Sedimente und Sedimentgesteine

Sedimente und Sedimentgesteine, Ablagerungsgesteine oder Schichtgesteine entstehen durch Sedimentation, also die Ablagerung von Material an Land und im Meer. Davon unterschieden werden die Eruptivgesteine, die sich zwar auch an der Erdoberfläche bilden, aber aus der raschen Abkühlung einer Gesteinsschmelze hervorgehen. Die Sedimentation findet auf dem Land, in Fließgewässern, Seen und Meeren statt. Unverfestigte Sedimente werden Lockersediment, verfestigte Sedimente Sedimentgesteine genannt. Sedimente und Sedimentgesteine unterteilt man in klastische, biogene und chemische Sedimente und Rückstandsgesteine.


Schichten alpinen Muschelkalks in der Partnachklamm bei Garmisch-Partenkirchen



Sandstein im Killesbergpark, Stuttgart (Schilfsandstein, Keuper)


Wechsellagerung von Sandsteinen und Tonsteinen im Flysch der Niederen Beskiden (auf polnischer Seite)


Randmarine Sedimente der Trias von Utah, USA

Bildung

Sedimentgesteine gehen durch Diagenese aus Lockersedimenten hervor. Dabei kommt es durch den 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 in ein Festgestein führt. Ein Sonderfall ist die Inkohlung, bei der sich durch Druck und Temperatur leichtflüchtige organische Komponenten eines Gesteins abscheiden, gegebenenfalls entweichen oder dass sie sich in schwerflüchtige, zum Großteil aromatische Kohlenwasserstoffe umwandeln.
Eigenschaften

Sedimente haben eine Schichtung. Eine Schichtfläche, die Grenzfläche zweier übereinanderliegender Schichten, ist dabei gleichbedeutend mit der ehemaligen Sedimentoberfläche, was, je nach Ablagerungsraum, die Erdoberfläche, der Meeresboden oder der Grund eines Flusses oder Sees gewesen sein kann. Eine Schichtung kann auch nachträglich während der Diagenese entstehen.

Sedimentgesteine sind die einzigen Gesteine, die Fossilien enthalten können. Auch war die Einwirkung von hohem Druck oder hoher Temperatur bei Sedimentgesteinen während ihrer gesamten geologischen Geschichte nicht gegeben (andernfalls spricht man, je nach Grad der Einwirkung und der damit verbundenen Veränderung des Gesteins, von Metasedimenten oder Orthogneisen).

Die sedimentbildenden Prozesse werden durch die Wirkungen der Erdatmosphäre, 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, welche die Bildung eines Sedimentes hervorrufen oder beeinflussen, werden unter dem Begriff Milieu zusammengefasst, und die daraus resultierenden Sedimenteigenschaften (u.a. Korngröße, Kornminerale, Farbe, Fossilinhalt) bezeichnet man als sedimentäre Fazies. Milieu und Fazies sind charakteristisch für verschiedene Sedimentationsräume und in der Praxis wird der Begriff Fazies oft mit einem bestimmten Ablagerungsraum gleichgesetzt (z. B. Tiefseefazies oder fluviatile Fazies).
Einteilung
Nach Ablagerung

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 oder 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 Korngrößen

Die Sedimente werden wie die Korngrößen einfach als Ton, Schluff (oder Silt), Sand oder Kies bezeichnet. Lockersedimente mit einem überwiegenden Anteil an groben Korngrößen, wie Kies, Steinen und Blöcken, nennt man bei abgerundeten Partikeln Geröll und bei kantigem Material Schutt.

Je nach der Korngröße unterscheidet man folgende klastische Festgesteine:

Konglomerat oder Brekzie bei Korngrößen größer als 2 mm. Konglomerate bestehen aus abgerundeten, Brekzien aus kantigen Gesteinstrümmern.
Sandstein besteht überwiegend aus Quarzkörnern der Korngröße 0,063 bis 2 mm.
Schluffstein (oder Siltstein) besteht überwiegend aus Quarzkörnern, 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. Der letzte Begriff wird 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 Klassifizierung von (klastischen) Kalksteinen verwendet werden.
Nach Entstehung
Klastische Sedimente

Klastische Sedimentite oder Trümmergesteine sind Sedimentgesteine, deren Material aus der mechanischen Zerstörung anderer Gesteine stammt.

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.
Siliziklastika bestehen überwiegend aus Silikatmineralen wie Quarz oder Feldspat.
Ein klastisches Sedimentgestein aus unterschiedlichen Mineralen und mit breitem Korngrößenspektrum, die von einem Trübestrom abgelagert wurden, wird Turbidit genannt. Die Mineralkörner und Gesteinsbruchstücke, aus denen die klastischen Sedimentgesteine bestehen, halten mit Hilfe eines primären oder sekundären Bindemittels zusammen.
Das primäre Bindemittel wird als Matrix bezeichnet und besteht meist entweder aus Tonpartikeln oder aus mikroskopisch kleinen Kalziumkarbonat-Partikeln, die zusammen mit den groberen Sedimentbestandteilen abgelagert werden. Eine bindende Wirkung entfaltet die Matrix jedoch erst nachdem das Sediment zu einem gewissen Grade entwässert wurde.
Das sekundäre Bindemittel entsteht erst nach Ablagerung des Sediments durch chemische Ausfällung und wird als Zement bezeichnet. Hierbei kann es sich um kalkigen Zement (Kalziumkarbonat, CaCO3), „kieseligen“ Zement (Siliziumdioxid, SiO2), um Tonminerale oder auch um Oxide und Hydroxide des Eisens (z. B. Hämatit, Goethit) handeln.

Chemische Sedimente

Chemische Sedimentite entstehen durch die Fällung gelöster Stoffe aus übersättigten Lösungen. Durch Eindampfung entstehen z.B. die Evaporite (Sulfate, wie Gips bzw. Anhydrit, und Halogenide, wie Halit oder Kalisalze). Die Zechstein-Serie in Mitteleuropa ist ein Beispiel für eine Abfolge mit mächtigen Evaporit-Lagern. Auch Karbonate können so entstehen. Sie zählen aber nicht zu den Evaporiten.

Eine andere Möglichkeit für die Ausfällung von Karbonaten ist die Erhöhung der Wassertemperatur (Karbonat löst sich im Gegensatz zu z.B. Halit besser in kaltem als in warmem Wasser). Auf diese Weise bilden sich Quellkalke in Gebieten relativ hohem Kalksteinanteil im Untergrund.

Die Fällung von Karbonaten kann auch indirekt durch Lebewesen erfolgen. Algen betreiben Photosynthese und entziehen dem Wasser Kohlendioxid. Dies hat zur Folge, dass sich zum Ausgleich Kohlendioxid aus Hydrogencarbonat bildet, welches seinerseits beispielsweise mit Kalziumionen zu schwerlöslichem Kalziumkarbonat reagiert.



Biogene Sedimente


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 werden durch Aktivitäten lebender Organismen wie auch aus Resten von toten Organismen gebildet. Hierzu gehört die aktive Ausscheidung mineralischer Substanzen (in der Regel Karbonat- oder Phosphatskelette), die sich zu mehr oder weniger mächtigen Sedimentpaketen anhäufen können, wie Riffkalke, Mud Mounds oder Bone beds. Die mächtigen Kalksteinablagerungen der Kreidezeit bestehen oft zu einem großen Teil aus extrem kleinen Kalkskeletten von Algen (→ Nannoplankton). Auch nicht-mineralische Reste abgestorbener Organismen können größere Sedimentkörper bilden, z.B. Torf bzw. Kohle, die durch die Anhäufung und Umwandlung abgestorbener Pflanzenreste entstehen.
Rückstandsgesteine

Rückstandsgesteine entstehen aus den Rückständen chemisch aufbereiteter Gesteine am Ort der Gesteinszerstörung (Verwitterung) wie Laterit (aus fast allen Gesteinen), Bauxit (aus Karbonatgestein → Kalkbauxit oder Silikatgestein → Silikatbauxit) und Kaolin (aus Granit, Rhyolith, Arkose) oder Wegführung von leichtlöslichen Gesteinskomponenten.
Bedeutung

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 Kohlenstoffdioxid 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

Quelle - literatur & Einzelnachweise