Gesteinsarten-Glücksrad

Alle Gesteine auf der Erde gehören einer von drei Familien an, basierend darauf, wie sie entstanden sind: (1) Magmatische Gesteine – entstanden, wenn geschmolzenes Gestein (Magma unter der Erde, Lava an der Oberfläche) abkühlt und erstarrt. Intrusionen magmatischer Gesteine (wie Granit) kühlen tief unter der Erde langsam ab und bilden große Kristalle. Extrusionen magmatischer Gesteine (wie Basalt) kühlen schnell an der Oberfläche ab und bilden feinkörnige oder glasige Texturen. (2) Sedimentäre Gesteine – entstanden aus komprimierten und zementierten Sedimenten (Sand, Schlamm, Muscheln, Pflanzenmaterial), die sich über Millionen von Jahren in Schichten abgelagert haben. (3) Metamorphe Gesteine – bestehende Gesteine, die durch intensive Hitze, Druck oder chemisch aktive Flüssigkeiten tief in der Erdkruste umgewandelt wurden, ohne zu schmelzen.

Der Gesteinskreislauf beschreibt die kontinuierliche Umwandlung von Gesteinen von einer Art zur anderen im Laufe der geologischen Zeit: Magma kühlt ab und bildet magmatisches Gestein → Magmatisches Gestein verwittert und erodiert zu Sediment → Sediment verdichtet sich zu Sedimentgestein → Sedimentgestein wird begraben und zu metamorphem Gestein erhitzt/unter Druck gesetzt → Metamorphes Gestein wird tiefer begraben, schmilzt zurück zu Magma, und der Kreislauf beginnt von neuem. Jedes Gestein kann sich bei ausreichend Zeit und den richtigen Bedingungen in jede andere Art verwandeln. Der Kreislauf wird durch Plattentektonik (die Gesteine begräbt und schmilzt) und Erosion (die sie an der Oberfläche zerkleinert) angetrieben.

Der Unterschied liegt ausschließlich darin, wo und wie schnell das Magma abkühlte: Intrusionen (plutonische) magmatische Gesteine entstehen, wenn Magma tief unter der Erde (1–50 km Tiefe, über Tausende bis Millionen von Jahren) langsam abkühlt, wodurch große, sichtbare Kristalle wachsen können – Granit ist das klassische Beispiel mit seinen leicht sichtbaren Quarz-, Feldspat- und Glimmerkörnern. Extrusionen (vulkanische) magmatische Gesteine entstehen, wenn Lava an die Oberfläche ausbricht und sich schnell in Luft oder Wasser abkühlt – die schnelle Abkühlung verhindert die Bildung großer Kristalle, was zu feinkörnigen Gesteinen (Basalt) oder sogar Glas (Obsidian) führt. Gleiche chemische Zusammensetzung, völlig unterschiedliche Textur.

Schiefrige metamorphe Gesteine haben eine geschichtete oder gebänderte Textur, die durch Mineralien verursacht wird, die sich unter gerichteten Druck neu kristallisieren – die blättchenförmigen Mineralien richten sich senkrecht zur Druckrichtung aus. Beispiele: Schiefer (geringer Grad, dünne Schichten), Glimmerschiefer (mittlerer Grad, sichtbare Glimmerflocken) und Gneis (hoher Grad, deutliche Dunkel- und Hellbänderung). Nicht-schiefrige metamorphe Gesteine weisen diese gerichtete Textur nicht auf, weil sie aus Gesteinen mit wenigen blättchenförmigen Mineralien entstanden sind oder weil der Druck in allen Richtungen gleich war. Beispiele: Marmor (Kalkstein, der zu Calcit rekristallisiert wurde) und Quarzit (Sandstein, der zu ineinandergreifendem Quarz rekristallisiert wurde). Die Unterscheidung ist wichtig, um zu verstehen, wie tief in der Erdkruste das Gestein entstanden ist.

Der Acasta-Gneis im kanadischen Nordwesten-Territorium ist 4,03 Milliarden Jahre alt – eines der ältesten bestätigten Gesteinsaufschlüsseße auf der Erdoberfläche. Der Nuvvuagittuq Greenstone Belt in Quebec wird auf 3,77–4,28 Milliarden Jahre datiert (wobei einige Forscher das höhere Datum vertreten). Die Erde selbst ist 4,543 Milliarden Jahre alt, daher sind diese Gesteine innerhalb der ersten 300–500 Millionen Jahre der Erdgeschichte entstanden. Einzelne Zirkon Kristalle (winzige Mineralpartikel in Gesteinen) wurden sogar noch älter datiert: die Jack Hills Zirkone in Australien sind 4,404 Milliarden Jahre alt – das älteste bekannte Erdmaterial, das chemische Beweise für die früheste Kruste der Erde bewahrt.

Kohle ist ein organisches Sedimentgestein – komprimiertes und chemisch umgewandeltes, uraltes Pflanzenmaterial, hauptsächlich aus dem Karbon (vor 358–299 Millionen Jahren). Der Prozess: Urwälder (riesige Baumfarne, Bärlappgewächse und Schachtelhalme) starben und sammelten sich in anaeroben tropischen Sümpfen an, wo begrenzter Sauerstoff die vollständige bakterielle Zersetzung verhinderte. Über Millionen von Jahren verwandelten die Vergrabung und der Druck das Pflanzenmaterial durch Stadien: Torf (teilweise zersetztes Pflanzenmaterial, ~55% Kohlenstoff) → Braunkohle (~60–70% Kohlenstoff) → Steinkohle (~80% Kohlenstoff) → Anthrazit (~95% Kohlenstoff, die härteste Kohle). Alle Kohle enthält den Kohlenstoff uralter Lebewesen – ihre Verbrennung setzt Kohlenstoff frei, der während des Karbons aus der Atmosphäre entfernt wurde.

Metamorphe Gesteine gehören zu den kommerziell wertvollsten: Marmor – Baumaterial, Skulpturen, Bodenbeläge und Arbeitsplatten (Taj Mahal, Michelangelos David, Parthenon); Schiefer – Dachziegel, Bodenbeläge, Tafeln, Billardtischplatten; Quarzit – Bauzuschlagstoff, Straßenunterbau, Siliziumquelle für die Siliziumproduktion; Glimmerschiefer – begrenzte direkte Nutzung, aber oft wertvolle Mineralien enthaltend (Goldvorkommen treten häufig in Glimmerschieferformationen auf – die Witwatersrand-Goldfelder Südafrikas sind in Glimmerschiefer eingebettet); Gneis – Baustein, Zuschlagstoff. Metamorphe Gelände beherbergen oft wirtschaftlich wichtige Mineralvorkommen, da die intensive Hitze und der Flüssigkeitsfluss, die metamorphe Gesteine erzeugen, auch wertvolle Mineralien konzentrieren.