Gesteine entstehen in einem ständigen Kreislauf, werden umgewandelt und zerfallen wieder. Drei Gesteinstypen sind Teil des Kreislaufs: magmatische Gesteine, metamorphe Gesteine sowie Sedimentgesteine. Sie alle bestehen im Wesentlichen aus mineralischen Komponenten – dazu zählen auch natürliche Gläser. Sie können zudem ursprünglich organisches Material wie Reste von Tieren oder Pflanzenbestandteile enthalten. In den nachfolgenden Kapiteln erfahren Sie mehr zu den Gesteinen der Schweiz.
Einfach erklärt: Gesteinskreislauf in 3 Minuten
Geologische Zeiträume vs. radioaktive Abfälle
Beim Gesteinskreislauf geht man von einem geologischen Zeitraum von einigen hundert Millionen Jahren aus. Ein Bruchteil davon beträgt der Zeitraum, der für das Entsorgen der radioaktiven Abfälle relevant ist: Sicherheitsanalysen für ein geologisches Tiefenlager für hochaktive Abfälle müssen «nur» für einen Zeitraum von einer Million Jahre gemacht werden. In diesem Zeitraum müssen die Abfälle – zum Schutz von Mensch und Umwelt – in stabilen Gesteinsschichten im Untergrund eingeschlossen werden.
Damit die Nagra die Abfälle sicher in der Tiefe lagern kann, braucht sie fundierte Kenntnisse der dazu geeigneten Gesteine und deren Eigenschaften. In der Schweiz eignet sich das Tongestein Opalinuston für ein Tiefenlager. Er wurde gründlich erforscht. Mehr zum Opalinuston und zu weiteren Gesteinen erfahren Sie auf einer Führung durch die Schweizer Felslabore.
Kreislauf der Gesteine
(Bild links zur vollständigen Darstellung anklicken)
Die Gesteine innerhalb der obersten 30 bis 60 Kilometer der Erde, der Erdkruste, befinden sich in einem ständigen Kreislauf.
Die Bewegungen im Gesteinskreislauf sind meistens so langsam, dass wir sie nicht wahrnehmen. Es bilden sich Gebirge, deren Gesteine an der Erdoberfläche verwittern. Die Gebirge werden durch Erosion abgetragen, der Schutt durch Flüsse weggetragen und später wieder abgelagert. Aus dem abgelagerten Schutt entstehen Sedimentgesteine.
Alle Gesteine können in grosse Tiefen gelangen, wo sie zu metamorphen Gesteinen umgewandelt oder aufgeschmolzen werden. Die Gesteinsschmelze, das Magma, erstarrt in der Tiefe oder an der Erdoberfläche zu magmatischen Gesteinen. Der Kreislauf beginnt von neuem.
1. Magmatische Gesteine
Wenn Magma in der Erdkruste abkühlt, erstarrt es zu Tiefengesteinen wie Granit. Tritt die Schmelze an der Erdoberfläche aus Vulkanen aus, wird sie als Lava bezeichnet. Diese erstarren zu vulkanischen Gesteinen, zum Beispiel Basalt. Es gibt aber auch Magma, das aus der Tiefe in schmalen «Gängen» und Gesteinsspalten aufsteigt. Erreicht es nicht die Erdoberfläche, bleibt also beim Aufstieg stecken und erstarrt, so bilden sich Ganggesteine wie Aplit und Lamprophyr.
Es folgen Beispiele für magmatische Gesteine in der Schweiz:
Tiefengestein Granit
Vorkommen:
Alpen, kristalliner Sockel unter Mittelland und Jura
Entstehung:
Langsame Abkühlung von Magma in der Tiefe, deshalb grosse miteinander verzahnte Kristalle
Hauptminerale:
Feldspat, Quarz, Glimmer
Aussehen:
Hell, gesprenkelt, massig
Eigenschaften:
Körnig, sehr hart. Mancherorts viele Klüfte und Gänge
Verwendung:
Boden- und Fassadenplatten, Blöcke für Strassen- und Wasserbau, Grabsteine
Vulkanisches Gestein Basalt
Vorkommen:
Weltweit häufig, in der Schweiz metamorph
Entstehung:
Schnelle Abkühlung von Lava an der Erdoberfläche, deshalb nicht vollständig auskristallisiert
Hauptminerale:
Pyroxen, Hornblende, Olivin, Feldspat
Aussehen:
Dunkelgrau bis schwarz, massig
Eigenschaften:
Scharfkantig, spröd, verwitterungsbeständig
Verwendung:
Glaswolleproduktion, Kopfsteinpflaster
Ganggestein Aplit und Lamprophyr
Vorkommen:
Magma erstarrt in Gesteinsspalten
Entstehung:
Schnelle Abkühlung von Lava an der Erdoberfläche, deshalb nicht vollständig auskristallisiert
Hauptminerale beim Aplit:
Quarz, Hellglimmer
Hauptminerale beim Lamprophyr:
Feldspat, Hornblende, Pyroxen, Dunkelglimmer
Aussehen Aplit:
Hell und recht feinkörnig
Aussehen Lamprophyr:
Dunkel und fein- bis mittelkörnig
Eigenschaften:
Hart, gut bearbeitbar
Verwendung in der Schweiz:
wenig genutzt
2. Sedimentgesteine
Im Bild: Das Wasserschloss der Schweiz im Kanton Aargau. Hier treffen Aare, Reuss und Limmat aufeinander. An dieser Stelle entstehen auch neue Sedimente. Die Flüsse transportieren Gebirgsschutt in die Ebenen und lagern ihn dort ab. Im Laufe der Zeit wird aus den losen Kiesablagerungen feste Nagelfluh.
Sedimentgesteine sind aus abgelagertem Material (zum Beispiel Abtragungsschutt von Gebirgen, Schlamm, Sand oder Salz) an Land oder im Wasser entstanden, das allmählich verfestigt wurde. Die ursprünglich losen Bestandteile werden also erst mit der Zeit zu Festgesteinen verkittet. Sedimentgesteine sind häufig geschichtet. Trümmergesteine wie Nagelfluh, Sandstein und Tonstein bestehen aus Abtragungsmaterial von Gebirgen. Kalksteine entstehen zumeist aus Schalen und anderen Hartteilen von Meerestieren. Chemisch gebildete Sedimentgesteine wie Gips und Steinsalz entstehen, wenn Meer- und Seewasser verdunstet.
Es folgen Beispiele für Sedimentgesteine in der Schweiz:
Nagelfluh (Konglomerat)
Vorkommen:
Vor allem am Alpenrand
Entstehung:
In den Alpen zerfallen Gesteine durch Erosion zu Schutt. Solcher Schutt wurde während der Bildung der Alpen von Flüssen ins Alpenvorland transportiert und im Molassebecken abgelagert.
Zusammensetzung:
Gerölle aus verschiedenen Alpengesteinen (z. B. Granit, Kalkstein), verkittet und verfestigt, in feinkörniger Grundmasse
Eigenschaften:
Bildet in der Landschaft Rippen und Stufen
Sandstein
Vorkommen:
Mittelland und Alpen
Entstehung:
Ablagerung in Flussrinnen und im Meer
Zusammensetzung:
Überwiegend Quarzkörner und Gesteinsbruchstücke, meist kalkig zementiert
Aussehen:
Grau, seltener rot, grün und gelb, feinkörnig
Eigenschaften:
Gut bearbeitbar, oft wenig beständig
Verwendung:
Mauersteine, Fassadenplatten, Wegbelag, Steinmetzarbeiten
Molassemergel
Vorkommen:
Mittelland und Alpenrand
Entstehung:
In Flussebenen und im Meer
Zusammensetzung:
Sehr feinkörniges Gemisch aus Calcit, Ton und weiteren Mineral- und Gesteinskörnchen
Aussehen:
Vielfarbig, geschichtet
Eigenschaften:
Meist dicht, nach Verwitterung an Erdoberfläche weich
Verwendung:
Ziegeleiprodukte
Tonstein
Vorkommen:
Jura und nördliche Teile der Schweiz und Alpen
Entstehung:
Ablagerung im Meer
Zusammensetzung:
Tonminerale, Quarz, wenig Calcit
Aussehen:
verschiedenfarbig, oft geschichtet
Eigenschaften:
Weich, dicht. Tonminerale quellen bei Wasserzutritt
Verwendung:
Dichtungston für Deponien und Staudämme, Tonziegel- und Zementherstellung
Kalkstein
Vorkommen:
Jura und Alpen
Entstehung:
Ablagerung von Organismen-Hartteilen am Meeresboden
Zusammensetzung:
Vor allem Calcit
Aussehen:
Meist hell- bis blaugrau, feinkörnig
Eigenschaften:
Gut zu bearbeiten
Verwendung:
Bodenplatten, Mauersteine, Zementherstellung, Kalkputze
Anhydrit und Gips
Vorkommen:
Tafel- und Faltenjura, Alpen
Entstehung:
Fällung aus Meerwasser durch Verdunstung
Hauptminerale:
Gips und Anhydrit. Gips enthält gebundenes Wasser, Anhydrit ist wasserfrei
Aussehen:
Weiss bis dunkelgrau, grobkörnig, gebändert
Eigenschaften:
Weich
Verwendung:
Im Baugewerbe als Gipsputze, Spezialgipse, Gipskartonplatten, für die Zement- und Porenbetonherstellung, Modell- und Formengips. Herstellung von Schwefelsäure.
3. Metamorphe Gesteine
Im Bild: Metamorphe Gesteinsstrukturen im Felslabor Grimsel.
Im Untergrund verwandeln Druck- und Temperaturerhöhung alle Arten von Gesteinen zu metamorphen Gesteinen. Dabei wird die Struktur oder die Zusammensetzung verändert. Es können neue Minerale entstehen, die als Folge des Drucks in eine bevorzugte Richtung wachsen, das heisst senkrecht zur grössten Druckkomponente.
Es folgen Beispiele für metamorphe Gesteine in der Schweiz:
Gneis
Vorkommen:
Alpen, kristalliner Sockel unter Mittelland und Jura
Entstehung:
Durch Druck- und Temperaturerhöhung verändertes Gestein. Entstanden zum Beispiel aus Granit
Hauptminerale:
Feldspat, Quarz, Glimmer
Aussehen:
Hell gesprenkelt, dicklagig bis flaserig durch ausgerichtete Minerale
Eigenschaften:
Verwitterungsbeständig, spaltbar. Kann stark geklüftet und von Gängen durchzogen sein
Verwendung:
Randsteine, Mauersteine, Boden- und Fassadenplatten, Hausbedachungen
Schiefer
Vorkommen:
Alpen, kristalliner Sockel unter Mittelland und Jura
Entstehung:
Metamorphose von tonreichen Ausgangsgesteinen
Hauptminerale:
Vor allem Glimmer, dazu verschiedene weitere Minerale
Aussehen:
Glänzend, dunkel, dünnlagig durch ausgerichtete Minerale
Eigenschaften:
Leicht spaltbar entlang glatter Spaltflächen
Verwendung:
Boden- und Fassadenplatten, Hausbedachungen
Marmor
Vorkommen:
Alpen
Entstehung:
Umwandlung (Metamorphose) von Kalk- und Dolomitstein
Hauptminerale:
Calcit (Kalkmarmor), Dolomit (Dolomitmarmor)
Aussehen:
Körnig, hell, teils gebändert
Eigenschaften:
Gut bearbeitbar
Verwendung:
Fassaden- und Bodenplatten, Fliesen, Skulpturen
Bilder der einzelnen Gesteine mit Ausnahme des Öhrlikalks: Erdwissenschaftliche Sammlungen der ETH Zürich / Urs Gerber
Bild des Öhrlikalks: Sammlung Urs Oberli, St. Gallen
