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Steine, Kies, Sand, Schluff und Ton

Sand, Sand und nochmals Sand! Wo kommt er her, aus was besteht er und wie ist er entstanden?
Der bekannte dänische Quartärgeologe Per Smed stellt in seinem sehr instruktivem Buch „Steine aus dem Norden” fest, dass der überwiegende Teil des Moränenmaterials in Norddeutschland und Dänemark aus dem örtlichen Untergrund stammt; weniger als 20% stammen aus Schweden, Norwegen und Finnland oder vom Untergrund der Ostsee.

Sand ist Quarz (SiO)₂= Kieselsäure und eines der beständigsten Minerale. Es ist in der Regel ein Verwitterungsprodukt von Gesteinen, speziell dem Granit. Dieser besteht bis zu 40% aus Quarz, 40- 60% aus Kalifeldspat, 10-30% aus Plagioklas-Feldspat, 0-15% aus Biotit und manchmal bis 3% aus silbrig glitzerndem Muskowit (Glimmer). Wie sagt der Volksmund? „Granit besteht aus Feldspat, Quarz und Glimmer, das vergess ich nimmer!” Granit kommt von allen Tiefengesteinen mit 92% am häufigsten vor.

Granit
Riesenkörniges saures Tiefengestein.
KORALL aus Kapustino / Zitomit / Weißrussland
Beliebtes Gestein für großflächige Fassaden, Interieurs, Tischplatten und Grabmale, verbreitet in der ganzen Welt.
Foto von Gotthelf Schwidurski

Ein typisches Bild eines Granits
Foto von Gotthelf SchwidurskiDie verschiedenen Mineralkörner sind nicht nur verschieden groß sondern haben auch eine unterschiedliche Gestalt. Dies hängt mit dem Zeitpunkt der Auskristallisierung während der Entstehungsphase zusammen und deren Schmelzpunkte. Die Minerale kristallisieren in umgekehrter Reihenfolge aus als wie sie entstanden sind. Olivin mit dem höchsten Schmelzpunkt kristallisiert zuerst aus, dann Kalzium-reicher Plagioklas bei etwa 1300° C vor Kalifeldspat (Orthoklas) bei etwa 800°C. Quarz ist als letzter dran und kann deshalb in der Regel seine eigene Kristallstruktur nicht ausbilden, weil er mit dem Rest der Hohlräume vorlieb nehmen muss.

Wie verwittert Granit?
Foto von Gotthelf SchwidurskiDer Wechsel von hohen und niedrigen Temperaturen, die Sprengwirkung von Salzen und Wurzeln zusammen mit Wasser bewirken die physikalische oder mechanische Verwitterung. Schwachstellen im Granit sind feine nicht sichtbare Risse, auch Klüfte genannt, die in diesem Fall durch Druckentlastung entstehen. Da Granit als Tiefengestein (Plutonit) in großen Tiefen und unter hohem Druck entstand und die über Jahrmillionen darüber liegenden Gesteinsschichten abgetragen wurden, dehnte sich das Gestein aus und entsprechende Entlastungsklüfte entstanden. Hier setzen die Zerkleinerung des Gesteins und damit auch die Vergrößerung der Oberfläche und Beschleunigung des Verwitterungsprozesses ein. Wollsackverwitterung und schalenförmiges Abschälen (Exfoliation) sind typische granitische Verwitterungserscheinungen. Dieser Vorgang kann bis zur Zerlegung in die einzelnen Mineralkörner gehen.

Die Zersetzung von Feldspat in Tone ist eine chemische Verwitterung. Die Zusammensetzung der Feldspäte hängt nicht nur mit dem Verhältnis von Kalium, Natrium und Calcium in der Schmelze zusammen sondern auch von Temperatur und Druck bei der Kristallisation bzw. Ausfällung.
Kali(um)feldspat - K[AlSi₃O₈] - löst sich am langsamsten, Natriumfeldspat - Na[AlSi₃O₈] -, auch in reiner Form Albit genannt, schon etwas rascher und Calciumfeldspat - Ca[Al₂Si₂O₈] -, auch in reiner Form Anorthit genannt, am schnellsten. In der Praxis kann man beide letzteren weder mit bloßem Auge noch mit Lupe unterscheiden. Beide können in einem Kristall vermischt sein, weswegen sie unter dem Namen Plagioklas zusammengefaßt werden. Für Gesteinskundler genügt es Plagioklas und Kali(um)feldspat auseinanderzuhalten.
Beispiel: Kaliumfeldspat wird durch Oberflächenwasser, sei es als Regen, Boden- oder Flußwasser, und mit CO₂ angereichert und dadurch als verdünnte Säure ansprechbar, zum Tonmineral Kaolinit Al₄[(OH)₈[Si₄O₁₀] umgesetzt; Je saurer die Lösung, desto schneller der Lösevorgang. Mikroskopisch ist erkennbar, dass die Ätzmuster der Kristallstruktur und deren Gitterdefekte entsprechen. Je mehr kohlensäurehaltiges Wasser in Form von Regen, desto schneller werden die Lösungsprodukte Kalium und Si(OH)₄ von der angegriffenen Oberfläche abgespült, freigelegt und dadurch erneut angegriffen. Bodenbakterien können den Zerstörungsprozess beschleunigen.

Eisenhaltige Silikate, wie Olivin (Mg,Fe)₂ [SiO₄]), zersetzen sich relativ schnell und färben als Eisenhydroxid Gesteine rostbraun.

Quarz ist eines der beständigsten Minerale, obgleich auch dieses durch hydrolytische Verwitterung - auch Hydrolyse genannt - gelöst werden kann. Das Kristallgitter nimmt Wasser auf und kann somit Ionen aus diesem herauslösen. Man spricht hier auch von Silikatverwitterung.

Quarzkörner, die in den skandinavischen Ländern durch Gletschereinfluss freigesetzt wurden sind in ihrer Kornform scharfkantig; erst durch die mechanische Beanspruchung während des Transportes von dort nach Norddeutschland und damit auch in die Brelinger Berge erhalten sie eine kantengerundete Form.

Steine, Kies, Sand, Schluff und Ton wird durch ihre Korngrößen definiert:

größer als 63 mm → Steine
              63 mm – 2 mm → Kies
                          2 mm – 0,06 mm → Sand
                                     0,06 mm – 0,002 mm → Schluff
                                                    kleiner als 0,002 mm → Ton

„In der Regel hat man keine wirkliche Vorstellung von der Anzahl der Sandkörner, die ein bestimmtes Volumen ausfüllen; z.B. enthält 1cm ³ ungefähr 560 Millionen Kugeln mit einem Durchmesser von 0,063 mm , bei einem Durchmesser von 0,25 mm sind es 9 Millionen und bei einem Durchmesser von 2,0 mm immerhin noch 17.200 Stück. Das Porenvolumen beträgt etwa 26%, während es bei natürlichen Sanden unterschiedlichster Korngrößen geringer ist, weil ja die Packungsdichte zunimmt, d.h. der Porenraum wird durch kleinere Partikel ausgefüllt”, so sinngemäß der Geologe DIETMAR MAIER.

Ein anschaulicher Vergleich hinsichtlich Korngrößenklassifikation ist folgender:

Grobkies:
20-63 mm ist kleiner als ein Hühnerei, aber größer als Haselnüsse
Mittelkies:
6,3-20 mm ist kleiner als Haselnüsse, aber größer als Erbsen
Feinkies:
2-6,3 mm ist kleiner als Erbsen, aber größer als streichholzköpfe
Grobsand:
0,63-2 mm ist kleiner als Streichholzköpfe aber größer als Getreidegrieß
Mittelsand:
0,2-0,63 mm wie Grieß
Feinsand:
0,063-0,2 wie Mehl (150µm) und kleiner, aber mit bloßem Auge nicht erkennbar