Wir haben einen mehr als ungewöhnlichen Stein entdeckt, den wir euch gern zeigen möchten. Der eine Teil des Steins sieht total anders aus als der andere, ohne dass es eine Bruchstelle oder ähnliches gibt.
Wir wollen gemeinsam mit euch Aspekte betrachten, die das Phänomen erklären können. Der erste Schritt ist die Einordnung in eine der drei großen Gesteinsgruppen Magmatite, Metamorphite oder Sedimentgesteine. Da es keinerlei Hinweise auf ein metamorphes oder ein sedimentäres Gestein gibt, handelt sich um ein magmatisches Gestein, genauer um ein magmatisches Geschiebe.
Die Frage ist: Wie können zwei Teile eines Steins so verschieden aussehen?
Um die Antworten zu finden, müssen wir sowohl die beiden Seiten des Steins als auch die Übergangszone genau beschreiben und einordnen. Dazu benötigen wir Kenntnisse, wie aus einer magmatischen Schmelze überhaupt Gesteine entstehen.
Bestandteile einer magmatischen Schmelze
Alle magmatischen Gesteine entstehen bei der Abkühlung von Gesteinsschmelzen. Diese Schmelzen heißen „Magma“, solange sie unter der Erde sind. Wir nennen sie „Lava“, wenn sie die Erdoberfläche erreichen.
Schauen wir uns zunächst die Minerale an, die am häufigsten in einem Magma vorkommen. Minerale sind die Bausteine, aus denen Gesteine zusammengesetzt sind. Wir teilen die Minerale auch schon mal in zwei Gruppen ein, weil das in den folgenden Betrachtungen wichtig ist.
In einer Schmelze sind häufig die folgenden mafischen Minerale vorhanden: Olivin, Pyroxen, Amphibol (Hornblende) und Biotit (dunkler Glimmer). Die mafischen Minerale sind in hohem Maße magnesium- und eisenhaltig. Der Wortstamm maf- ist aus ma für Magnesium und f für Ferrum (Eisen) zusammengesetzt.
Mafische Minerale besitzen oft eine dunkle Farbe, deshalb werden sie auch als dunkle Minerale bezeichnet. Bezüglich des dunklen Aussehens gibt es Ausnahmen. So hat etwa Olivin keine dunkle Farbe.
Sogenannte felsische Minerale in einer Schmelze sind: Plagioklas, Alkalifeldspat, Muskovit (heller Glimmer) und Quarz. Auch felsisch ist ein Kunstwort, was aus Feldspat und Silica, also Feldspat und Silizium, gebildet wird.
Felsische Minerale haben meist eine helle Farbe. Deshalb werden sie als helle Minerale bezeichnet. Dunklere Farbtöne gibt es hier auch: Alkalifeldspat kann von weiß bis dunkelrot oder braun gefärbt sein, und auch Quarz kann Einfärbungen enthalten.
Die genannten Minerale können in einer Schmelze enthalten sein, müssen es aber nicht!
Reihenfolge der Kristallisation
Die Minerale haben unterschiedliche Schmelzpunkte. Bei der Abkühlung einer Schmelze kristallisieren demzufolge die Minerale mit dem höchsten Schmelzpunkt zuerst aus.
Das sind die mafischen Minerale in der oben genannten Reihenfolge Olivin, Pyroxen, Amphibol und Biotit. Da die Kristallisation der verschiedenen Minerale in Sprüngen erfolgt, nennt man das eine diskontinuierliche Reaktionsreihe.
Parallel dazu (also in relativ hohen Temperaturbereichen) kristallisieren die Plagioklase. Plagioklas ist ein Feldspat, der Kalzium und Natrium in unterschiedlich hohen Anteilen enthalten kann (Kalknatronfeldspat). Der bei den höchsten Temperaturen auskristallisierte Plagioklas enthält das meiste Kalzium. Weitere Kristallisationen von Plagioklas erfolgen kontinuierlich entsprechend des abnehmenden Kalzium-Gehaltes und des zunehmenden Natrium-Gehaltes in der Schmelze. Die Kristallisation der Plagioklase bildet eine kontinuierliche Reaktionsreihe. Plagioklase sehen immer hell aus.
Sinkt die Temperatur noch weiter, dann kristallisieren Kalifeldspat, Muskovit und Quarz.
Kristallisationsabfolge nach Bowen
Bei welchen Temperaturen ein Mineral schmilzt bzw. auskristallisiert, hängt sehr stark vom Druck ab. Der Druck ist in großen Tiefen enorm. Einen großen Einfluss hat auch der Wasser- und Kohlendioxid-Gehalt der Schmelzen.
Fraktionierte Kristallisation und magmatische Differentiation
Minerale, die bereits auskristallisiert sind, sinken auf den Boden der Schmelze ab, da sie schwerer sind. Diese sukzessive Abtrennung von auskristallisierten Mineralen aus einem Magma wird als fraktionierte Kristallisation bezeichnet.
Während des Abkühlungsprozesses verändert sich somit die chemische Zusammensetzung der Schmelze fortwährend, weil bestimmte Minerale nicht mehr darin vorkommen. Aus einem Stamm-Magma werden Teilmagmen verschiedener Zusammensetzung abgetrennt. Diese Abtrennung wird magmatische Differentiation genannt. Dank dieser Prozesse können aus einem ursprünglich einheitlichen Magma verschiedene Gesteine gebildet werden.
Diese Vorgänge sind es wert, etwas genauer betrachtet zu werden. Schließlich wollen wir ja herausfinden, wie unser Stein entstanden sein könnte.
In einem frühen Stadium, also bei relativ hohen Temperaturen, könnten beispielsweise mafische Minerale wie Olivin und Pyroxen und felsischer, kalziumreicher Plagioklas auskristallisieren. Das Ergebnis wäre ein Gestein mit hellen Plagioklaskristallen und verschiedenen dunklen Kristallen.
Während sich bei hohen Temperaturen kristallisierende Minerale aus der magmatischen Schmelze abscheiden, steigt gleichzeitig der Gehalt an Kalium und Silizium in der verbleibenden magmatischen Schmelze. Aus dieser an Kalium reichen Restschmelze können sich bei weiter sinkender Temperatur Kalifeldspat-Kristalle bilden. Zusammen mit Quarz und Glimmer entsteht Granit.
Bewegungen in der magmatischen Schmelze
Eine Magmakammer ist kein Ort der Ruhe. Auf Grund der Wärme, die aus dem Erdinneren abgestrahlt wird, gibt es Konvektionsströmungen, also Umwälzungsbewegungen zum Ausgleich von Temperaturdifferenzen. Die Bewegungsenergie ist in verschiedenen Bereichen unterschiedlich groß.
Frisches mafisches Magma kann aufsteigen. Eventuell kann es zu Kontakten mit einem bereits felsischem Teilmagma kommen. Oder zum Kontakt mit „fertigen“ Kristallen. So ist es zum Beispiel möglich, dass bereits auskristallisierte Kalifeldspatkristalle in einer mafischen Umgebung landen. Das Ergebnis wäre wieder ein Gestein mit hellen Kristallen und verschiedenen dunklen Kristallen. Die hellen Kristalle sind diesmal kein Plagioklas, sondern Kalifeldspat. Das ist natürlich nur ein Beispiel der großen Vielfalt, wie Gesteine „gemischt“ werden können. Unser Stein ist ja so ein interessanter Mix.
Betrachten wir noch einmal unsere felsischen Restschmelzen. Sie enthalten jetzt Minerale mit einem niedrigen Schmelzpunkt und Gase wie Wasser oder Kohlendioxid. Die Minerale können wie bereits oben erwähnt in der Magmakammer abkühlen. Unter entsprechenden Druckverhältnissen ist es aber auch möglich, dass dieses Restmagma samt Gasen in Gängen und Spalten Richtung Erdoberfläche transportiert wird. Dort kühlt es als Ganggestein schneller ab als in größerer Tiefe.
Einfluss der Abkühlgeschwindigkeit
Jedes Mineral benötigt in „seinem“ Temperaturbereich Zeit für die Kristallisation. Und es benötigt Raum zum Wachsen.
Generell gilt: Je mehr Zeit ein Kristall zum Wachsen hat, desto größer kann er werden. Das bedeutet, dass Tiefengesteine im Normalfall große Kristalle bilden. Ein typisches Besispiel ist Granit. Vulkanite, die an der Erdoberfläche schnell auskühlen, haben dagegen ganz kleine Kristalle, die ohne Lupe meist nicht zu erkennen sind. Ein typisches Beispiel ist Basalt.
Granit aus Königshain (Sachsen) mit typisch körnigem Gefüge. Basalt (Sachsen): Durch das relativ schnelle Erstarren an der Erdoberfläche konnten die Kristalle nicht wachsen. Lediglich Olivin (gelbe Kristalle) hat es geschafft, da er zuerst bei hohen Temperaturen auskristallisiert ist.
Es kann vorkommen, dass eine Schmelze erst langsam auskühlt, so dass sich die Kristalle gut entwickeln können. Gelangt das Magma dann durch irgendein Ereignis in kühlere Bereiche, wo es schneller auskühlt, erstarrt der Rest relativ schnell.
Das fertige Gestein wird dann einzelne große Kristalle in einer schnell erstarrten Grundmasse (Matrix) enthalten. Gesteine mit diesem Aussehen werden Porphyre genannt. Bereits auskristallisierte Minerale wie Plagioklas oder Alkalifeldspat können dank der Bewegungen, die in einer Magmakammmer stattfinden, in andere Umgebungen gelangen.
Quelle: https://www.kristallin.de/Gesteinsbestimmung/Bestimmung_1.html
Ganggesteine (auch Subvulkanite genannt) sind Gesteine, die in schmalen "Gängen" aus der Tiefe aufsteigen, aber auf ihrem Weg an die Erdoberfläche in den Aufstiegskanälen und Spalten steckenbleiben und dort auskristallisieren. Die Breite der Gänge kann zwischen wenigen Zentimetern und vielen Metern variieren.
Ganggesteine zeigen Merkmale von Tiefengesteinen und von Vulkaniten. Bei einem Granit könnte sich das so auswirken, dass die Körner/Kristalle relativ klein bleiben. Es kommt auch zur Bildung von Porphyren, da die Abkühlung ab einem gewissen Stadium relativ schnell erfolgt. Da im aufsteigenden Magma viele Gase enthalten sind, können sich Kristalle in Gängen oft gut entfalten, weil sie viel Raum zum Wachsen haben.
Resümee
Wir haben versucht, ein paar Aspekte aufzuzeigen, wie unser Stein beziehungsweise seine beiden Seiten entstanden sein könnten. Ob sich die beiden unterschiedlichen Seiten des Steins in einer Magmakammer zusammengefunden haben, oder ob ein Teil bereits abgekühlt war und der andere sich in Form eines Ganggesteins angeschweißt hat, wird ein Geheimnis bleiben. Um solche Fragen klären zu können, müsste ein größeres Umfeld bekannt sein. Das befindet sich in den Weiten Skandinaviens.
Aufgaben/Fragen
Schaut euch den Stein gut an, so dass ihr mit Hilfe des Listings die folgenden Fragen beantworten könnt. Bleibt mit den Füßen auf der Straße des Parkplatzes, dann ist "rechte Seite" und "linke Seite" klar. Vorsichtshalber fügen wir noch eine Grafik hinzu.
1. Beschreibt stichpunktartig die rechte Seite des Steines! Ist eine Körnung erkennbar und wenn ja, wie groß sind die Kristalle ungefähr? Welche Farbe(n) sind zu finden?
Überwiegen bei dem Gestein die mafischen oder die felsischen Minerale? Oder ist das ausgeglichen? Gern könnt ihr auch einen Vergleich bringen, welchem Gestein es ähnelt.
2. Beschreibt kurz die Struktur (Größe und Form der Körner/Kristalle und die Art des Kornverbandes) der linken Hälfte des Steines! Welche Farben gibt es, welche Farbe ist dominant?
Ähnelt die linke Steinseite am ehesten einem Granit, einem Basalt oder einem porhyrartigen Gestein?
3. Die großen hellen Kristalle auf der linken Seite sind Feldspat-Kristalle.
Was meint ihr, um welchen Feldspat (Plagioklas oder Kalifeldspat) es sich handeln müsste, wenn diese Gesteinshälfte relativ zeitig bei relativ hohen Temperaturen auskristallisiert ist?
Jetzt kommt zufällig ein Geologe zum Stein und behauptet das Gegenteil eurer Aussage. Nennt eine (von vielen) Möglichkeiten, wie sich die Entstehung des Steins dann vollzogen haben könnte!
4. Beschreibt kurz die Übergangszone zwischen den beiden Teilen des Steins (Breite, Farbe, klare Abgrenzung oder nicht, eventuelle Besonderheiten, ...)
5. Postet bitte ein spoilerfreies Foto von euch oder eurem Maskottchen am Parkplatz mit dem Stein im Hintergrund.
Bitte sendet eure Antworten über das MessageCenter - dort geht nichts verloren. E-Mail geht auch, wenn ihr zeitnah loggt.
Bei Gruppen genügt eine Antwort über das MessageCenter. Schreibt dann aber unbedingt im Log, wer die Antwort gesendet hat. Und postet individuelle Fotos!
Danach könnt ihr sofort loggen. Eine andere Meinung zu haben ist keine falsche Antwort!
Es interessiert uns natürlich sehr, ob ihr etwas Ähnliches wie diesen Stein an anderer Stelle schon einmal gesehen habt! Fügt das gern zu euren Antworten hinzu.
Wir wünschen euch viel Spaß und Erfolg bei der Beschäftigung mit diesem Earthcache!
Literatur
Quellen:
[1] „Steine bestimmen - wie geht das?“, aus: [kristallin.de](http://kristallin.de/), unter: https://www.kristallin.de/Gesteinsbestimmung/Bestimmung_1.html, aufgerufen am: 14.02.2025)
[2] „Magmatische Differentiation“, in: wikipedia.org, unter: https://de.wikipedia.org/wiki/Magmatische_Differentiation, aufgerufen am: 14.02.2025
[3] „Kristallisation der Magmen: Fraktionierte Kristallisation“, in: Freie Universität Berlin (Center für Digitale Systeme), unter: http://www.cms.fu-berlin.de/geo/fb/e-learning/petrograph/magmatite/lesen/ma_magma_kristallisation/ma_magma_kristallisation_4/index.html, aufgerufen am: 14.02.2025
[4] „Ganggestein“, in: chemie.de, unter: https://www.[chemie.de](https://www.chemie.de/lexikon/Ganggestein.html, aufgerufen am: 14.02.2025
Bildnachweis:
„Porphyr“, aus: [kristallin.de](http://kristallin.de/), unter: https://www.kristallin.de/Gesteinsbestimmung/Gesteinsbestimmung_03_2000.jpg, entnommen am: 14.02.2025)
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