Dieser Artikel beschreibt abgelagerte bzw. abgesetzte Feststoffgemenge. Zu den Vorgängen, die diese entstehen lassen, sieheSedimentation. Zum Begriff der Sedimentation in der Psychologie sieheSedimentationshypothese. Zur Verwendung in der Medizin sieheHarnsediment.
Sedimente (Einzahl: DasSediment) im geowissenschaftlichen Sinn sind verschiedenemineralische (anorganische) und/oderorganische Lockermaterialien, die – nach einem kürzeren oder längeren Transport durchSchwerkraft oder ein strömendes Medium – auf dem trockenen Land oder am Grund einesGewässers abgelagert werden (akkumulieren).Sedimentgesteine,Ablagerungsgesteine oderSchichtgesteine sind mehr oder weniger festeGesteine, die im Laufegeologischer Zeiträume aus solchen Sedimenten durchDiagenese hervorgegangen sind. Sedimente und Sedimentgesteine werden inklastische,biogene undchemische Sedimente untergliedert.
Wechsellagerung von Sandsteinen und Tonsteinen imkretazisch-paläogenenFlysch der Niederen Beskiden (auf polnischer Seite)
Sedimentgesteine gehen durchDiagenese ausLockersedimenten hervor. Dabei kommt es durch Zunahme deslithostatischen Drucks infolge der weiteren Überlagerung mit Sediment bei fortschreitender Sedimentation zur Entwässerung und Kompression der älteren, darunterliegenden Sedimentschichten. Nicht selten wird im weiteren Verlauf der Diagenese aus dem verbliebenen Porenwasser einZement ausgefällt, was schließlich zur Umwandlung des kompaktierten Sediments in einFestgestein führt. Dabei kann der ausgefällte Stoff in dem Sediment selbst mobilisiert (z. B. durchDrucklösung an den Kontaktflächen von Mineralkörnern) oder aber aus einem benachbarten Sediment herangeführt worden sein. Ein Sonderfall der Diagenese ist dieInkohlung, bei der sich infolge der Erhöhung von Druck und Temperatur leichtflüchtige Komponenten eines überwiegend organischen Sediments abscheiden, wodurch sich der im Sediment verbleibende, nicht-flüchtigeKohlenstoff passiv anreichert.
Sedimente haben eineSchichtung. Eine Schichtfläche, die Grenzfläche zweier übereinanderliegender Schichten, ist dabei gleichbedeutend mit der ehemaligen Sedimentoberfläche, was, je nach Ablagerungsraum, die Erdoberfläche, der Meeresboden oder der Grund eines Flusses oder Sees gewesen sein kann. Eine Schichtung kann auch nachträglich während derDiagenese entstehen. Verwechselt wird Schichtung manchmal mitSchieferung, die jedoch nicht auf Ablagerung, sondern auf tektonische Deformation (Faltung) oderMetamorphose zurückgeht und somit kein primäres Merkmal von Sedimentgesteinen, sondern vonmetamorphen Gesteinen ist.
Von einer Schichtfolge spricht man, wenn das entstandene Aufschlussprofil mehrere unterschiedliche Gesteine in ihrer natürlichen Lagerung erkennen lässt (vergleiche auch dieBänderung von metamorphem Gestein).
Sedimentgesteine sind die einzigen Gesteine, dieFossilien enthalten können. Auch war die Einwirkung von hohem Druck oder hoher Temperatur bei Sedimentgesteinen während ihrer gesamten geologischen Geschichte nicht gegeben (andernfalls spricht man, je nach Grad der Einwirkung und der damit verbundenen Veränderung des Gesteins, vonMetasedimenten oderParagneisen).
Die sedimentbildenden Prozesse werden durch die Wirkungen derErdatmosphäre, derHydrosphäre und derBiosphäre auf die Oberfläche des festen Erdkörpers beeinflusst. Das Sediment wird dabei von den Bedingungen geprägt, unter denen es entstanden ist. Alle Umweltbedingungen, welche die Bildung eines Sedimentes hervorrufen oder beeinflussen, werden unter dem BegriffMilieu zusammengefasst, und die daraus resultierenden Sedimenteigenschaften (u. a. Korngröße, Kornminerale, Farbe, Fossilinhalt) bezeichnet man alssedimentäreFazies. Milieu und Fazies sind charakteristisch für verschiedene Sedimentationsräume, und in der Praxis wird der Begriff Fazies oft mit einem bestimmten Ablagerungsraum gleichgesetzt (z. B. Tiefseefazies oder fluviatile Fazies).
Glaziales Sediment: vom Gletschereis transportiertes Gesteinsmaterial lagert sich in Form vonMoränen oder Geschiebemergel ab; Einzelblöcke bleiben alsFindlinge zurück.
Mikrometeoriten bilden auf atmosphärefreien Himmelskörpern mächtige Sedimentschichten, liefern auf der Erde aber nur einen verschwindend kleinen Beitrag zur Bildung von Sedimentgesteinen.
Klastische Sedimentite (von griech. κλαστόςklastós „in Stücke gebrochen“),detritische Sedimentite oder auchTrümmergesteine sind Sedimentgesteine, deren Material vorwiegend der mechanischen Zerstörung (oftVerwitterung) anderer Gesteine entstammt (vgl.Detritus (Geologie)). Dabei ist es prinzipiell unerheblich, welcher Gesteinsklasse (Magmatite, Sedimentite,Metamorphite) diese Ausgangsgesteine angehörten. Die geographische Region, in der die Ausgangsgesteine vermutet werden oder in der sie noch heute nachweisbar sind, wirdLiefergebiet genannt.
Für die Bruchstücke der klastischen Sedimente sind verschiedene Bezeichnungen in Gebrauch. Sind sie kleiner als 0,002 mm, werden sie alsPartikel bezeichnet. Partikel sind so klein, dass sie nicht aus der mechanischen Zerstörung eines Festgesteins hervorgegangen sein können. Stattdessen entstehen sie durch diechemische Umwandlung bestimmter Minerale (z. B.Feldspäte undGlimmer) inTonminerale oder durch dieErosion von unverfestigtem Material, das bereits in Partikelgröße vorlag.
Sind die Bruchstücke größer als 0,002 mm, werden sie unter dem OberbegriffKlasten oderKörner zusammengefasst. Jedoch wird die Bezeichnung „Klast“ in der Sedimentpetrographie oft nur für größere, makroskopisch deutlich erkennbare Bruchstücke in einem ansonsten eher feinkörnigen Sedimentgestein benutzt (wobei nicht jedes Gestein, das solche Klasten enthält, zwingend ein klastisches Sediment sein muss). Besonders große Klasten bzw. Körner heißenGerölle, wenn sie wenigstens schwach abgerundet sind, undFragmente, wenn sie keinerlei Anzeichen einer Zurundung aufweisen. Die Gesamtmenge der Körner einer bestimmtenKorngröße in einem Gestein wirdFraktion genannt. Nach den im Sediment bzw. Sedimentgestein dominierenden Kornfraktionen erfolgt dessen Benennung, beispielsweise alsSchotter bzw.Konglomerat,Sand bzw.Sandstein oderTon bzw.Tonstein (sieheEinteilung nach Korngrößen).
Material und Bindemittel:
Die Mineralkörner und Gesteinsbruchstücke, aus denen die klastischen Sedimentgesteine bestehen, halten mit Hilfe eines primären oder sekundären Bindemittels zusammen.
Das primäre Bindemittel wird alsMatrix bezeichnet und besteht meist entweder aus Tonpartikeln oder aus mikroskopisch kleinenKalziumkarbonat-Partikeln, die zusammen mit den groberen Sedimentbestandteilen abgelagert werden. Eine bindende Wirkung entfaltet die Matrix jedoch erst, nachdem das Sediment zu einem gewissen Grade entwässert wurde.
Das sekundäre Bindemittel entsteht erst nach Ablagerung des Sediments durch chemische Ausfällung und wird alsZement bezeichnet. Hierbei kann es sich um kalkigen Zement (Kalziumkarbonat, CaCO3), „kieseligen“ Zement (Siliziumdioxid, SiO2), um sekundäre (authigene)Tonminerale oder auch um Oxide und Hydroxide des Eisens (z. B.Hämatit,Goethit) handeln.
Je nachdem aus welchen Mineralen die Körner und Gesteinsbruchstücke eines klastischen Sedimentgesteins bestehen, lassen sich verschiedene Gruppen und Untergruppen unterscheiden. Beispielsweise
bestehenSiliziklastika überwiegend ausSilikatmineralen wie Quarz oder Feldspat. Sie sind die weitaus wichtigste Gruppe der klastischen Sedimentite.
spricht man auch von einerArkose, wenn ein siliziklastischer Sandstein bedeutende Mengen andererMinerale als Quarz (vor allem Feldspäte) enthält, bei einem breiten Spektrum an Mineralen und anderen Gesteinsbruchstücken sowie einer aus Glimmer und Tonmineralen bestehenden Matrix von einerGrauwacke.
Chemische Sedimentite entstehen durch die Fällung gelöster Stoffe aus übersättigten Lösungen. Durch Eindampfung entstehen z. B. dieEvaporite (Sulfate, wieGips bzw.Anhydrit, undHalogenide, wieHalit oderKalisalze). DieZechstein-Serie in Mitteleuropa ist ein Beispiel für eine Abfolge mit mächtigen Evaporit-Lagern. AuchKarbonate können so entstehen. Sie zählen aber nicht zu den Evaporiten.
Eine andere Möglichkeit für die Ausfällung von Karbonaten ist die Erhöhung der Wassertemperatur (Karbonat löst sich im Gegensatz zu z. B. Halit besser in kaltem als in warmem Wasser). Auf diese Weise bilden sichQuellkalke in Gebieten mit relativ hohem Kalksteinanteil im Untergrund (vgl. auch →Karst).
Die Fällung von Karbonaten kann auch indirekt durch Lebewesen erfolgen. Algen betreibenPhotosynthese und entziehen dem WasserKohlendioxid. Dies hat zur Folge, dass sich zum Ausgleich Kohlendioxid von im Wasser enthaltenenHydrogencarbonat-Ionen abspaltet, woraufhin letztgenannte meist mit Kalziumionen nach der Reaktionsgleichung
In diesem Sedimentkern aus dem Südatlantik wechseln sich dunkle und helle Bereiche ab, hervorgerufen durch Schwankungen im Gehalt an kalkigen GehäusenplanktonischerForaminiferen. Die Farbwechsel bzw. Materialunterschiede spiegeln die Klimazyklen desQuartär wider.
Biogene Sedimentite werden durch Aktivitäten lebender Organismen wie auch aus Resten von toten Organismen gebildet. Hierzu gehört die aktive Ausscheidung mineralischer Substanzen (in der Regel Karbonat- oder Phosphatskelette), die sich zu mehr oder weniger mächtigen Sedimentpaketen anhäufen können, wieRiffkalke,Mud Mounds oderBone beds. Die mächtigenKalksteinablagerungen derKreidezeit bestehen oft zu einem großen Teil aus extrem kleinen Kalkskeletten von Algen (→ Nannoplankton). Auch nicht-mineralische Reste abgestorbener Organismen können größere Sedimentkörper bilden, z. B.Torf bzw.Kohle, die durch die Anhäufung und Umwandlung abgestorbener Pflanzenreste entstehen.
Rückstandsgesteine oder auchResidualgesteine sind keine Sedimentgesteine im eigentlichen Sinn. Sie entstehen durchchemische Verwitterung und repräsentieren den unter den herrschenden Bedingungen chemisch stabilen Rest des Ausgangsgesteins. Typische Residualgesteine sindGipshut (z. B. Mitteleuropa) undSaprolith (Tropen). Sekundäre Ausfällung von oxidischen Eisen-, Aluminium- oder Siliziumverbindungen aus wässrigen Verwitterungslösungen im Porenraum von Residualgesteinen undBöden werden bisweilen als chemische Sedimente aufgefasst. Jedoch sind sie, da sie mit unmittelbar vorausgehenden chemischen Verwitterungsprozessen in Zusammenhang stehen, besser alsBodenbildungen anzusprechen (siehe auchDuricrust).
Klastische Lockersedimente werden nach derKorngröße der Mehrheit der darin vertretenen Sedimentpartikel alsTon,Schluff (Silt),Sand oderKies bezeichnet. Wassergesättigte Lockersedimente mit einem überwiegenden Anteil an Korngrößen unterhalb der von Sand werden unter dem BegriffSchlämme zusammengefasst, jedoch ist nicht jeder Schlamm ein klastisches Sediment. Lockersedimente mit groben und sehr groben Korngrößen, wie Kies, Steinen und Blöcken, nennt man bei abgerundeten „Körnern“Geröll und bei kantigen „Körnern“Schutt.
Die folgenden Bezeichnungen der aus Lockersedimenten hervorgegangenen Sedimentgesteine richten sich ebenfalls größtenteils nach der jeweils vorherrschenden Korngröße:
Konglomerat oderBrekzie bei Korngrößen größer als 2 mm. Konglomerate bestehen aus abgerundeten, Brekzien aus kantigen Gesteinstrümmern.
Sandstein besteht überwiegend aus Körnern der Korngröße 0,063 bis 2 mm.
Schluffstein (oder Siltstein) besteht überwiegend aus Körnern, die zwischen 0,002 und 0,063 mm groß sind.
Tonstein enthält überwiegend Partikel, die kleiner als 0,002 mm (2 µm) sind.
Unter diesen Gesteinsnamen werden jedoch vorwiegend siliziklastische Sedimentgesteine verstanden, d. h., sie beinhalten auch eine Aussage zum Material, aus dem die Körner und Partikel bestehen. Ebenfalls vorwiegend auf siliziklastische Gesteine bezieht sich eine ältere Klassifikation, mit den BezeichnungenPsephit für Gesteine mit großen Korngrößen,Psammit für Gesteine mit mittleren undPelit für Gesteine mit den kleinsten Korngrößen. Nur der letztgenannte Begriff wird auch heute noch regelmäßig verwendet.
Eine weitere, jedoch neutralere auf die Korngröße bezogene Klassifikation unterscheidetLutit (kleiner als 2 µm),Siltit, (zwischen 2 µm und 0,063 mm),Arenit (zwischen 0,063 und 2 mm) undRudit (größer als 2 mm). Sie wird mit dem Zusatz „Kalk-“ bei der Klassifizierung von (klastischen) Karbonatgesteinen verwendet.
Viele Sedimentgesteine werden wirtschaftlich genutzt (z. B. Kalkstein in der Bauindustrie).In bestimmten Sedimenten könnenErdöl undErdgas entstehen (Erdölmuttergestein), die dann in ein Erdölspeichergestein auswandern (migrieren) können.Stein- und Braunkohle sind ebenfalls Sedimentgesteine von großer (wenngleich schwindender) wirtschaftlicher Bedeutung.
Das Studium der Sedimentgesteine ermöglicht unter anderem durch die in ihnen enthaltenen Strukturen, Mineralien und Fossilien die Rekonstruktion von Lebensräumen, die vor geologischen Zeiten bestanden haben.
