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Kreislauf der Gesteine



Auch wenn Gesteine als feste Massen den Anschein erwecken, dass diese starr und unveränderlich sind, kann dennoch bspw. aus einem Granit Gneis oder Sandstein werden. Zu erklären durch den Kreislauf der Gesteine.

Steine im Wandel

Lange Zeit gingen Wissenschaftler und Gelehrte davon aus, dass alle geologische Vorgänge auf der Welt durch die Hand Gottes erfolgten.
Dem schottischen Geologen James Hutton (1726 bis 1797) ist es zu verdanken, dass die Geodynamik im 18. Jahrhundert zunehmend wissenschaftlich betrachtet wurde. Er erkannte, dass die Welt dem stetigen Wandel von Gesteinsentstehung, -zerstörung und –wiederaufbau unterliegt. Hutton stützte seine Gedanken auf Beobachtungen, Rekonstruktionen und physikalischen sowie geowissenschaftlichen Gesetzen.


Bild 1: Kreislauf der Gesteine

Die Mechanismen vom Kreislauf der Gesteine

Der Motor des Kreislaufs der Gesteine ist das Zusammenspiel exogener und endogener Kräfte.
Exogene Kräfte sind an der Erdoberfläche aktiv und bewirken einen permanent stattfindenden Zyklus von Erosion, Transport und Ver- und Ablagerungen von Gesteinen sowie Verwitterung.
Endogene Kräfte finden in der Erdkruste statt und äußern sich in Form von Tektonik, Magmatismus und Metamorphose.


Der Kreislauf der Gesteine ist demnach die Erklärung für die Vorgänge des Entstehens und Vergehens von Gesteinen – namentlich unterschieden werden der Entstehung nach Sedimentgesteine, magmatische und metamorphe Gesteine. Deren Struktur, Farbe, Textur und Zusammensetzung ermöglicht Rückschlüsse auf die Bildung und Herkunft der gesteinsaufbauenden Minerale, sog. Gemengteile.

Das Prinzip vom Kreislauf der Gesteine

Der Kreislauf der Gesteine ist geprägt durch mehrere Phasen, die einen in sich geschlossenen Kreislauf ergeben.
Sobald Steine an die Erdoberfläche gelangen oder auf selbiger entstehen, unterliegen diese alle den Einflüssen der Verwitterung. Abhängig vom Zusammenhalt der Minerale im Gestein und eventueller Bindemittel, klimatischen Gegebenheiten und dem Vorhandensein von Verwitterungsbeschleunigern wie Säuren resultiert eine unterschiedliche Verwitterungsstabilität innerhalb verschiedener Zeiträume und unter den verschiedenen Gesteinen.
Locker geschichtete Sandsteine verwittern bspw. schneller als Granite mit fest zusammenhängendem Gefüge. Ob der als Ergebnis der Verwitterung entstandene Verwitterungsschutt vom Ort der Entstehung verlagert wird, entscheiden Transportmedien und auch die Größe der Sedimente.

Die wichtigsten Transportmedien sind dabei Wasser, Wind und Gletscher.
Mitunter können anhand der Kornform der gesteinsaufbauenden Gemengteile Rückschlüsse auf Transportdauer und –medium gezogen werden. So weisen Konglomerate gerundete Körner auf, die auf eine lange Transportzeit und intensive Bearbeitung durch Wind, Wasser, Eis und den Untergrund, über den der Transport erfolgte, schließen lassen. Die Gemengteile von Brekzien hingegen sind kantig und wurden nur über kurze Distanzen verlagert.


Damit aus lockeren Sedimenten am Ablagerungsort tatsächlich ein Gestein - in diesem Fall ein Sedimentgestein entsteht - hängt von den Bedingungen vor Ort ab; vor allem. vom Vorhandensein möglicher Kittmaterialien, welche die losen Bestandteile miteinander verbinden. Für eine Verfestigung der einstigen Lockermaterialien in Sedimentiten sorgen zum Beispiel Kalk, Kieselsäure oder auch Tonminerale.
Mitunter sind Sedimentgesteine sehr kompakt und dennoch nicht unvergänglich.


Wie jedes andere Gestein auf der Erde können Sedimentgesteine unter besonderen Voraussetzungen der Gesteinsmetamorphose und/oder der Aufschmelzung in Gänze oder zu Teilen (d.h. das Gestein wird durch hohe Temperaturen flüssig zu Magma) unterliegen. Die Gesteinsumwandlung erfolgt auf zweierlei Weise.
Bei der Regionalmetamorphose werden Gesteine – Sedimentgesteine, magmatische und metamorphe Gesteine, durch hohe Druck- und Temperaturverhältnisse verändert. Solche Bedingungen herrschen z.B. bei Vorgängen der Gebirgsbildung, Plattenverschiebungen wie Erdbeben oder weiteren tektonischen Aktivitäten.
Dem steht die Kontaktmetamorphose gegenüber, bei der aus dem Erdinneren aufsteigende, mehrere hundert Grad Celsius heiße Magmen oder erhitzte Plutonite (d.h. Tiefengesteine) allein durch die hohen Temperaturen in der Lage sind, Gesteine der näheren Umgebung, die Kontaktgesteine, umwandeln – siehe Skarn.

Das Kennzeichen metamorphosierter Gesteine ist eine Neuanordnung der Gemengteile sowie die Rekristallisation nach eventueller Aufschmelzung oder Teilaufschmelzung der Gesteine infolge des Drucks und der hohen Temperaturen – entweder sind die "neuen" Gesteine in der Textur nun "ordentlich" eingeregelt wie bei Gneis, geschichtet und gefaltet wie bei Schiefer oder richtungslos wie bei Quarzit.
Teilweise ist die Metamorphose verbunden mit der Entstehung neuer Minerale: Granat und Glimmerminerale sind bekannte Beispiele für Minerale metamorphen Ursprungs.


Übersteigen Druck und Temperatur bestimmte Grenzen – je nach Gestein ab ca. 10.000 kbar und 800 °C – kommt es zur Aufschmelzung des Gesteine (Anatexis); entweder zu Teilen oder vollständig. Das verflüssigte Gestein geht in Magma über und vermischt sich bisweilen mit Magmen anderer Zusammensetzung.
Möglich ist das insbesondere bei tektonischen Prozessen, vor allem im Bereich der Subduktionszonen, aber auch während hochgradiger Gesteinsmetamorphosen. Das Magma bleibt anschließend so lange flüssig, bis der Schmelzpunkt der gesteinsbildenden Minerale erreicht wird, d.h. bis die Magma so weit abgekühlt ist, dass die ersten Minerale wieder auskristallisieren, die dann als Mineralaggregat, also als Gestein, speziell in Form eines Tiefengesteins unterhalb der Erdoberfläche erstarren.


Gelangt die Magma als Lava an die Erdoberfläche werden Ergussgesteine, sogenannte Vulkanite, gebildet (Magma = Gesteinsschmelze unterhalb der Erdoberfläche, Lava = Magma, das an die Erdoberfläche gelangt ist).
Bis Plutonite (Tiefengesteine, unter der Erdoberfläche gebildet, z.B. Granit) an der Erdoberfläche sichtbar sind, vergehen viele Jahrtausende, da diese von aufliegenden Gesteinsschichten bedeckt sind. Bei Verwitterung des überdeckenden Gesteins oder infolge von tektonischen Hebungen treten Plutonite schließlich ans Tageslicht.

Neu gebildete Steine und Minerale

Das Zeugnis, dass Gesteine aus anderen Gesteinen hervorgehen, ist oft die chemische und mineralogische Zusammensetzung.
Ein Beispiel dafür sind Quarzite, die Metamorphite, also Umwandlungsgesteine vom Sedimentgestein Sandstein sind, das wiederum aus der Verwitterung von Graniten oder anderen quarzhaltigen Gesteinen hervorgeht.


Bei einigen Gesteinen finden sich im Namen Hinweise auf die Herkunft der Gesteinsart. So besteht das Ausgangsgestein von Metamorphiten mit der Vorsilbe ortho aus magmatischen Gesteinen, para verweist auf Gesteine sedimentären Ursprungs hin und ist das Edukt (= Ausgangsgestein) noch erkennbar, wird dies mit der Vorsilbe meta deutlich gemacht.

Die Zeit vergeht und ein neues Gestein entsteht

Die Dauer des Kreislaufs vom Entstehen und Vergehen eines Gesteins lässt sich nicht genau vorhersagen.
Gesteine in tektonisch oder vulkanisch aktiven Regionen unterliegen sicherlich einer schnelleren Veränderung. Andere Gesteine – die ältesten metamorphosierten Sedimentgesteine - der Erde wurden hingegen seit 3,7 Mrd. Jahren nicht verändert.


Detailliertere Informationen zur Entstehung der Gesteine:
Entstehung magmatischer Gesteine
Entstehung metamorpher Gesteine
Entstehung sedimentärer Gesteine


Quellen:
Jassamanow, N.A. (1991): Kleines Spektrum der Wissenschaften - Geologie: Exkursion zur Erde*
Georgi, K.-H. (1983): Kreislauf der Gesteine - Eine Einführung in die Geologie*
Zepp, H. (2011): Grundriß Allgemeine Geographie: Geomorphologie*
Ahnert, F. (2009): Einführung in die Geomorphologie*

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Letzte Aktualisierung: 15. August 2018

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