Gneis: Entstehung, Zusammensetzung und Verwendung

Ältestes Umwandlungsgestein der Erde

Symbolbild, KI-generiert

Unter den Metamorphiten, also jenen Gesteinen, die durch Umwandlung aus anderem Gestein entstehen, ist der Gneis sicherlich die bekannteste Gesteinsart. Durch seine Entstehungsweise grenzt er sich deutlich von anderen bekannten Gesteinsarten ab, die häufig aus Magma erstarrt sind, wie etwa die typischen Erstarrungsgesteine Granit oder Basalt.

Gneise bilden dabei die ältesten Gesteinsformationen der Erde, haben oft bereits mehrere Umwandlungen hinter sich und gelangen nur dann an die Oberfläche, wenn die darüber liegenden Gesteinsschichten entweder tiefreichend erodiert sind oder die gneishaltige Gesteinsschicht durch tektonische Aktivitäten (etwa bei der Gebirgsbildung durch Auffaltung) an die Oberfläche gehoben wird. Zu den ältesten Zeugnissen der Erdgeschichte zählen der Acasta-Gneis im Norden Kanadas mit einem Alter von rund 4 Milliarden Jahren und die Gneise von Isua im Südwesten Grönlands mit bis zu 3,8 Milliarden Jahren.

So unterschiedlich wie das uralte Ursprungsmaterial sind dann auch die entstehenden Gneise. Sie sind durchaus in beträchtlichen Vorkommen zu finden, denn in den steinigen Schichten unter unseren Füßen herrschte immer viel Bewegung.

Definition

Gneis ist ein metamorphes Gestein, das durch eine Umwandlung (Metamorphose) von unterschiedlichen Ausgangssteinen (Protolithen) entsteht. Ist der Protolith ein Erstarrungsgestein wie Granit, entstehen sogenannte Orthogneise. Bei einem Protolithen, der ein Sediment­gestein (zu Gestein gewordene Sedimente wie Grauwacke, Arkosen, Sandsteine oder Tonschiefer) ist, entstehen dagegen Paragneise. Fachlich gilt ein solches Umwandlungsgestein mit lagig ausgerichteten Mineralen als Gneis, wenn es mehr als 20 Prozent Feldspat enthält.

Vorkommen

Gneis ist weltweit verbreitet. In Deutschland zeigen geologische Karten ihn unter anderem im Erzgebirge mit seinen Grau- und Rotgneisen, im Fichtelgebirge, im Bayerischen Wald und im Schwarzwald. In den Zentralalpen bauen Gneise große Teile der Gebirge auf; viele Handelssorten stammen von dort aus der Schweiz und aus Italien. Weitere große Vorkommen liegen in Skandinavien, in Brasilien und in Indien.

In Norddeutschland begegnet man Gneis oft als Findling: Die Gletscher der Eiszeiten haben die Blöcke aus Skandinavien herantransportiert, zusammen mit Granit und anderen nordischen Geschieben.

Zusammensetzung

Da sich die Protolithe im Allgemeinen durchaus ähneln, kann man auch für die Gneise daher grundlegende Regeln für den Mineralbestand aufstellen. Typische Anteile sind Quarz (SiO2) in einer Menge von 13 % bis 30 %, Kalifeldspat in einer Menge von 3 % bis 29 % (er fehlt bei Paragneis und schichtigem Zweiglimmergneis aber vollständig und ist durch 22 % bis 31 % Plagioklas ersetzt), Plagioklas in einer Menge von 1 % bis 38 %, Biotit (Glimmer) in einer Menge von 1 % bis 40 % und Muskovit in einer Menge von 2 % bis 40 % (er fehlt bei Granodioritgneis, Cordieritgneis und Granatgneis vollständig). Mehr zu den Mineralen steht unter Biotit, Glimmer und Quarz.

Genauere Angaben als diese ungefähre Richtlinie lassen sich bei Gneis aufgrund der Verschiedenheit der einzelnen Gneisarten voneinander nicht machen. Cordierit, Sillimanit, Hornblende und Granat kommen fast ausschließlich bei den auch so benannten Gneisarten vor (Cordieritgneis, Sillimanitgneis, Hornblendegneis und Granatgneis).

Typische Eigenschaften von Gneisen aus Sedimenten

Paragneis ist immer reich an Quarz, Feldspat und Glimmer. Sie sind daher harte, kristalline Gesteine und meist sehr massig, durch das typische gneisartige Gefüge in weitständigen Lagen (Foliation), die durch die wechselnde Ablagerung von Quarz-Feldspat-Lagen und Glimmerlagen zustande kommt, sind sie meist gut zu erkennen.

Neben den hellen Hauptmineralen (Quarz, Alkalifeldspate und Plagioklas) finden sich noch Biotit und Muskovit als Glimmer sowie Amphibole wie Hornblende. Dazu kommen noch typische Metamorphosen-Minerale: Sillimanit, Andalusit, Cordierit, Disthen, Staurolith oder Granat. Apatit, Titanit, Allanit, Epidot, Zirkon und Turmalin sowie Erzminerale (etwa Ilmenit) kommen als Begleitminerale gelegentlich vor.

Aussehen

Wenn der Mineralbestand schon so stark schwanken kann, gilt das natürlich ebenso für das Aussehen von Gneisen. Die Farbgebung, Maserung und Struktur von Gneis sind sehr verschieden. Schon die Struktur kann stark unterschiedlich sein, entweder fein- oder grobkörnig oder mit der für viele Gneise sehr typischen Paralleltextur, die entweder deutlich grobschieferig-geschichtet oder deutlich sichtbar gebändert wirkt.

Möglich ist daneben aber (wie bei vielen Granitgneisen) auch ein sehr einheitliches und gleichmäßig wirkendes Gefüge ohne klar erkennbare Textur. Solche Gneise gehen vor allem aus Tiefengesteinen wie Granit oder Granodiorit hervor.

Unterschiede zwischen Gneis und Granit

Wenn es um den technischen Einsatz geht, haben Gneise und Granite annähernd vergleichbare Eigenschaften. Gneise haben gegenüber Graniten nur eine etwas höhere Wasseraufnahme und eine geringfügig höhere Biegezugfestigkeit; Letztere gilt vor allem, wenn die Last quer zur Schieferung wirkt.

Anders als beim Granit kann die Abriebfestigkeit zwischen verschiedenen Gneissorten stärker unterschiedlich sein, da sie vor allem vom Quarzgehalt der jeweiligen Gneissorte bestimmt wird. Die Spaltbarkeit von Gneisen kann sehr gut sein, wenn in der jeweiligen Gneisart lagenweise Schichtsilikate vorhanden sind.

Anders als beim Granit lässt die Farbe auch gute Rückschlüsse auf die mineralogische Gruppe zu, zu der ein Gneis gehört: nahezu alle grau gefärbten Gneise sind Paragneise, ein bunter Gneis ist fast immer ein Orthogneis oder ein Migmatit.

Bekannte Sorten

Bei den Orthogneisen ist der „Steinbacher Augengneis“ eine sehr bekannte deutsche Varietät. „Mitternachtsblau“ und „Orissa“ sind bekannte indische Varietäten, der „Juparana Classico“ eine brasilianische. Bei den grauen Gneisen gibt es durchwegs eine größere Zahl von besser bekannten Varietäten, von denen viele aus der Schweiz stammen: „Calanca“, „Onsernone“, „Maggia“, „Soglio“ und „Serizzo Antigorio“ sind relativ gut bekannt. Sie finden häufig als Naturstein Verwendung, dabei kommen sie im Innen- und im Außenbereich zum Einsatz. Bekannte Sorten sind etwa der Serizzo Antigorio aus dem italienischen Piemont, der Calanca aus der Schweiz oder der Silver Cloud aus Georgia.

Merkmale

Typisch ist die Streifung: Helle, körnige Lagen wechseln mit dunklen, glimmerreichen Streifen, denn eingeregelte Minerale liegen hier parallel zueinander. Auf der Bruchfläche erscheinen die Glimmerplättchen als glänzende Schuppen, beim Augengneis liegen größere Kristalle wie Augen zwischen den Lagen. Es gibt aber auch richtungslose Gneise mit gleichmäßigem Korn, die Granit sehr ähnlich sehen.

Abgrenzung

Granit ist richtungslos körnig, Gneis geschiefert oder gebändert. Glimmer­schiefer ist deutlich schiefrig, spaltet in dünne Platten und besteht zu mehr als 50 Prozent aus Schichtsilikaten. Mehr zum granitischen Typ steht im Profil Orthogneis.

Gneis auf einen Blick

So kompliziert die Einteilung der untereinander höchst verschiedenen Gneisarten auch sein mag, so faszinierend ist seine Entstehung: immerhin handelt es sich um umgewandelte, älteste Gesteine unserer Erde. Durch die Metamorphosen sind zahlreiche, wunderschöne und optisch wirklich beeindruckende Gesteinsvarietäten entstanden, die daneben auch robust und haltbar und meist gut zu verarbeiten sind.

Was Kräfte der Natur im Laufe vieler Jahrtausende bewirken können, zeigen Gneise mit ihrer Vielfalt eindrucksvoll. Unter der Einwirkung dieser Kräfte können sich einfache Sedimente, beispielsweise Ablagerungen aus Tonschiefer, im Lauf von erdgeschichtlichen Zeiträumen zu Paragneisen umwandeln, sodass man ihnen ihren Ursprung überhaupt nicht mehr ansieht. So ist aus den tonigen, schlammigen Ablagerungen ein hartes, kristallines Gestein geworden, das anschließend als Naturstein unsere Innenräume oder unsere Terrasse ziert.

Nicht umsonst hat der Berufsverband Deutscher Geowissenschaftler den Gneis zum Gestein des Jahres 2015 gewählt, und nicht umsonst haben sich viele Hausbesitzer immer wieder für Bodenbeläge, Treppenstufen oder Fensterbänke aus diesem faszinierenden Material entschieden.