Sedimente und Sedimentgesteine

    Sedimente (= Ablagerungsgesteine, Schichtgesteine) werden durch Ablagerung (Sedimentation) entstandene Gesteine genannt. Der Vorgang der Sedimentation findet unter anderem auf dem Lande (terrestrisch), im Meer (marin), in Fließgewässern (fluviatil) oder in Seen (limnisch) statt. Das sedimentierte Material entsteht

• als klastisches Sediment nach der Erosion und den anschließenden Transport eines schon existierenden Gesteins,
• als biogenes Sediment aus der organischen oder anorganischen Substanz von Organismen und ihrer Skelette,
• oder als chemisches Sediment durch die direkte Ausfällung in Lösung befindlicher Stoffe.

Sedimentgesteine (auch Sedimentite genannt) gehen durch Diagenese (Lithifizierung, Lithogenese) aus unverfestigten Sedimenten (= Lockersedimente) hervor. Bei der Diagenese kommt es durch den erhöhten 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 des sedimentären Lockergesteins in ein Festgestein führt. Ein Sonderfall der Diagenese ist die Inkohlung, bei der sich unter Wirkung von Druck und Temperatur leichtflüchtige organische Komponenten eines Gesteins abscheiden (und entweichen) oder sich in schwerflüchtige hochpolymere (und zum Großteil aromatische) Kohlenwasserstoffe umwandeln.

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Grundlegende Eigenschaften

Charakteristisch für Sedimente ist die auf Materialwechsel zurückgehende Schichtung. Eine Schicht bildete dabei für zumindest kurze Zeit die Erdoberfläche. Weiter sind Sedimentgesteine die einzigen Gesteine, die Fossilien enthalten können. Die Einwirkung von hohem Druck und/oder hoher Temperatur war bei Sedimentgesteinen während der gesamten Dauer ihrer Existenz nicht gegeben.

Die sedimentbildenden Prozesse werden durch die Wirkungen der Atmosphäre, 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, die zur Bildung eines Sedimentes beitragen, werden unter dem Begriff Milieu zusammengefasst, die daraus resultierenden Eigenschaften bezeichnet man als Fazies eines Gesteins. Milieu und Fazies sind charakteristisch für verschiedene Sedimentationsräume.

Sedimentgesteine unterteilt man in die großen Gruppen Klastische Sedimente, Chemische Sedimente, Biogene Sedimente und als Sonderform die Rückstandsgesteine (Residualgesteine).

Einteilung

Klastische Sedimente

Als Klastika (gr. klastó - (ab)gebrochen, von klãn - (ab)brechen) bezeichnet man Sedimentgesteine, deren Material aus der mechanischen Zerstörung anderer Gesteine stammt. Eine weitere Bezeichnung ist Trümmergestein. Klastische Sedimente werden anhand des Korngrößenspektrums charakterisiert, anhand des Materials, aus dem sie bestehen, und anhand ihrer Genese.

Korngrößen

Die Sedimente werden wie die Korngrößen einfach als Ton, Schluff (oder Silt), Sand oder Kies bezeichnet. Lockergesteine mit einem überwiegenden Anteil an groben Korngrößen (Kies, Steine, Blöcke) nennt man Schotter (bei abgerundeten Partikeln) oder Schutt (bei eckigen).

Je nach der Korngröße unterscheidet man folgende klastische Festgesteine:

• Konglomerat bzw. Brekzie bei Korngrößen größer als 2 mm. Konglomerate bestehen aus abgerundeten, Brekzien aus eckigen Gesteinstrümmern.
• Sandstein besteht überwiegend aus Quarzkörnern der Korngröße 0,063 bis 2 mm.
• Schluffstein (oder Siltstein) besteht aus Körnern, 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, heute noch verwendet).

Material und Bindemittel

• Enthält ein Sandstein bedeutende Mengen anderer Minerale (vor allem Feldspat), spricht man von einer Arkose, bei einem breiten Sprektrum an Mineralien und anderen Gesteinsbruchstücken von einer Grauwacke.
• Ein klastisches Sedimentgestein aus unterschiedlichen Mineralen und mit breitem Korngrößenspektrum, die von einem Trübestrom abgelagert wurden, wird Turbidit genannt.

Die Körner und Mineralkomponenten, aus denen die klastischen Sedimentgesteine bestehen, sind mit Hilfe von chemischem oder mineralischem Zement verkittet. Hierbei kann es sich um Tonmineralien, kalkige Bindemittel (CaCO₃), kieselige Bindemittel (SiO₂) und ferritische Bindemittel (FeO(OH)) handeln.

Entstehung

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

• Äolisches Sediment: Vom Wind transportierte Partikel lagern sich in Form von Dünen oder Lössdecken ab.
• Fluviatiles Sediment: Fließgewässer und stehende Gewässer lagern das mitgeführte zerkleinerte Gesteinsmaterial je nach Fließgeschwindigkeit in Form von Ton, Schluff, Sand und schotter ab.
• Glaziales Sediment: vom Gletschereis transportiert Gesteinsmaterial lagert sich in Form von Moränen oder Geschiebemergel ab.

Chemische Sedimente

Chemische Sedimentite entstehen durch die Fällung gelöster Stoffe aus übersättigten Lösungen. Häufig werden dabei die Evaporite (Karbonate wie Kalkstein, Sulfate, Halogenide und andere Salze) gebildet, die mächtige Gesteinspakete umfassen und Formationen bilden können, wie z. B. der Zechstein in Nord- und Süddeutschland.

Biogene Sedimente

Biogene Sedimentite, auch organogene Sedimentite oder Biolithe, werden durch Aktivitäten von lebenden Organismen wie auch aus Resten von toten Organismen gebildet. Hierzu gehören die aktive Ausscheidung mineralischer Substanzen, die sich zu mächtigen Sedimentpaketen anhäufen können, wie z. B. Riffkalke. Reste abgestorbener Organismen können auch größere Sedimentkörper bilden, z. B. Torf oder Kohle, die durch die Anhäufung von abgestorbenen Pflanzenresten entstehen, oder Bone beds u. a.

Rückstandsgesteine

Rückstandsgesteine, auch Residualgesteine, entstehen aus den Rückständen chemisch aufbereiteter Gesteine am Ort der Gesteinszerstörung (Verwitterung) wie z. B. Laterit (aus fast allen Gesteinen), Bauxit (aus Karbonatgestein -> Kalkbauxit oder Silikatgestein -> Silikatbauxit) und Kaolin (aus Granit, Rhyolith, Arkose).

Bedeutung von Sedimentgesteinen

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 Kohlenstoff enthalten. Dadurch ist der Anteil von Kohlendioxid in der Erdatmosphäre im Vergleich zu den Atmosphären z. B. der Venus oder des Mars extrem gering.

Das Studium der Sedimentgesteine ermöglicht die Rekonstruktion von Lebensräumen, die vor geologischen Zeiten bestanden haben.

Literatur

W. Maresch und O. Medenbach: Steinbachs Naturführer Gesteine. München 1996, ISBN 3-576-10699-5

• Liste der Gesteine
• Liste der Gesteine nach Genese