zerdrücken, trockene Tonkugeln
288 nicht.
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