Sedimentgestein

Neben magmatischen Geteinen (Magmatiten) und Umwandlungsgesteinen (Metamorphite) bilden die Sedimentgesteine (Ablagerungsgesteine) die dritte große Hauptgruppe der Gesteinsarten. Sie entstehen aus verschiedenen Arten von Ablagerungen, die zunächst ein Lockersediment bilden und sich dann im Laufe des Gesteinsbildungsprozesses (Diagenese) zu Festgestein verfestigen.

Arten von möglichen Ablagerungen

Bei den Arten von möglichen Ablagerungen unterscheidet man insgesamt drei Hauptgruppen, die auch zur Einteilung von Sedimentgestein verwendet werden:

• klastische Ablagerungen
• biogene Ablagerungen und
• chemische Ablagerungen

Klastische Ablagerungen bestehen immer aus Resten von vorhandenem Gestein, das durch Verwitterung oder mechanische Zertrümmerung zu kleinen Bruchstücken zerfallen ist. Die Korngrößen dieser Trümmergesteine können unterschiedlich groß sein – man unterscheidet dabei Klasten oder Körner mit relativ geringer Korngröße, winzig kleine Bruchstücke von weniger als 0,002 mm Größe bezeichnet man dagegen als “Partikel”. Größere Bruchstücke werden als “Gerölle” oder “Fragmente” bezeichnet, je nachdem, ob sie Abrundungen (Gerölle) aufweisen oder nicht (Fragmente).

Sedimentgestein mit überwiegend sehr großen Körnern wird “Brekzie” (aus Fragmenten bestehend) oder “Konglomerat” (aus Geröllen bestehend) genannt. Die Korngrößen spielen dann auch eine Zuordnung zu bestimmten Gesteinen eine Rolle – kleinkörnige Lockersedimente (Korngröße 0,063 mm bis 2 mm) werden als Sand, das gebildete Gestein dann als “Sandstein” bezeichnet. Noch feinkörnigere Lockersedimente (Korngröße 0,002 mm bis 0,063 mm) bezeichnet man dagegen als “Schluff” oder “Silt”, das daraus entstehende Gestein dann als “Schluffstein” oder “Siltstein”. Bei Tonstein sind die Partikelgrößen noch kleiner (Korngröße weniger als 0,002 mm).

Bei biogenen Ablagerungen handelt es sich entweder um Ausscheidungen von lebenden Organismen, die mineralisch sind (kalk- oder phosphathaltig), oder um die Überreste toter Organismen (kalkhaltige Skelette). Sedimentgestein ist dabei auch das einzige Gestein, das Fossilien enthalten kann. Nicht mineralische Überreste, wie Pflanzenreste, bilden dagegen kein Gestein, sondern Torf oder Kohle.

Chemische Ablagerungen entstehen, wenn aufgrund von chemischen Reaktionen gelöste Stoffe aus dem Wasser abgeschieden werden und sich als Mineralkörner ablagern. Der Abscheidungsprozess beginnt gewöhnlich immer dann, wenn eine Lösung übersättigt ist (bei Karbonat-Ausfällungen auch, wenn sich nur die Wassertemperatur erhöht). Entweder wird Kalk ausgefällt, oder es entstehen durch Eindampfung sogenannte Evaporite (vapor, lat. = Dampf). Typische Evaporite sind etwa Gips oder Anhydrit, aber auch Halit oder Kalisalze.

Gesteinsbildungsprozess

Die einzelnen Sedimentschichten bilden zunächst sogenannte Lockergesteine, bevor sie sich langsam zu Festgestein umwandeln. Ursache für die Umwandlung ist das Auskristallisieren eines Bindemittels zwischen den losen Mineralkörnern (Zementation). Das kristalline Bindemittel hält die einzelnen Körner dann fest zusammen und macht sie zu Gestein. Die Schichtung der einzelnen Ablagerungen sind dann auch im späteren Gesteinsmaterial noch gut zu erkennen, oft auch als deutliche Bänderung. In manchen Fällen bleiben wichtige Ausgangsminerale, wie etwa Feldspate aus verwitterten Graniten, enthalten und zerfallen nicht wie üblich. Ein solcher, an Feldspat reicher Sandstein wird dann “Arkose” genannt.

Dieser Vorgang des Auskristallisierens geschieht, weil durch Überlagerung mit immer neuen Sedimentschichten an der Erdoberfläche der Druck auf die unteren Sedimentschichten immer weiter zunimmt. Die unten liegenden Schichten werden dadurch immer mehr zusammengepresst und entwässert. Es kommt dabei sowohl zum Austreten von sogenanntem Porenwasser als auch zur Drucklösung einzelner Minerale aus dem Randbereich der Mineralkörner. Aus dem Porenwasser wird eine Art “Zement” ausgefällt, der später kristallisiert, die druckgelösten Mineralkörner in anderen kristallisieren ebenfalls neu. Dadurch kommt es über lange Zeiträume hinweg zur Verwandlung der Sedimentschichten zu Festgestein.

Die Mächtigkeit solcher Ablagerungen kann sehr groß werden, eine Fazies aus Sedimentgestein kann mehrere hundert Meter Mächtigkeit erreichen, selbst wenn sie – wie bestimmte Kalksteinsorten – lediglich aus den Fossilien von sehr kleinen Algen mit Kalkskelett (wie den Coccolothophorida mit weniger als 20 µm Größe) gebildet wurden. Die schiere Menge dieser Ablagerungen über lange Zeiträume hinweg sorgt hier für die spätere Mächtigkeit der Sedimentgestein-Fazies.

Als Bindemittel findet sich oft Quarz und Karbonate, daneben sind aber eine Vielzahl anderer Bindemittel möglich. Allein bei Sandstein sind neben Carbonaten wie Calcit, Ankerit und Siderit sowie Quarz auch noch 8 weitere ganz unterschiedliche Zementminerale (etwa Hämatit, Goethit, Gips oder Illit) als Bindemittel möglich.

Residualgesteine

Die sogenannten Rückstandsgesteine oder Residualgesteine werden zwar offiziell zum Sedimentgestein gerechnet, sind aber keine Sedimentgesteine im eigentlichen Sinn. Es handelt sich dabei um die verbleibenden Gesteinsreste, wenn alle lösbaren Bestandteile durch chemische Vorgänge aus dem Gestein bereits herausgelöst und als Sedimente an anderen Orten abgelagert wurden.

Verwendung von Sedimentgestein

Sedimentgesteine – zu denen auch Kalkstein und Sandstein gehören – sind eine sehr wichtige Gesteinsgruppe, für die es zahlreiche Verwendungsmöglichkeiten gibt. Kalkstein, Sandstein und Dolomit spielen etwa in der Bauindustrie und als Baumaterial schon seit vielen Jahrtausenden eine wichtige Rolle, aber ebenso als Natursteine oder Naturwerksteine und als Ausgangsmaterial für den künstlerischen Bereich.

Viele Sedimentgesteine haben auch für unsere (fossile) Energiegewinnung eine hohe Bedeutung, etwa durch das in ihnen gelegentlich enthaltene Erdöl oder Erdgas, das im Inneren der Gesteinsschichten fallweise entstehen kann, aber auch durch die Nutzung von Steinkohle und Braunkohle, die man ebenfalls im weitesten Sinn zum Sedimentgestein rechnet.

In der Wissenschaft und Forschung ermöglicht das Studium von Sedimentgesteinen, als einzige Gesteine, die Fossilien enthalten können, einen guten Einblick in den Aufbau von ganz verschiedenen Lebensräumen der Urzeit.

Fazit

Aus unterschiedlichen Arten von Ablagerungen stellt die Natur im Lauf von Jahrtausenden wieder neues Gestein her, dabei wird vielfach altes, verwittertes oder zertrümmertes Gestein wieder zu neuen, größeren Gesteinsschichten verbunden (Gesteinskreislauf). Als große Hauptgruppe von Gesteinen spielen Sedimentgesteine eine wichtige Rolle in vielen Bereichen – sowohl im Baubereich als auch als Lagerstätten für fossile Energien wie Erdöl, Erdgas und Kohle.