Einfuehrung in Die Geologie Abschnitt 002

TU Dresden / Institut fr Geotechnik Professur fr Angewandte Geologie

Vorlesungsmaterial - Einfhrung in die GeologieSeite 2-1

Abschnitt 2 - Allgemeine stoffliche Grundlagen

Geochemische Sphren der Erde

geochemische Sphren Stoffbestand Atmosphre vulkanische Gase

Lufthlle, N, O, Ar, CO2 H2O ca. 68 %, CO2 ca. 16 %, SO2 / SO3 ca. 8 %, Stickstoff ca. 7 %, Sauerstoff 0 %

Biosphre Lebensraum in Atmosphre, Hydrosphre, Lithosphre, bis ca. 10 km Tiefe, C, O, H, N, S

Hydrosphre Ozeane, Meere, Salzgehalt ca. 3,5 %, davon 89 % Chloride

Lithosphre Gesteinsschale bis ca. 100 km Teufe, Kruste und feste Teile des Oberen Mantels

Chalkosphre Unterer Mantel, Schwermetalle angereichert Siderosphre Erdkern, Fe, Ni, Platinmetalle

Klassifizierung der chemischen Elemente nach ihrem geochemischen Charakter

atmophil unter Normalbedingungen gasfrmig - Atmosphre biophil lebende Substanzen - Biosphre lithophil starke Affinitt zu Sauerstoff, gesteinsbildend, Lithosphre = Erdkruste chalkophil starke Affinitt zu Schwefel, Chalkosphre = Erdmantel siderophil in der Eisenschmelze lslich, Siderosphre

Klassifizierung der chemischen Elemente nach ihrem Anteil im Gestein

Hauptelemente: - Gehalte > 1 % in der Erdkruste / - Gehalte > 1 % in Lagersttten Spurenelemente: - Gehalte < 1 % (< 0,1 %) in der Erdkruste / - Gehalte < 1 % (< 0,1 %) in Lagersttten

Chemischer Stoffbestand der Erdkruste - Hauptelemente [2-1]

Hauptelemente der Oberkruste Oxide der Hauptelemente der Oberkruste Sauerstoff 46,59 % SiO2 59,12 %Silizium 27,72 % Al2O3 15,34 %Aluminium 8,23 % FeO / Fe2O3 3,81 / 3,08 %Eisen 5,01 % CaO 5,08 %Calcium 3,63 % Na2O 3,84 %Natrium 2,85 % K2O 3,13 %Kalium 2,60 % MgO 3,49 %Magnesium 2,09 % Wasser 1,15 %Rest 1,28 % TiO2 1,05 % CO2 0,35 % P2O5 0,29 % Rest 0,27 %



Hufigkeit von gesteinsbildenden Mineralen [2-4]

Mineral / Mineralgruppe HufigkeitFeldspte (Ca[Al2Si2O8]; Na[AlSi3O8]; K[AlSi3O8]) 58 %Pyroxene ((Ca,Mg,Fe)2[Si2O6]) Amphibole (Ca2(Mg,Fe)5[OH/Si4O11]2) Olivine ((Mg,Fe)2[SiO4]

16,5 %

Quarz (SiO2) 12,5 %Glimmer (z. B. K(Mg,Fe,Mn)3[(OH)2/AlSi3O10]) Tonminerale (z. B. Al4[(OH)8/AlSi4O10]) 4,5 %Eisenoxide (z. B. Fe3O4; Fe2O3) 3,5 %Carbonate (z. B. CaCO3) 1,5 %Sonstige 3,5 %Summe 100 %davon Silikate und Quarz 91,5 %

Chemischer Stoffbestand der Lithosphre - Spurenelemente [2-5]

1 ppm = 1mg/kg = 0,0001 % (10-4 %) / 1000 ppm = 0,1 % / 10000 ppm = 1 %

10000 bis 100 ppm 100 bis 10 ppm 10 bis 1 ppm 1 bis 0,1 ppm 0,1 bis 0,001 ppm Ti 4500 V 90 Be 3,8 Tl 1 Hg 0,08Mn 1000 Cr 83 Cs 3,7 Lu 0,8 Ag 0,07P 930 Zn 83 U 2,5 Sb 0,5 Se 0,05F 660 Ce 70 Ta 2,5 J 0,4 Pd 0,013Ba 650 Ni 58 Sn 2,5 Yb 0,33 Bi 0,009S 470 Li 32 Br 2,1 Tm 0,27 Pt 0,005Sr 340 Nb 20 As 1,7 In 0,25 Au 0,004C 230 N 19 Ge 1,4 Cd 0,13 Te 0,001Cl 170 Co 18 Eu 1,3 Zr 170 Pb 16 W 1,3 Rb 150 Th 13 Hf 1,0

Mineraldefinition

Minerale sind natrlich gebildete, stofflich homogene, meist anorganische und im Allge-meinen kristalline Festkrper. Mineral: minera = Erz / Erzstufe / lat.: minare = Bergbau treiben

... natrlich gebildete ... ... stofflich homogene ... ... kristalline Festkrper ... durch geologische Prozesse

gebildete chemische Ver-bindungen

Gesteinsbildung durch Mineralaggregation

Meteoritenminerale knstliche Verbindungen

sind keine Minerale

chemische Zusammen-setzung in definierten Grenzen

physikalische Eigenschaften in definierten Grenzen

Kristalle mit innerer Struktur durch Anordnung der Bausteine nach geo-metrischen Gesetzen

Kristallform Anisotropie Ausnahme Quecksilber

(flssig bei Raumtempe-ratur)



Gesteinsdefinition

Durch geodynamische Prozesse gebildete lockere oder feste, statistisch homogene Mineral-korngemenge, die selbstndige geologische Krper bilden.

Merkmale zur Charakteristik ... statistisch homogen ... = Gleichfrmigkeit von

Mineralbestand Gefge Mineralaggregate = Gemenge mehrerer

verschiedenartiger Minerale definiertes Mengenverhltnis der Minerale

(z. B. Granit: Quarz ca. 30 %; Feldspat ca. 60 %, Glimmer ca. 10 %)

aus dem Mineralbestand ergibt sich eine definierte chemische Zusammensetzung (z. B. Granit: SiO2 ca. 70 %; Al2O3 ca. 15 %; Alkalien/Erdalkalien ca. 10 %; Eisenoxide ca. 5 %)

Struktur und Textur des Gesteines Struktur = Ausbildung der Teile (Entste-

hung / Korngre / Kornform / Gren-verhltnisse)

Textur = Anordnung der Teile im Raum (Hohlrume / Einregelungen / Kornkontakte / Bindemittel)

Hauptgesteinsgruppen (nach [2-2])

Magmatite (Erstarrungsgesteine): aus Silikatschmelzen kristallisiert Tiefengesteine (Plutonite / Intrusiva) mit

langsamer Abkhlung der Schmelze und grobkrnigen Kristallen

Oberflchengesteine (Vulkanite) mit

schneller Abkhlung der Schmelze und feinkrnigen Kristallen oder glasiger Struktur

Granit, Gabbro, Rhyolith, Basalt

Metamorphite (Umwandlungsgesteine): durch Druck und Temperatur umgewandelt Mineralum- und -neubildungen Regional(Versenkungs)metamorphose

Kontaktmetamorphose Gneis, Glimmerschiefer, Marmor, Quarzit,

Hornfels, Fruchtschiefer

Sedimentgesteine (Absatzgesteine): Entstehung aus Verwitterungsprodukten

und Organismenresten Verwitterung Abtragung (Erosion)

Transport Ablagerung (Sedimentation) als Lockersediment

Lockersedimente z. B. Kies, Sand, Ton, Kalkschlamm, Torf

Verfestigung der Lockersedimente durch

Kompaktion und Zementation = Diagenese Schichtung gemeinsames Merkmal klastische, chemische, organogene

(biogene) Sedimente Sandsteine, Salze, Kalksteine, Kohle



Gefge

Grenverhltnisse, Form und Anordnung der Teile eines Gesteins oder des Gesteinsver-bandes, die seiner Entstehung entsprechen.

Struktur = Ausbildung der Teile Textur = Anordnung der Teile kristallin / richtungslos

Magmatit [2-3]

klastisch / richtungslos

Sedimentit [2-3]

kristallin / eingeregelt

Metamorphit [2-3]

Legende zu den Abbildungen:

Unterteilung der Gefgeelemente

materielle Gefgeelemente nichtmaterielle Gefgeelemente Gestein: Mineralkrner Gesteinsverband: Kluftkrper

Gestein / Gesteinsverband: Hohlrume (Poren, Blasen, Kavernen) Trennflchen (Schichtfugen, Klfte,

Schieferungsflchen, Strungen)

Die Beschreibung der rumlichen Anordnung von Gefgeelementen erfolgt unter Nutzung von Koordinatensystemen unter Bezug auf magnetisch Nord.

Beschreibung der Gefgeelemente

Struktur = Ausbildung der Teile Textur = Anordnung der Teile Gestein: Merkmale der Entstehung, Grenver-

hltnisse und Form des Einzelkorns Gesteinsverband: Merkmale der Entstehung, Grenver-

hltnisse und Form des Kluftkrpers

Gestein: rumliche Anordnung der Mineralkrner im

Handstck Gesteinsverband: rumliche Anordnung der Kluftkrper und

Trennflchen

Beschreibung der Struktur - Klassifizierung

Entstehung Form (Beispiele) Grenverhltnis kristallin hypokristallin amorph klastisch pyroklastisch

rundkrnig eckig kubisch, sulig,

quaderfrmig faserig, nadelig

gleichkrnig ungleichkrnig

- stetig - unstetig



Beschreibung der Struktur - Beispiele [2-3]

a-kristallin b-klastisch-rundkrnig c-klastisch-eckig d-kubisch e-sulig f-quaderfrmig g-gleichkrnig h-stetig ungleichkrnig i-unstetig ungleichkrnig k-porphyrisch l-konglomeratisch m-brekzis

Beschreibung der Textur - Klassifizierung

Art und Festigkeit der Kontakte

Anteil nichtmaterieller Gefgeelemente

Grad des Gerichtetseins der Gefgeelemente

ohne Bindemittel mit Bindemittel locker

- bindig - nichtbindig

fest

dicht porig kaverns blasig klftig Gre der Elemente

- gro - mittel - klein

richtungslos Paralleltextur

- Dimension - Entstehung - Ebenheit

Durchkreuzungstextur - Kreuzungswinkel - rechtwinklig - schiefwinklig



Beschreibung der Textur - Beispiele [2-3]

a bis c Art der Kornkontakte mit Binde-mittel (punktiert) und Poren (schwarz);a-Kontaktzement; b-Porenzement; c-Basalzement; d bis h Anteile nicht-materieller Gefgeelemente (schwarz);d-dicht; e-porig; f-kaverns; g-blasig;h-klftig;

i bis m Grad des Gerichtetseins;i-richtungslos; k bis m Paralleltextur;k-flchenhaft; l-flchenhaft-linear;m-linear;n bis p Ebenheitsgrad der Paralleltextur;n-eben; c-wellig/flasrig; p-knollig

Beispiel fr die Gefgebeschreibung eines Gesteinskrpers [2-3]

a) Steinbruch mit Trennflchengefge, KK = Kluftkrper; b) Kluftkrper; c) Einzelkorn des Kluftkrpers



Literatur / Quellenangaben zum Abschnitt 2

[2-1] RICHTER, D.: Allgemeine Geologie. - Walter de Gruyter Berlin, 4. Auflage 1992

[2-2] PRESS, F.; SIEVER, R.: Allgemeine Geologie. - Spektrum Akad. Verlag 1995

[2-3] KLENGEL, J.; WAGENBRETH, O.: Ingenieurgeologie fr Bauingenieure. - Verlag fr Bauwesen, Berlin, 3. Auflage

[2-4] JUBELT, R.; SCHREITER, P.: Gesteinsbestimmungsbuch. - VEB Deutscher Verlag fr Grundstoffindustrie, Leipzig 1972

[2-5] RSLER, H. J.; LANGE, H.: Geochemische Tabellen. - VEB Deutscher Verlag fr Grundstoffindustrie, 2. Auflage, Leipzig 1975

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