Gesteine

Die Erdkruste besteht aus Gesteinen, aus einer Vielfalt von teilweise kristallinen Mineralien, die auf unterschiedliche Art entstanden. Erstarrungsgesteine bestehen aus kristallinen Mineralien, die sich bei der Abkühlung von Gesteinsschmelze, dem Magma bilden. Im Gegensatz dazu entstehen Sedimentgesteine durch Verfestigung loser Mineralien und Gesteinsfragmente mit pflanzlicher und tierischer Materie. Bei metamorphen Gesteinen werden vorhandene Gesteine durch Druck- und Temperaturverhältnisse verändert; dabei kann es zu einer Verfestigung kommen oder auch zu einer Teilschmelzung bei Kontakt mit aufsteigendem Magma, wobei z.T. neue kristalline Gesteine entstehen.

Mineralien

Mineralien sind anorganische Substanzen mit bestimmten chemischen und atomaren Strukturen. Bei Abkühlung des Magmas kristallisieren sie zu einer einzigartigen Struktur. Auch aus dem Zerfall bestehender Gesteine können neue hervorgehen, etwa Tonmineralien, oder, wie bei metamorphen Gesteinen, aus der Umwandlung existierender Materialien. Ein häufig auftretendes helles Mineral ist Quarz (ein Silikatoxyd); man findet Quarze als Bestandteil großer Kristalle in bestimmten Gesteinen oder im Küstensand. Andere helle Mineralien sind Feldspate, die als Silikate Kombinationen aus Silizium, Aluminium, Kalium, Natrium und Kalzium darstellen. Sie finden sich gewöhnlich in Gesteinen mit geringer Dichte wie Granit. Dunkle Silikate, Kombinationen aus Silizium und Magnesium und Eisen (Pyroxene, Amphibole, Olivine und dunkle Glimmer), überwiegen in dunklen Gesteinen wie Basalt.

Erstarrungsteine

Wenn das Magma in der Erdkruste anfängt abzukühlen, formen die Mineralien aufgrund des langsamen Abkühlungsprozesses große Kristalle und bilden plutonische Erstarrungsgesteine. Ein gutes Beispiel dafür ist Granit, ein wichtiges Massengestein in der Erdkruste.

Wenn Magma als Lava auf die Erdoberfläche gelangt, geht die Ankühlung schneller vor sich, was zur Bildung kleinerer Kristalle bis hin zu Glas führt. Das am meisten vorkommene Vulkangestein ist Basalt, woraus vorwiegend der Meeresboden besteht.

Ausgedehnte Magmakessel innerhalb der Erdoberfläche bilden große Tiefengesteinskörper, Batholithe genannt, die größtenteils aus Granit bestehen und häufig in großen Gebirgszügen vorkommen. Bei einer eruptiven Intrusion (kleine Magmaeinschlüsse) entstehen Gase, die oft in benachbarte Gesteine in Form wertvoller Mineralien kristallisieren - Gold, Silber, Kupfer, Blei und Zink. Derartige Lagerstätten finden sich in jüngeren geologischen Formationen, etwa im Pazifikraum, ebenso wie in älteren Gebirgsformationen, z.B. im Bereich der Kalgoorlie-Goldfelder in Westaustralien. Ein seltenes Erstarrungsgestein ist der Kimberlit, der in rohartigen Lagerstätten auftritt und, etwa in Südafrika, Diamantenvorkommen birgt.

Sedimentgesteine

Sedimentgesteine können aus organischen oder anorganischen Partikeln bestehen. Organische Sedimente sind pflanzliche oder tierische Überreste: Ein Beispiel für ein Sedimentgestein  aus pflanzlichen Überresten ist Kohle. Große Kalksteinvorkommen entstanden meist durch die Ausfällung von Kalziumkarbonat aus Wasser, doch können sie auch das Ergebnis der Ablagerung und Anhäufung von Schalenfragmenten und Korallenriffen sein. Zu den anorganischen Sedimentgesteinen gehören solche aus Sand (Sandstein), Ton (Tonschiefer) oder Kieseln, die zu Konglomeraten gepresst wurden.

Sedimentäre Schichten, die in großen Becken wie Ozeanen abgelagert wurden, können durch vertikale Anhebung freigelegt werden, wobei die Schichten in horizontaler Lage verbleiben oder geneigt werden können. Wenn solche Schichten im Zug von Gebirgsbildungen gefaltet werden, bilden sie komplexe Strukturen wie Antiklinalen (Sattel) und Synklinalen (Mulden). Antiklinalen wurden häufig zu Erdöllagerstätten, während muldenartige Strukturen oft Grundwasser speichern. In Sedimentgesteinen finden sich verschiedene Bodenschätze wie Eisenerz, Aluminiumoxid (Bauxit) und Manganoxid. Kohlelagerstätten sind sedimentäre Ablagerungen umgewandelter Wälder. Auch Baumaterialien wie Sandstein und Rohstoffe für Zement und Düngemittel stammen aus Sedimentgesteinen.

Metamorphe Gesteine

Bei metamorphen Gesteinen werden vorhandene Gesteine durch Druck- und Temperaturverhältnisse verändert; dabei kann es zu einer Verfestigung kommen oder auch zu einer Teilschmelzung bei Kontakt mit aufsteigendem Magma, wobei z.T. neue kristalline Gesteine entstehen. So wird Tonschiefer zu festerem Schiefer, Sandstein zu sehr hartem Quarzit und Kalkstein zu kristallisiertem Gestein (Mamor). Unreinheiten im Kalkstein sorgen dabei für verschiedenen Farben und Maserungen. Ist Sediment- und Erstarrungsgestein hohem Druck und hohen Temperaturen ausgesetzt, kann es teilweise schmelzen. Dieses Material wird zu kristallinem metamorphen Gestein, wie z.B. Schiefer oder Gneis. Gneis ähnelt Granit, doch weist er eine Schichtstruktur auf. Schiefer besteht aus ebenen Platten, die von Mineralien wie Glimmer gebildet werden.

Große Magmaintrusionen wandeln die Gesteine, in die sie eindringen, durch Hitze und Gase oft in metamorphe Gesteine um. Batholithe, die größten magmatischen Intrusionskörper, schufen in den Kontaktbereichen metamorphe Aureolen, wie an einigen Beispielen in den Alpen deutlich wird.

Die Baumaterialien Schiefer und Marmor sind metamorphe Gesteine. Zudem werden Talk (Kosmetik) und Graphit (Bleistift) kommerziell genutzt.

Der Gesteinszyklus

Wenn Erstarrungsgesteine auf der Erdoberfläche freigelegt werden, beginnen sie zu verwittern. Sonneneinstrahlung, Wasser, Eis, Wind und Wellen tragen zur mechanischen Verwitterung der Gesteine bei. Durch Kohlendioxid und organische Säuren angereichertes Wasser verwittert sie chemisch. Über lange Zeiträume hinweg produzieren mechanische und chemische Verwitterungsprozesse Kies, Sand und Ton, die wiederum häufig zu Sedimentgesteinen verfestigt werden. Wenn diese Gesteine in Subduktionszonen tief in die Erdkruste einsinken, gelangen sie in Bereiche mit hohem Druck und hoher Temperatur, wo sie teilweise geschmolzen und in kristalline metamorphe Gesteine umgewandelt werden. Gelangen die Gesteine noch tiefer in den Erdmantel werden sie vollständig zum Schmelzen gebracht und es entsteht neues Magma. Dieses neue Magma kristallisiert dann innerhalb der Erdkruste und bildet neue plutonische Erstarrungsgesteine oder wird als vulkanische Lava wieder ausgestoßen.

Wenn Vulkane in Subduktionszonen ausbrechen, bildet die Lava ein Gestein, namens Andesit, eine Mischung heller kontinentaler und dunkler ozeanischer Mineralien.
   

Geologische Zeittabelle