Chemisches Sediment

Schichten alpinen Muschelkalks in der Partnachklamm bei Garmisch-Partenkirchen

Sandstein im Killesbergpark, Stuttgart

Sedimentation im Flyschkomplex der Niederen Beskiden auf polnischer Seite / deutliche Wechsellagerung von Sandsteinen, Tonschiefern und Tonsteinen

Sedimente und Sedimentgesteine, auch Ablagerungsgesteine oder Schichtgesteine, entstehen durch Ablagerung (Sedimentation) von Material an Land und im Meer. Von ganz anderer Entstehung ist Eruptivgestein, das durch rasche Abkühlung einer Gesteinsschmelze an der Erdoberfläche entstanden ist.

Sedimente und Sedimentgesteine unterteilt man in die Hauptgruppen Klastische Sedimente (Klastika, Trümmergesteine), Chemische Sedimente, Biogene Sedimente (Organogene Sedimente) und Residualgesteine:

• klastische Sedimente entstehen nach der Erosion und dem anschließenden Transport eines schon existierenden Gesteins,
• biogene Sedimente entstehen aus der organischen oder anorganischen Substanz von Organismen und ihrer Skelette,
• chemische Sedimente entstehen durch die direkte Ausfällung in Lösung befindlicher Stoffe.
• Rückstandsgesteine (Residualgesteine) bleiben als Rückstand nach der Zersetzung eines Gesteins zurück

Der Vorgang der Sedimentation findet auf dem Land (terrestrisch), in Fließgewässern (fluviatil) oder in Seen (limnisch) und Meeren (marin) statt.

Zur Unterscheidung werden unverfestigte Sedimente Lockersediment genannt, während verfestigte Sedimente Festgesteine genannt werden.

Bildung von Sedimentgesteinen aus unverfestigten Sedimenten

Sedimentgesteine gehen durch Diagenese (Lithifizierung, Lithogenese) aus unverfestigten Sedimenten (Lockersedimente) hervor. Bei der Diagenese kommt es durch den erhöhten Umschließungsdruck infolge der weiteren Überlagerung mit Sediment bei fortschreitender Sedimentation zur Entwässerung und Kompression einer Sedimentlage, zur Drucklösung im Kontakt von Mineralkörnern und zur Fällung eines Zements, was zur Umwandlung des sedimentären Lockergesteins in ein Festgestein führt. Ein Sonderfall der Diagenese ist die Inkohlung, bei der sich unter Wirkung von Druck und Temperatur leichtflüchtige organische Komponenten eines Gesteins abscheiden (und entweichen) oder sich in schwerflüchtige hochpolymere (und zum Großteil aromatische) Kohlenwasserstoffe umwandeln.

Grundlegende Eigenschaften

Charakteristisch für Sedimente ist die auf Materialwechsel zurückgehende Schichtung. Eine Schicht bildete dabei für zumindest kurze Zeit die Erdoberfläche. Weiter sind Sedimentgesteine die einzigen Gesteine, die Fossilien enthalten können. Die Einwirkung von hohem Druck und/oder hoher Temperatur war bei Sedimentgesteinen während der gesamten Dauer ihrer Existenz nicht gegeben.

Die sedimentbildenden Prozesse werden durch die Wirkungen der Atmosphäre, der Hydrosphäre und der Biosphäre auf die Oberfläche des festen Erdkörpers beeinflusst. Das Sediment wird dabei von den Bedingungen geprägt, unter denen es entstanden ist. Alle Umweltbedingungen, die zur Bildung eines Sedimentes beitragen, werden unter dem Begriff Milieu zusammengefasst, die daraus resultierenden Eigenschaften bezeichnet man als Fazies eines Gesteins. Milieu und Fazies sind charakteristisch für verschiedene Sedimentationsräume.

Einteilung

Nach dem Bildungssystem

Die Geologie klassifiziert den Vorgang der Sedimentation nach der Entstehung der Sedimente, der entsprechende Zweig der Wissenschaft wird Sedimentologie genannt.

Sie unterscheidet Sedimente nach ihrer Entstehung als

• Marines Sediment: vom Land durch Flüsse, Gletscher, Massenbewegungen oder Wind ins Meer verfrachtetes Gesteinsmaterial lagert sich am Meeresboden im Wattenmeer, auf dem Schelf oder dem Kontinentalhang sowie am Boden der Tiefsee ab oder bildet sich durch die Tätigkeit von im Meer lebenden Organismen (beispielsweise Korallen, Foraminiferen, Diatomeen).
• Fluviatiles Sediment: Fließgewässer lagern das mitgeführte zerkleinerte Gesteinsmaterial je nach Fließgeschwindigkeit in Form von Ton, Schluff, Sand und Schotter ab.
• Glaziales Sediment: vom Gletschereis transportiertes Gesteinsmaterial lagert sich in Form von Moränen oder Geschiebemergel ab; Einzelblöcke bleiben als Findlinge zurück.
  • Fluvioglaziales Sediment: Schmelzwasser transportiert Gesteinsschutt und Gletschermilch vom Gletscher ab und lagert es in weiten Sanderflächen davor ab.
• Äolisches Sediment: Vom Wind transportierte Partikel lagern sich in Form von Dünen oder Lössdecken ab.
• Limnisches Sediment: In Stillgewässern, vor allem in Seen, lagern sich je nach See feinkörnige oder sehr organische Sedimente, oft als Mudden, ab.
• Pyroklastisches Sediment des Vulkanismus
• Meteoriten der Planetologie, die auf atmosphärefreien Himmelskörpern mächtige Sedimentschichten aus Mikrometeoriten aufbauen, die auch auf der Erde einen kleinen Beitrag zu den Sedimentgesteinen liefern

Nach den Korngrößen

Die Sedimente werden wie die Korngrößen einfach als Ton, Schluff (oder Silt), Sand oder Kies bezeichnet. Lockergesteine mit einem überwiegenden Anteil an groben Korngrößen (Kies, Steine, Blöcke) nennt man Geröll (bei abgerundeten Partikeln) oder Schutt (bei eckigen).

Je nach der Korngröße unterscheidet man folgende klastische Festgesteine:

• Konglomerat bzw. Brekzie bei Korngrößen größer als 2 mm. Konglomerate bestehen aus abgerundeten, Brekzien aus eckigen Gesteinstrümmern.
• Sandstein besteht überwiegend aus Quarzkörnern der Korngröße 0,063 bis 2 mm.
• Schluffstein (oder Siltstein) besteht aus Körnern, die zwischen 0,002 und 0,063 mm groß sind.
• Tonstein enthält überwiegend Partikel, die kleiner als 0,002 mm (2 µm) sind.

Früher verwendete man für die Klassifizierung auch die Begriffe Psephite (für große Korngrößen), Psammite (für mittlere) und Pelite (für kleine Korngrößen, heute noch verwendet). Ebenfalls auf die Korngröße bezogen sind die Begriffe Lutit (kleiner als 0,063 mm), Arenit (zwischen 0,063 und 2 mm) und Rudit (größer als 2 mm), die vor allem bei der Klassifikation von klastischen Kalksteinen verwendet werden.

Nach dem Entstehungsprozess

Klastische Sedimentgesteine

Als Klastika (gr. klastó - (ab)gebrochen, von klãn - (ab)brechen) oder klastische Sedimentite bezeichnet man Sedimentgesteine, deren Material aus der mechanischen Zerstörung anderer Gesteine stammt. Eine weitere Bezeichnung ist Trümmergestein. Klastische Sedimente werden anhand des Korngrößenspektrums charakterisiert, anhand des Materials, aus dem sie bestehen, und anhand ihrer Genese.

Material und Bindemittel:

• Enthält ein Sandstein bedeutende Mengen anderer Minerale als Quarz (vor allem Feldspat), spricht man von einer Arkose, bei einem breiten Spektrum an Mineralien und anderen Gesteinsbruchstücken sowie einer aus Glimmer und Tonmineralen bestehenden Matrix von einer Grauwacke.
• Ein klastisches Sedimentgestein aus unterschiedlichen Mineralen und mit breitem Korngrößenspektrum, die von einem Trübestrom abgelagert wurden, wird Turbidit genannt.

Die Körner und Mineralkomponenten, aus denen die klastischen Sedimentgesteine bestehen, sind mit Hilfe von chemischem oder mineralischem Zement verkittet. Hierbei kann es sich um Tonmineralien, kalkige Bindemittel (CaCO₃), kieselige Bindemittel (SiO₂) und ferritische Bindemittel (FeO(OH)) handeln.

Chemische Sedimentgesteine

Chemische Sedimentite bzw. chemische Sedimentgesteine entstehen durch die Fällung gelöster Stoffe aus übersättigten Lösungen. Häufig werden dabei die Evaporite (Karbonate wie Kalkstein, Sulfate, Halogenide und andere Salze) gebildet, die mächtige Gesteinspakete umfassen und Formationen bilden können, wie z. B. der Zechstein in Nord- und Süddeutschland.

Biogene Sedimentgesteine

In diesem Sedimentkern aus dem Südatlantik wechseln sich dunkle und helle Bereiche ab, hervorgerufen durch unterschiedliche Gehalte an Planktonschalen. Die Wechsel spiegeln die Klimazyklen des Quartär wider.

Biogene Sedimentite, auch organogene Sedimentite bzw. biogene Sedimentgesteine werden durch Aktivitäten von lebenden Organismen wie auch aus Resten von toten Organismen gebildet. Hierzu gehören die aktive Ausscheidung mineralischer Substanzen, die sich zu mächtigen Sedimentpaketen anhäufen können, wie z. B. Riffkalke oder Mud Mounds. Reste abgestorbener Organismen können auch größere Sedimentkörper bilden, z. B. Torf oder Kohle, die durch die Anhäufung von abgestorbenen Pflanzenresten entstehen, oder Bone beds u. a.

Rückstandsgesteine

Rückstandsgesteine, auch Residualgesteine entstehen aus den Rückständen chemisch aufbereiteter Gesteine am Ort der Gesteinszerstörung (Verwitterung) wie z. B. Laterit (aus fast allen Gesteinen), Bauxit (aus Karbonatgestein -> Kalkbauxit oder Silikatgestein -> Silikatbauxit) und Kaolin (aus Granit, Rhyolith, Arkose) oder Wegführung von leichtlöslicher Gesteinskomponenten.

Bedeutung von Sedimentgesteinen

Viele Sedimentgesteine werden wirtschaftlich genutzt (z. B. Kalkstein in der Bauindustrie). In Sedimenten können Erdöl und Erdgas entstehen (Erdölmuttergestein), die dann in ein Erdölspeichergestein ausgepresst werden können. Stein- und Braunkohle sind ebenfalls Sedimentgesteine von großer wirtschaftlicher Bedeutung.

Sedimentgesteine (insbesondere Kalkstein und Dolomit) können große Mengen an Karbonat enthalten, für dessen Bildung Kohlendioxid gebraucht wird. Im Vergleich zu den Atmosphären etwa von Venus oder Mars, wo diese Sedimente nicht oder kaum vorkommen, ist der Anteil von Kohlendioxid in der Erdatmosphäre deshalb extrem gering.

Das Studium der Sedimentgesteine ermöglicht unter anderem durch die in ihnen enthaltenen Strukturen, Mineralien und Fossilien die Rekonstruktion von Lebensräumen, die vor geologischen Zeiten bestanden haben.

Siehe auch

• Liste der Gesteine
• Liste der Gesteine nach Genese

Literatur

• W. Maresch, O. Medenbach: Steinbachs Naturführer Gesteine. Mosaik Verlag, München 1996, ISBN 3-576-10699-5.
• H. Füchtbauer: Sedimente und Sedimentgesteine. 4. neubearbeite Auflage. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart 1988, 1141 S., ISBN 3-510-65138-3

Weblinks

• Geologieinfo: Klassifikation der Sedimentite