Als Gestein bezeichnet man mehr oder weniger stark verfestigte, natürlich auftretende, in der Regel mikroskopisch heterogene Gemische aus Mineralkörnern, Gesteinsbruchstücken, organischen oder anorganischen Ausscheidungen oder Rückständen von Lebewesen. Das Mischungsverhältnis dieser Bestandteile schwankt innerhalb eines gegebenen Gesteinskörpers nur geringfügig, sodass dieser bei freiäugiger Betrachtung in der Regel einheitlich (homogen) wirkt.
Die Untersuchung der Lithogenese oder Gesteinsbildung ist zentrales Gebiet der Petrologie und Geologie, aber auch der Geophysik und Geochemie.
Die meisten Gesteine der Erdkruste sind Silikatgesteine, nur ein kleiner Teil der Gesteine besteht überwiegend aus Karbonaten oder anderen Mineralklassen oder Stoffgruppen.
Ein größeres Volumen eines bestimmten Gesteines, das sich in der Erdkruste befindet oder im Gelände zu Tage tritt, wird gemeinhin als Gesteinsformation bezeichnet.
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.
Die Erde (wie die inneren Planeten des Sonnensystems) baut 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.
Gesteine bestehen im Wesentlichen aus Mineralen, von denen aber nur etwa 30 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.
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.
Gesteine lassen sich entsprechend ihrer Entstehung (Genese) grob in drei Klassen unterteilen: magmatische Gesteine, Sedimentgesteine, und metamorphe Gesteine. Innerhalb dieser Klassen wird weiter untergliedert. Die gesamte Geschichte eines Gesteins, von seiner ursprünglichen Bildung bis zu seinem heutigen Zustand, wird als Petrogenese bezeichnet.
Magmatische Gesteine (Magmatite, Erstarrungsgesteine) entstehen durch das Erkalten und Auskristallisieren des geschmolzenen Materials aus dem Erdinneren, des so genannten Magmas.
- Findet das Erkalten tief in der Erdkruste statt, spricht man von Plutoniten oder Intrusivgesteinen (Tiefengestein). Beispiele für plutonische Gesteine sind Granit, Syenit, Diorit oder Gabbro.
- Magma kann jedoch auch in flüssigem Zustand als Lava an der Erdoberfläche austreten. Dort erkaltet sie schnell und bildet dann die so genannten Vulkanite oder Effusivgesteine (Ergussgesteine). Beispiele für Vulkanite sind Basalt, Andesit, Rhyolith, Trachyt oder Obsidian („vulkanisches Glas“).
- Ganggesteine bilden die Zwischenglieder von Plutoniten und Vulkaniten. Sie dringen in Spalten zwischen Magmakammer und Erdoberfläche ein und erstarren dort als Gänge. Beispiele für Ganggesteine sind Granitporphyr, Dolerit und Lamprophyr.
Metamorphe Gesteine (Metamorphite, Umwandlungsgesteine) entstehen aus älteren Gesteinen beliebigen Typs durch Metamorphose, das heißt durch Umwandlung unter hohem Druck beziehungsweise hoher Temperatur.
- Beispielsweise entsteht aus Quarzsandsteinen durch Anwachsen von Quarzsäumen an die Sedimentkörner und die daraus resultierende enge Verzahnung der Körner miteinander das metamorphe Gestein Quarzit, aus Kalksteinen entsteht durch Rekristallisation der Marmor.
- Weiträumige Metamorphose von Gesteinen findet meist in großer Tiefe statt, ein Beispiel ist die Umwandlung von tonigen Sedimenten in Schiefer, oder von magmatischen Gesteinen in Gneis.
- Lokale Transformationen können aber auch nahe der Erdoberfläche auftreten, meist im Zusammenhang mit Vulkanismus. Auch Meteoriteneinschläge führen zu Gesteinsmetamorphosen (sogenannte Impaktmetamorphose).
Sedimentgesteine (Sedimentite, Ablagerungsgesteine) entstehen:
- durch Verwitterung und Erosion von Gesteinen und erneute Ablagerung der Verwitterungsprodukte, wobei diese zuvor transportiert werden durch Wind (zum Beispiel Dünensand), Wasser (zum Beispiel Ton und fluviatile Schotter) 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 nach Art ihrer Bildung in klastische, chemische und biogene Ablagerungsgesteine unterschieden. Beispiele für Sedimentgesteine sind Sandstein, Kalkstein und Steinsalz.
- Meeressedimente können durch Ablagerung von Erosionsmaterial anderer Gesteine auf dem Meeresgrund, durch von biochemischen Vorgängen verursachte Ausfällung, zum Beispiel von Karbonaten, sowie durch Ablagerung anorganischer Skelette von Mikroorganismen wie Foraminiferen, Strahlentierchen (Radiolaria) und Kieselalgen entstehen.
Meteoriten bilden einen Sonderfall unter den Gesteinen, nämlich Gesteinskörper aus dem Weltraum. Meteoriten sind Zeugnisse der Frühgeschichte 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. Fast alle bekannten Meteoriten gingen, geologisch betrachtet, vor sehr kurzer Zeit auf der Erde nieder. Nur ein sehr geringer Teil liegt als sogenannte „fossile Meteoriten“ vor.
Tektite sind irdischen Ursprungs, aber durch Meteoriteneinschläge gebildet, 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 Meteoriteneinschlag aus den am Einschlagsort vorhandenen Gesteinen entstehen, wie etwa Suevit.
Magmatische, metamorphe und Sedimentgesteine werden im Gesteinskreislauf durch geodynamische Prozesse wie Erosion, Gesteinsmetamorphose oder Sedimentation ineinander umgewandelt.
Es gibt Indizien dafür, dass ein Teil eines bei der Mondmission Apollo 14 gefundenen Steins ursprünglich auf der Erde kristallisierte, dies wäre mit einer Datierung von 4,0–4,1 Milliarden Jahren der wahrscheinlich .älteste Stein der Erde.
Das älteste bisher sicher datierte Gestein stammt aus der Acasta-Gneis-Formation des Slave-Kratons im Nordwesten Kanadas mit 4,03 Milliarden Jahren (datiert 1999). 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. Diese Datierung ist umstritten, das Alter dieser Gesteine ist weiterhin Gegenstand der Forschung.
Körner aus Mineralen, die besonders widerstandsfähig gegen Verwitterung sind, beispielsweise Quarz, können mehrfach zumindest den exogenen Teil des Gesteinskreislaufs durchlaufen, sie „überleben“ quasi das Gestein, in welchem sie ursprünglich entstanden sind.
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.
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. [1]
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Unter dem Kreislauf der Gesteine versteht man in den Geowissenschaften jenen Zyklus, in dessen Verlauf Gesteine entstehen, verändert werden können und schließlich auf verschiedene Weisen wieder zerstört werden. Ein solcher Zyklus dauert in der Regel rund 200 Millionen Jahre.
Die verschiedenen Gesteinstypen und Einzelgesteine werden durch geodynamisch vermittelte Prozesse ineinander umgewandelt.
Die Gesteinsklassen sind:
- Magmatite (Plutonite, Ganggesteine und Vulkanite),
- Sedimentite (klastisch, chemisch und biogen),
- Metamorphite (niedergradig, z. B. Phyllit, mittelgradig, z. B. Gneise, und hochgradig, z. B. Granulit).
Die Prozesse sind:
- Verwitterung und Abtragung (Erosion),
- Sedimentation (Ablagerung),
- Diagenese (Verfestigung),
- Metamorphose (Umwandlung durch Druck und Hitze),
- Anatexis (Aufschmelzung),
- Kristallisation (Erstarrung),
- Vertikalbewegungen der Erdkruste (Hebung und Senkung).
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