Sedimentgesteine

Sedimente und Sedimentgesteine (Sedimentite) entstehen im Zusammenhang mit Verwitterungs- und Erosionsprozessen an der Erdoberfläche. Wenn das Transportvermögen von Wasser, Eis oder Wind nachläßt, wird das abgetragene Material als Sediment in Schichten abgelagert (sedimentert). Dies geschieht z.B. in gefällsärmeren Flussniederungen oder in Seen.

Lokersedimente können sich durch verschiedene Prozesse zu Sedimentiten verfestigen (= Diagenese).

Die klastischen Sedimente bestehen aus eckigen oder gerundeten Gesteins- oder Mineralfragmenten und werden aufgrund ihrer Korngrößenzusammensetzung in Ton (< 0,002 mm), Silt oder Schluff (0,002 – 0,63 mm), Sand (0,63 – 2 mm), Kies und Schutt (2 – 63 mm) sowie Blöcke und Steine (> 63 mm) unterteilt. Durch Verfestigung und Zementation von Bindemitteln kann aus den Lockersedimenten ein Festgestein entstehen. Dabei wird Ton zu Tonstein, Schluff zu Schluffstein und Sand zu Sandstein.

Die chemischen Sedimentgesteine unterteilt man nach ihrer stofflichen Zusammensetzung in Kalkstein, Dolomit und Evaporit.

Die biogenen Sedimentgesteine sind u.a. Fossilkalkstein (z.B. Korallen), Torf und Kohle, Harz und Bitumengesteine.

Tonstein ist ein Gemenge von Tonmineralen (Kaolinit, Illit, Montmorillonit, Vericulit, Chlorit, Hallyosit und Smectit), das zu mehr als 70 % aus Partikeln unter 0,002 mm besteht. Weitere Gemengeteile sind Quarz, Feldspat und Karbonate.

Tonsteine treten in verschiedenen Farben auf (hell- bis dunkelgrau, schwarz, rot und grün), die durch die Beimengungen von Limonit, Hämatit, Chlorit und organischen Kohlenstoffverbindungen bestimmt werden.

Tonsteine aus quellfähigen Tonmineralien (Montmorillonit) finden Verwendung in der Ziegel- und keramischen Industrie.

Schluffstein oder auch Siltstein besteht hauptsächlich aus Mineralkörnern mit einer Korngröße von 0,002 – 0,063 mm, wobei die Partikel in der Regel aus Quarz bestehen. Schluff oder Silt ist typisch für ein relativ ruhiges Ablagerungsmilieu (Seen, Tiefebenen abseits der Flussläufe).

Sandstein hat einen Anteil von mindestens 50 % Sandkörnern (0,063 – 2 mm). Er ist räumlich weit verbreitet, wasserdurchlässig sowie unterschiedlich hart und ist in zahlreichen Zeitaltern  der Erdgeschichte entstanden.

Sandstein besteht zumeist aus Quarzsand, der durch verschiedene Bindemittel (Eisen, Kalk, Kiesel, Mergel, Ton) verkittet sein kann, die dann meist auch die Farbe des Steins bestimmen.

Der Sandstein ist in Mitteleuropa vor allem als Nebengestein der Steinkohle (Kohlensandstein aus dem Karbon) bekannt sowie aus dem Buntsandstein (Schilfsandstein des Keupers und der Kreide), in deren Verbreitungsgebieten er die Reliefform bestimmt und wegen seiner wechselnden Widerstandsfähigkeiten der einzelnen Schichtglieder zur Bildung von Schichtstufen neigt.

Formen von Sandstein:
→ mindestens 90 %  Quarzanteil  = Quarzsandstein
→ mindestens 25 % Feldspatanteil = Arkose
→ hoher Anteil an Ton und weniger als 75 % Quarzanteil = Grauwacke
→ hoher Anteil an primärem Kalziumkarbonat = Kalksandstein

Sandstein ist ein verbreitetes Baumaterial und wurde oft zum Pflastern, für Skulpturen und vor allem für Fassaden verwendet. Trockenmauern wurden ebenfalls aus Sandstein errichtet.

Grauwacke ist ein grauer bis graugrüner Sandstein aus Quarz (50 %), Feldspat (25 – 50 %), Chlorit (< 6 %) und Glimmerplättchen (4 – 20 %) sowie Quarzit-, Kiesel- und Tonschieferfragmenten. Dadurch hat die Grauwacke eine sehr unterschiedliche Struktur.

Grauwacke findet als Schotter verbreitet Verwendung als Baustoff für Eisenbahntrassen sowie als Pflasterstein.

Kalkstein besteht hauptsächlich aus Calciumcarbonat (Calcit, Aragonit) und ist sehr variabel was sowohl Entstehung als auch Eigenschaften und Aussehen betrifft. Kalkstein ist überwiegend ein marines Sediment, das entweder direkt durch Ausfällung von Kalk aus Wasser entstand oder aus den Kalkschalen und –skeletten von Muscheln, Schnecken sowie Korallen. Von Mikroorganismen abgelagerter Kalkstein ist für gewöhnlich feines, mikrokristallines Sedimentgestein, das durch Ablagerung von Schalen fossiler Kleinstlebewesen entstanden ist. Aufgrund seiner oft massigen Struktur wird er auch als Massenkalk bezeichnet.

Kalkstein besitzt meistens eine helle, graue bis graugelbe Farbe.

Im mittleren und südlichen Teil Deutschlands befinden sich große Kalksteinvorkommen aus dem Muschelkalk und dem oberen Jura.

Formen:
→ hoher Dolomitanteil = Dolomit
→ hoher Anteil an Tonmineralen = Mergel

Kalkstein ist äußerst vielseitig verwendbar. Vor allem dichter Kalkstein wird als leicht zu bearbeitender Naturwerkstein verwendet. Für die Baustoffindustrie ist Kalkstein einer der wichtigsten Rohstoffe (Branntkalk, Zement, Glasindustrie). In der Land- und Wasserwirtschaft wird fein gemahlener Kalkstein gegen die Versauerung von Boden und Gewässer sowie als Düngemittel benutzt.

Metamorphe Gesteine

Metamorphe Gesteine (Metamorphite) entstehen durch Gesteinsmetamorphose. Mit zunehmender Tiefe ändern sich die Temperatur- und Druckverhältnisse, denen die Gesteine bei ihrer Absenkung in tiefere Erdkrustenbereiche ausgesetzt sind. Die Gesteinsmetamorphose ist also eine temperatur- und/oder druckbedingte Umwandlung von Gesteinen unterhalb der Erdoberfläche. Dabei werden neue metamorphe Minerale gebildet und dem Gestein wird ein neues Aussehen gegeben.

Schiefer ist ein Sammelbegriff für unterschiedliche tektonisch deformierte (gefaltete) Gesteine und teilweise auch Metamorphite. Sie lassen sich ausgezeichnet in dünne, mehr oder weniger ebene Platten brechen bzw. spalten, wobei die Spaltflächen meist den Schichtflächen bzw. Schieferungsflächen entsprechen, die sekundär durch die Deformation entstanden sind. Aber auch undeformierte, meist feinkörnige Sedimentgesteine, die eine solche Spaltbarkeit aufweisen, werden als Schiefer bezeichnet. Diese Gesteine spalten allerdings ihrer primären Schichtflächen.

Tonschiefer ist ein häufig vorkommendes Gestein, das bei Gebirgsbildungen durch Druck aus Tonstein entsteht. Bei blaugrauer bis grauer Farbe besteht der Tonschiefer überwiegend aus feinstkörnigem Quarz, Muskovit und Chlorit. Andere Mineralbeimengungen können den Tonschiefer auch grün (Chlorit) oder rot (Eisenoxid) sowie braun (Eisenhydroxid) bzw. schwarz (Kohle) färben. Aus Tonschiefer bilden sich durch Oxidations- und sonstigen Umwandlungsprozessen Alaun-, Dach- und Tafelschiefer.

Kristalline Schiefer sind Metamorphite, bei denen sich unter relativ hohen Temperaturen und vor allem hohem Druck aus Tonmineralen neue Schichtsilikate wie Muskovit, Biotit und Chlorit gebildet haben. Zu ihnen gehören Phyllite, Glimmerschiefer, Gneise, Marmore und Quarzite.

Mit dunklem Tonschiefer werden traditionell Dächer gedeckt sowie Giebel und Fassaden verkleidet (Dach- und Fassadenschiefer). Im Hunsrück, in der Eifel und an der Mosel war und ist mittlerweile auch wieder der Hausbau mit behauenen, kompakten Schieferbruchsteinen üblich.

Im Interesse eines geordneten und transparenten Wettbewerbs wurden die Schiefer-Gewinnungsstätten mit einigermaßen vergleichbaren Eigenschaften sowie Qualitäten aus einer Region unter einer Bezeichnung zusammengefasst (z.B. Moselschiefer oder Hunsrücker Schiefer). Demnach darf sich nur der Schiefer aus den Gemarkungen Mayen, Polch, Müllenbach, Trier und Umgebung Moselschiefer nennen.

Quarzit besteht überwiegend aus fein- bis mittelkörnigem Quarz (> 98 %) und weist eine gelbliche, graue oder blaugraue Farbe auf. Dabei unterscheidet man zwischen metamorphen und sedimentären Quarziten.

Der Felsquarzit oder metamorphe Quarzit entsteht aus Sandsteinen, die durch Gebirgsdruck verdichtet wurden und deswegen eine größere Verwitterungsresistenz aufweisen. Viele Rest- oder Inselberge sind Quarzite-Härtlinge.

Sedimentärer Quarzit entsteht aus tonigen Sanden, deren Quarzkörper durch Kieselsäure verkittet wurden. Je nach Intensitätsgrad der Verkittung werden verschiedene Subtypen unterschieden: Zement-, Süßwasser-, Braunkohlen- und Knollenstein-Quarzit.

Im Rheinischen Schiefergebirge findet man Felsquarzite unter anderem als Taunusquarzit im Taunus und im Hunsrück. Weitere Vorkommen befinden sich in der Eifel, im Westerwald und östlich davon in der Hörre.

Aufgrund seiner Härte ist Quarzit heute ein Rohstoff für die verarbeitende Industrie. Fein gemahlen wird er für die Herstellung optischer Spezialgläser verwendet oder als Füllstoff bei der Herstellung von feuerfestem Material. Besondere Bedeutung besitzt Quarzit im Baubereich, wo er vor allem als Naturstein Verwendung findet.

Magmatische Gesteine

Magmatische Gesteine (Magmatite) entstehen durch die Abkühlung magmatischer Schmelze, wenn diese in die Erdkruste oder an die Erdoberfläch aufdringen. Sein Chemismus hängt vom Entstehungsort ab und kann sich auf dem Weg zur Erdoberfläche ändern. Silikate bilden die Hauptbestandteile der Magmatite. Die Folge ist eine große Bandbreite saurer, intermediärer, basischer und ultrabasischer Magmatite. Die Gesteinsgruppen der Plutonite (Tiefengesteine), Subvulkanite und Vulkanite (Ergussgesteine) repräsentieren verschiedene Abkühlungs- und Erstarrungsorte des Magmas, woraus unterschiedliche Erscheinungsbilder und physikalische Eigenschaften resultieren.

Basalt ist ein dunkles, oft schwarzes basisches Ergussgestein aus Plagioklas, Leuzit/Nephelin, Olivin sowie Augit. Basalt entsteht bei Aufschmelzung des Erdmantels, wenn dünnflüssiges Magma an der Erdoberfläche beim Austritt relativ schnell zu Basaltlava erkaltet.

Er wird häufig sechseckig sowie säulenförmig abgesondert. Die Erscheinungsform erkalteter basaltischer Lava ist hauptsächlich von zwei Faktoren abhängig. Eruptierte Lava kühlt recht schnell aus zu einem zusammenhängenden Gesteinsgefüge, das je nach Temperatur und Gasgehalt als Pahoehoe-Lava oder als Aa-Lava erstarrt. Findet die Abkühlung aber jedoch verzögert statt, entstehen durch das Zusammenziehen oft meterlange eckige Basaltsäulen (Säulenbasalt), die sich senkrecht zur Abkühlungsfläche meist mit einer sechseckigen Geometrie bilden. Eine eher seltene Erscheinungsform ist der Kugelbasalt, den man eher an Rändern von Basaltlagerstätten findet.

Dabei unterscheidet man Feldspat- und Alkalibasalt. Alkalischer Basalt zeichnet sich durch das Vorkommen Nephelins und einen höheren Gehalt von Alkalien (Natrium) aus. Feldspatbasalt hingegen besitzen kein Nephelin, kann aber dafür Quarz aufweisen. Insgesamt sind Basalte von ihrer chemischen Zusammensetzung her sehr variable Gesteine, was im Widerspruch zu ihrem recht einheitlichen Aussehen steht. Man unterscheidet Basalt daher nach seiner chemischen Zusammensetzung.

Viele Basalte entstanden vor allem während des Tertiärs, aber eine Basaltbildung ist jedoch auch noch heute möglich. Das Gestein ist sehr widerständig und bildet mehr oder weniger große Massive oder Plateaus, bzw. tritt als Verwitterungsrest als Berg in Erscheinung.

Basalt wird für Massivbauten, Boden- und Treppenbeläge, Fassadenplatten, Grab- und Denkmäler sowie in der Steinbildhauerei verwendet. Darüber hinaus findet Basalt als Baustoff aufgrund seines druck- und verschleißfesten, schwer zu bearbeitenden Charakters hauptsächlich für den Unterbau von Straßen und Bahngleisen Verwendung. Er wird zudem gerne im Garten- und Landschaftsbau als Pflaster verwendet (Blau- oder Hartbasalt). In der Nähe von Vulkanen werden auch Häuser aus basaltischem Gestein errichtet (z.B. Vulkaneifel).

Tuff  oder auch Tuffstein ist ein Gestein, das zu 75 % aus vulkanischer Asche und  insgesamt zu mehr als 75 % aus Pyroklasten aller Korngrößen besteht. Es handelt sich um ein vulkanisches Eruptivgestein, das sich verfestigte und aufgrund der vulkanischen Gaseinschlüsse häufig sehr porös ist. Die Farben reichen von grau über gelblich, bräunlich und rötlich bis zu kräftig rot.

Trass ist ein Trachyttuff graugelber Farbe, der einen ungeschichteten, aber verfestigten Tuff, der als Lockersediment flächenhaft abgelagert wurde (Bimssteintuff), darstellt, der möglicherweise auf einen Schlammvulkan zurückgeht.

Tuff ist normalerweise ein relativ weiches Gestein und lässt sich daher gut als Naturwerkstein verarbeiten. Aufgrund seiner dämmenden Eigenschaft wird er auch gerne als Baumaterial verwendet. Heute werden Tuffe vor allem im Außenbereich als Fassadenplatten und Fensterbänke verbaut. Eine Besonderheit stellt der Riedener Tuff dar, der vor allem im Ofenbau wegen seiner Wärmespeicherung verwendet wurde. In der Eifel wird der Trass als Bindemittel und Mörtel für die Naturwerksteinverlegung, Restaurierung und weitere Verwendungen im Garten- und Straßenbau hergestellt.

Bims oder Bimsstein ist ein poröses glasiges Vulkangestein und entsteht, wenn Lava rasch erstarrt, sodass Gase und Dämpfe eingeschlossen bleiben. Da dessen Dichte aufgrund der zahlreichen Poren kleiner als die von Wasser ist, schwimmt Bims im Wasser. Seine Farbe kann stark variieren.

Bims wird im Gebiet des Laacher Sees und in der Nähe von Neuwied abgebaut, wobei er im Neuwieder Becken unter dicken Lössschichten lagert.

Bims wird zur Herstellung von Leichtbetonsteinen, Schüttdämmstoffen und rheinischem Schwemmstein benutzt, da er über eine gute Wärmedämmfähigkeit verfügt. Naturbims ist zudem ein Grund- oder Zuschlagstoff für Gartensubstrate.

Rhyolith ist ein relativ helles vulkanisches Gestein, das überwiegend aus Quarz und Feldspat besteht. Es besteht normalerweise aus einer dichten, feinkörnigen Grundmasse mit Einsprenglingen. Ein rhyolithisches Magma kann beim Erstarren ein regelmäßiges Muster ausbilden, wodurch sechskantige Säulen entstehen, wie sie auch von Basalt her bekannt sind.

Rhyolith entsteht beim Aufstieg von Magmen durch besonders dicke Erdkrusten, wie es sie unter Kontinenten gibt. Die Temperatur des Magmas sinkt bereits in der Magmakammer unterhalb eines Vulkans oder Vulkangebiets sehr langsam ab, so dass sich darin einzelne recht große Kristalle bilden. Steigt das Magma danach bei einem Vulkanausbruch doch noch schnell auf, so kühlt es im Vulkanschlot oder nach dem Austritt als Lava sehr rasch ab und erstarrt schließlich komplett. Bei dieser schnellen Abkühlung entstehen nur noch mikroskopische kleine Kristalle, die dann die Grundmasse des Gesteins bilden. Die vorher entstandenen großen Kristalle sind als Einsprenglinge unterscheidbar.

Das Rhyolith findet vor allem Verwendung als Schotter und Split, als Pflastersteine uns als Naturwerkstein für Fassaden, Fußböden oder Tischplatten.

Erze sind natürlich vorkommende Minerale und Mineralgemenge, aus denen nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten Metalle gewonnen werden können.

Erzlagerstätten sind häufig magmatischen Ursprungs. In geologisch aktiven Gebieten dringt Magma mit einem hohen Anteil an wertvollen Metallen in die Erdkruste ein. Bei der Abkühlung kommt es dann zur Auskristallisation der Minerale und zur Entstehung von Erzlagerstätten.

Diabas ist ein basisches Ergussgestein, das vor allem aus Plagioklas und Augit, manchmal auch aus Hornblende und Olivin besteht. Der Diabas ist meist dunkel, z.T. auch grün, wenn der Augit in grünlichen Chlorit umgewandelt wurde.

Im Lahn-Dill-Bergland werden bis heute mit dem Schalstein in Zusammenhang stehende Diabase sowie der Diabas des Unterkarbons in zahlreichen Steinbrüchen abgebaut. Der Paläopikrit-Diabas (Hinterländer Grünstein) ist ein silikatarmer Typ des Magmatismus und hat eine schwarzbraune, unregelmäßige genarbte Verwitterungsrinde.

Diabas lässt sich handwerklich relativ gut bearbeiten und ist deshalb bei Steinbildhauern beliebt. Diabas lässt sich zudem als Schotter, Pflastersteinen und Straßenbaumaterial verwenden. Es wird feingemahlen zur Gartenbodenverbesserung verwendet.