Ulrich Sebastian. Gesteinskunde. Ein Leitfaden für Einsteiger und Anwender

Transkript

1 Gesteinskunde

2 Ulrich Sebastian Gesteinskunde Ein Leitfaden für Einsteiger und Anwender

3 Dr. Ulrich Sebastian Obermarkt Freiberg/Sa. Wichtiger Hinweis für den Benutzer Der Verlag, und der Autor haben alle Sorgfalt walten lassen, um vollständige und akkurate Informationen in diesem Buch zu publizieren. Der Verlag übernimmt weder Garantie noch die juristische Verantwortung oder irgendeine Haftung für die Nutzung dieser Informationen, für deren Wirtschaftlichkeit oder fehlerfreie Funktion für einen bestimmten Zweck. Der Verlag übernimmt keine Gewähr dafür, dass die beschriebenen Verfahren, Programme usw. frei von Schutzrechten Dritter sind. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buch berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Der Verlag hat sich bemüht, sämtliche Rechteinhaber von Abbildungen zu ermitteln. Sollte dem Verlag gegenüber dennoch der Nachweis der Rechtsinhaberschaft geführt werden, wird das branchenübliche Honorar gezahlt. Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer ist ein Unternehmen von Springer Science+Business Media springer.de Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg 2009 Spektrum Akademischer Verlag ist ein Imprint von Springer Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Planung und Lektorat: Merlet Behncke-Braunbeck, Dr. Christoph Iven Herstellung: Detlef Mädje Umschlaggestaltung: SpieszDesign, Neu-Ulm Titelfotografie: Straßenpflaster aus verschiedenen Gesteinen, Foto: Dr. Ulrich Sebastian Fotos/Zeichnungen: vom Autor, wenn in den Abbildungsunterschriften nichts anderes angegeben Satz: klartext, Heidelberg Druck und Bindung: Stürtz GmbH, Würzburg Printed in Germany ISBN

4 Vorwort Wie viele verschiedene Gesteine gibt es? Die Antwort: Unendlich viele. Nicht ganz so groß ist die Anzahl der Namen die sich Wissenschaftler ausgedacht haben, um die Welt der Gesteine zu beschreiben. Aber sie ist groß genug um jeden Anfänger egal aus welcher Motivation heraus er sich mit Gesteinen beschäftigt zu verunsichern, zu verwirren oder gar zu erschlagen. Es existieren zwei grundlegende Wege, sich diesem Chaos zu stellen. Der akademische Weg führt zur Petrologie. Über das Studium der Entstehung der Gesteine erschließt sich mit der Zeit auch ihre Vielfalt und Nomenklatur. Dieser Weg ist lang und beschwerlich. Der Weg des Laien ist meist der über Bestimmungsbücher, die ausgerüstet mit unzähligen Tafeln von Farbfotos eine zuverlässige Zuordnung per Optik suggerieren. Dieser Weg ist voller Gefahren. Äußerlichkeiten rücken in den Vordergrund, die zwar das abgebildete Gestein dominieren, aber keineswegs zu verallgemeinern sind. Mit dem vorliegenden Leitfaden kann jeder versuchen, einen Mittelweg zu beschreiten. Es handelt sich nicht um ein Bestimmungsbuch mit Schlüsseln und Farbtafeln. Genauso wenig ist es ein Lehrbuch der Petrologie. Zur Gesteinsentstehung wird hier nur das nötigste gesagt. Und ganz wichtig: Die Petrographie wurde von veralteten und überflüssigen Begriffen weitestgehend gesäubert lediglich das Grundgerüst der Gesteinsansprache wird vermittelt. Erfahrungen aus jahrelanger Lehrtätigkeit für Anfänger führten den Autor zu der Ansicht, dass eine Ergänzung der zahlreich vorhandenen und teilweise hervorragenden Lehr- und Bestimmungsliteratur notwendig sei. Anders als in anderen Veröffentlichungen wird aber dem Anspruch praxisorientierter Neulinge Rechnung getragen. So werden im zweiten Teil des Buches die Gesteine unter technischem Aspekt also im Hinblick auf ihre Eigenschaften und ihre Verwendung vorgestellt. Insbesondere den Lockergesteinen (Sediment, Boden) wurde extra viel Platz eingeräumt einschließlich der gültigen Normen. Damit ist die Gesteinskunde eben nicht nur für Einsteiger, wie Fachschüler und Studenten gedacht, sondern im besonderen Maße auch für Anwender, wie Ingenieure und Techniker zum Beispiel der Bohr- oder Bautechnik. Aber auch die große Zahl der Hobbygeologen und Steinesammler ist angesprochen. Das wichtigste im Umgang mit Gesteinen kann dieser Leitfaden allerdings nicht ersetzen: Übung am Objekt und viel Erfahrung. Für verschiedene technische Hilfe danke ich Herrn Dr. Manuel Lapp, LfUG Sachsen, Herrn Detlef Schubert, BSZ Julius Weisbach Freiberg und Herrn Jens Wächtler, Steinmetz in Freiberg. Meiner Frau Dr. Silke Voigt, IfM-Geomar Kiel und meinen Kollegen Gerd-Ulrich Lotzwick und Dr. Udo Görne sei Dank für kritische Durchsicht und helfende Kommentare. Besonderen Dank schulde ich Dr. Christoph Iven vom Spektrum Akademischer Verlag, der professionelle Hand an das Manuskript legte, so manches gerade bog und dem Buch den letzten Schliff gab. Ulrich Sebastian

5 Inhaltsverzeichnis I Einleitung 1 Der Baustoff der Gesteine Entstehung der Elemente Schalenbau der Erde Minerale Die Bestimmung gesteinsbildender Minerale Definition Mineralgliederung Mineraleigenschaften Gesteinsbildende Minerale Einteilung und Entstehung der Gesteine Definition Geologische Systematik Geotechnische Systematik Plattentektonik Gesteinskreislauf Gesteinsvielfalt II Die Gesteine 4 Sedimente und Sedimentgesteine Eigenschaften von Sedimenten und Sedimentgesteinen Schichtung Sedimentäre Fazies Klastische Sedimente und Sedimentgesteine Korngrößenklassifikation Ansprache der klastischen Sedimentgesteine Chemische Sedimentgesteine Entstehung Evaporite Weitere Chemische Sedimentgesteine Biogene Sedimentgesteine Entstehung

6 VIII Inhaltsverzeichnis Karbonatgesteine Kieselige Sedimentgesteine Phosphatische Sedimentgesteine Organogene Sedimentgesteine Aufgaben Magmatische Gesteine Entstehung und Eigenschaften Entstehung Chemischer Charakter Magmatische Bildungsräume und Gefüge Vulkanische Förderprodukte Das QAPF-Doppeldreieck ( Streckeisen-Diagramm ) Feldansprache Wichtige Magmatite im Bild Saure Magmatite Intermediäre Magmatite Basische Magmatite Ultrabasische Magmatite Aufgaben Metamorphe Gesteine Metamorphose Eigenschaften metamorpher Gesteine Metamorphose und Tektonik Metamorphe Gefüge Kataklasite und Mylonite Benennung metamorpher Gesteine Die wichtigsten Metamorphite als Funktion von Ausgangsgestein und metamorpher Fazies Metamorphose von tonigen Gesteinen Metamorphose von granitischen Gesteinen Metamorphose von Karbonaten Metamorphose von basaltischen Gesteinen Metamorphose von Sandstein Die Metamorphit-Nomenklatur nach IUGS Spezielle Metamorphite Granulite Metasomatose Impaktmetamorphose Migmatite Serpentinite Aufgaben

7 Inhaltsverzeichnis IX III Technische Gesteinskunde 7 Lockergesteine (Boden) Technische Lockergesteinsansprache Summenkurven Lockergesteinsansprache in der geotechnischen Erkundung (nach DIN EN ISO 14688) Ungleichförmigkeitsgrad Lockergesteinsansprache in der Bautechnik (nach DIN 18196) Wassergehalt und Zustandsgrenzen Bodenklassen nach VOB (DIN und DIN 18311) Lockergesteinsansprache in Land- und Forstwirtschaft (nach DIN 4220 und DIN 19682) Technische Eigenschaften von Lockergesteinen Laborbestimmte Eigenschaften Feldbestimmte Eigenschaften Bohren in Lockergesteinen Bohrverfahren Bohrbarkeit von Lockergesteinen Hydrogeologische Eigenschaften von Lockergesteinen Wasserkreislauf und Gestein Porosität und Permeabilität Durchlässigkeitsbeiwert Bestimmung von Durchlässigkeitsbeiwerten in Pumpversuchen Überschlägige Bestimmung von Durchlässigkeitsbeiwerten Verwendung von Lockergesteinen Betonzuschlag Straßenbau Filtersand und Filterkies Deponiebau Aufgaben Festgesteine (Fels) Technische Festgesteinsansprache Gestein, Fels und Gebirge Bautechnische Benennung von Fels nach DIN EN ISO Felsklassifikation von Natursteinen Technische Eigenschaften von Festgesteinen Festigkeiten Trennflächengefüge Häufigkeit der Trennflächen Raumlage von Trennflächen Hydrogeologische Eigenschaften von Festgesteinen Bohren in Festgesteinen Bohrverfahren Bohrbarkeit von Festgestein

8 X Inhaltsverzeichnis 8.5 Verwendung von Festgesteinen Brecherprodukte Werksteine Aufgaben Darstellung von Gesteinen Zeichen und Farben Graphische Auswertung von Erkundungsergebnissen Bohrergebnisse Aufschlussdokumentation Kartierung Aufgaben Lösungen der Aufgaben Literatur Zitierte Normen Kleines Lexikon und Register der Gesteinsnamen Index