Sedimentgestein: Entstehung, Arten und Eigenschaften

Klassifikation nach der Art der Ablagerung

Bei den Arten von möglichen Ablagerungen unterscheidet man insgesamt drei Hauptgruppen, die auch zur Gliederung von Sediment­gestein verwendet werden: Gesteinstrümmer, Überreste von Lebewesen und Ausfällungen aus dem Wasser.

Eine Möglichkeit zur Unterteilung besteht nach der Art des Sediments, aus dem sie entstanden sind. Das können sein: klastische Sedimente (Gesteinstrümmer, auch von Metamorphiten oder Magmatiten, die transportiert und in Schichten übereinander abgelagert wurden), biogene Sedimente (meist kalkhaltige Ausscheidungen von Organismen oder auch Kalkskelette kleiner Algen, die auf den Meeresboden sinken) und chemische Stoffe (aus übersättigten Lösungen oder aus dem Wasser ausgefällte Sedimente, die sich dann ebenfalls ablagern, durch Eindampfen entstehen dann Salzgesteine, durch das Herauslösen aller löslicher Gesteinsbestandteile aus einem Gestein entstehen dagegen sogenannte Rückstands­gesteine).

Klastische Sedimente

Kleine Gesteinsbruchstücke, nach einer Verwitterung übriggebliebenes, kleinkörniges Gesteinsmaterial sowie verschiedene Sande werden von Flüssen (fluviatiles Sediment), Gletschern (glaziales Sediment) oder vom Wind (äolisches Sediment) zum Teil über weite Strecken transportiert und dann irgendwo abgelagert. Solche Gesteins-Sedimente nennt man „klastische Sedimente“.

Die Körner reichen von feinsten Partikeln bis zu besonders großen Geröllen von abgerundeter Form, eckige Bruchstücke mit scharfen Kanten zeigen dagegen keinerlei Abrundung. Wie die Körner je nach Größe heißen, steht im Abschnitt zu den Korngrößen. Eigene Profile haben Konglomerat, Brekzie, Tonstein und Siltstein.

Biogene Sedimente

Auch Organismen (etwa Korallen) scheiden Kalk ab, der sich dann als marines Sediment im Meer ablagert. Dazu kommen die vielen kalkhaltigen Skelette von kleinen Tieren (zum Beispiel bestimmten Mikro-Algen und Einzellern), die nach dem Absterben der Tiere auf den Meeresboden sinken. Auch sie bilden im Lauf der Jahrtausende zum Teil mächtige Sedimentschichten.

Chemische Sedimente und Evaporite

Chemische Sedimente entstehen, wenn sich bestimmte, im Wasser gelöste Substanzen (etwa Kalk) abscheiden (ausgefällt werden) und ablagern. Das kann beispielsweise passieren, wenn sich die Wassertemperatur erhöht: Durch das geringere Lösungsvermögen des Wassers wird in diesem Fall Kalk ausgefällt. Die Eindampfung erzeugt daraus Salzgesteine wie Anhydrit oder Halit.

Rückstandsgesteine und Fazies

Auch bestehendes Gestein kann von Wasser „ausgewaschen“ werden. Wenn alle im Wasser löslichen Bestandteile aufgelöst wurden, bleiben die sogenannten Residualgesteine (Rückstands­gesteine) übrig. Im engeren Sinn zählt man sie nicht zu den Sedimentgesteinen; ein eigenes Profil haben die Rückstands­gesteine.

Sedimente mit gleichen Eigenschaften (zum Beispiel Korngröße, Minerale, auch Farbe) werden als zusammengehörige Sediment-Fazies aufgefasst. Das Ablagerungsmilieu, ob Fluss, Gletscher, Wind, See oder Meer, prägt so die späteren Eigenschaften der Schicht.

Klastische Ablagerungen und Korngrößen

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 Stücke 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 bei der Zuordnung 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“, die daraus entstehende Felsart dann als „Schluffstein“ oder „Siltstein“. Bei Tonstein sind die Partikelgrößen noch kleiner (Korngröße weniger als 0,002 mm).

Für die weitere Unterteilung ist auch von Interesse, wie die feinsten Partikel unter 0,002 mm entstehen: meist nicht aus der Zertrümmerung, sondern überwiegend durch die Umwandlung von Feldspaten und Glimmern in Tonminerale oder sind Reste einer Verwitterung. Schluffe (Silte) sind mit 0,002 bis 0,063 mm noch feiner als Feinsand.

Nach einer älteren Einteilung werden Sorten mit sehr kleinen Korngrößen als Pelite, mit mittleren Korngrößen als Psammit und bei großen Korngrößen als Psephit bezeichnet. Für klastische Karbonatgesteine gilt zudem die Abstufung Lutit (unter 2 µm), Siltit (2 µm bis 0,063 mm), Arenit (0,063 mm bis 2 mm) und Rudit (über 2 mm).

Ablagerungen aus Lebewesen

Hier handelt es sich entweder um Ausscheidungen von lebenden Organismen, die mineralisch sind (kalk- oder phosphathaltig), oder um die Überreste toter Organismen (kalkhaltige Skelette). Nicht mineralische Überreste, wie Pflanzenreste, bilden dagegen kein Gestein, sondern Torf oder Kohle.

Chemische Ablagerungen

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 das Wasser 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.

Klassifikation nach Ablagerungsarten

Auch nach der Art des Transports oder dem Ablagerungsort lassen sie sich einteilen: in fluviatile Sedimentgesteine (Sedimente wurden von Flüssen transportiert und abgelagert, etwa Schluff, Ton oder Schotter), glaziale Sedimentgesteine (von Gletschern transportiert und abgelagert), äolische Sedimentgesteine (vom Wind transportierte Sedimente), marine Sedimentgesteine (Sedimente wurden entweder ins Meer oder an Flachmeerküsten transportiert und dort abgelagert oder sind im Meer entstanden), limnische Sedimentgesteine (in Seen entstanden) und pyroklastische Sedimentgesteine (in Verbindung mit Vulkanismus abgelagert).

Residualgesteine

Die sogenannten Rückstands­gesteine oder Residualgesteine werden zwar teils im weiteren Sinn zum Sediment­gestein gerechnet, sind aber keine Sedimentgesteine im eigentlichen Sinn, weil sie ohne Transport am Ort entstehen. 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.

Schichtung und Fossilien

Sedimentgesteine sind meist deutlich geschichtet, weil sich das Material in Lagen übereinander absetzte; an den Schichtflächen spalten viele Sorten leicht. Oft sind Versteinerungen von Muscheln, Schnecken oder Pflanzenresten eingeschlossen, etwa im Muschelkalk.

Sehr unterschiedliche Natursteine

Die Gruppe umfasst harte und weiche, dichte und saugfähige Steine. Wie fest ein Sediment­gestein ist, hängt von Kittmasse und Verfestigung ab, wie viel Wasser es aufnimmt, von seiner Porosität. Deshalb gibt es keine einheitlichen Kennwerte; Pflege und Reinigung richten sich nach der konkreten Sorte.

Woran Sie es erkennen

Typisch sind Schichtung, sichtbare Körner oder Bruchstücke, bei manchen Sorten Fossilien sowie Strukturen wie Rippelmarken und Trockenrisse auf Schichtflächen. Die Körner sind verkittet statt miteinander verzahnt.

Abgrenzung zu den beiden anderen Hauptgruppen

Magmatische Gesteine bestehen aus ineinander verwachsenen Kristallen oder Glas und sind nicht geschichtet. Metamorphe Gesteine sind durch Druck und Wärme umkristallisiert und oft geschiefert oder gebändert; aus Sandstein wird dabei etwa Quarzit, aus Kalkstein Marmor.

Fazit

Sie entstehen aus schichtartig angeordneten Ablagerungen (Sedimenten) verschiedener Herkunft, die sich im Laufe des Gesteinsbildungsprozesses (Diagenese) durch zunehmende Drücke in Festgestein verwandeln.

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

Ablagerungen (Sedimente) können auf sehr unterschiedliche Weise entstehen, auf chemischem oder biologischem Weg oder einfach aus zertrümmertem oder verwittertem Gestein. Im Laufe der Jahrtausende verfestigen sich diese Ablagerungen und werden dann wiederum fest, etwa zu Grauwacken.