Schichten (Stratigraphie): Definition, Entstehung & Bedeutung

Schichten (Stratigraphie): Entstehung, Aufbau und Bedeutung der Gesteinsschichten kompakt erklärt — wie Sedimente, Zeit und tektonische Kräfte die Erdgeschichte entschlüsseln.

Schichten sind Gesteinsschichten, manchmal auch Boden. In der Natur kommen Schichten in vielen Schichten vor. Es ist ein Begriff aus der sedimentären und historischen Geologie; der Singular ist Stratum. Das Studium von Schichten wird Stratigraphie genannt. Schichten sind die grundlegende Einheit, mit der Geologen die Abfolge der Erdkruste beschreiben. Sie unterscheiden sich in Zusammensetzung, Korngröße, Farbe, Fossilgehalt und Mächtigkeit und geben Hinweise auf die Umweltbedingungen zur Zeit ihrer Ablagerung.

Entstehung und Umwandlung

Diese Schichten werden als Sediment, oft im Meer, abgelagert und durch Druck, Hitze und chemische Einwirkung langsam in Gestein umgewandelt. Die Umwandlung von losem Sediment in festes Gestein beschreibt man als Lithifizierung und umfasst Prozesse wie Kompaktion (Verpressen der Körner durch Überlagerung), Zementation (Ausfällung von Mineralen zwischen den Körnern) und allgemeine Diagenese (chemische Veränderungen bei niedrigen Temperaturen und Drücken).

Die Art des Sediments und die Transportmechanismen (z. B. fluvial, marin, eolisch, glazial) bestimmen die Textur und Struktur der Schichten. Fein geschichtete Tone, geschichtete Sandsteine, Kalksteine aus Korallen und Schalen sowie Ablagerungen aus Schlammströmen (Turbidite) sind typische Beispiele.

Schichten als Zeit- und Umweltmarker

Die Schichten sind oft typisch für eine bestimmte Zeit und einen bestimmten Ort und ermöglichen es Geologen, Gesteine an verschiedenen Orten miteinander in Beziehung zu setzen. Zum Beispiel wurde Kreide in der Oberkreidezeit abgelagert und besteht hauptsächlich aus den Resten mikroskopisch kleiner Algen, die als Coccolithen bezeichnet werden. Solche charakteristischen Schichten nennt man Markerhorizonte oder Leitgeschiebe, sie dienen der Korrelation verschiedener Aufschlüsse.

Zur zeitlichen Einordnung von Schichten werden verschiedene Methoden kombiniert: Biostratigraphie (Fossilienabfolgen), Magnetostratigraphie, Chemostratigraphie (chemische Signaturen) und absolute Datierungsmethoden wie radiometrische Altersbestimmungen.

Struktur und Deformation

In normalen Schichten werden die späteren Schichten in horizontalen Schichten auf früheren Schichten abgelegt. Im Laufe der langen Zeit können Sedimentgesteine durch enorme Kräfte in der Erde verformt werden: Vulkanismus, Orogenese (Gebirgsbildung) oder andere Ursachen. Dann erfordert es Forschung, um herauszufinden, was mit den Schichten geschehen ist. Typische Deformationsformen sind Faltungen, Verwerfungen (Störungen), Scherungen und regionale Metamorphose.

Zur Rekonstruktion solcher Ereignisse nutzen Geologen Methoden der Strukturgeologie, Paläomagnetismus, sowie die Untersuchung umkehrter oder gestörter Beziehungen zwischen Schichten (z. B. Überschiebungen, Einschnitte).

Prinzipien der Stratigraphie (Kurzüberblick)

• Prinzip der Überlagerung: Jüngere Schichten überlagern ältere.
• Prinzip der ursprünglichen Horizontaliät: Sedimente werden ursprünglich nahezu horizontal abgelagert.
• Prinzip der lateralen Kontinuität: Schichten erstrecken sich seitlich in etwa kontinuierlichen Bändern.
• Cross-cutting relationships: Eine Struktur, die eine andere durchschneidet, ist jünger.
• Faunensukzession: Fossilienfolgen ändern sich durch die Zeit und erlauben die Korrelation von Schichten.

Diskordanzen, Erosion und Lücken

Wenn Schichten über den Meeresspiegel ansteigen, werden sie durch Erosion, z.B. durch das Wetter, abgetragen. Dadurch entstehen Lücken in der Abfolge der Schichten, die in der Erdgeschichte viele Male auf- und abgesenkt worden sein können. Diese Lücken werden im geologischen Fachjargon als Diskordanzen bezeichnet.

Es gibt verschiedene Arten von Diskordanzen: Angular unconformity (winkelige Diskordanz), Disconformity (Entsprechung mit fehlender Schichtfolge) und Nonconformity (Übergang von sedimentären zu magmatischen/metamorphischen Gesteinen). Solche Lücken sind wichtig, weil sie Episoden von Hebung, Erosion oder Nicht-Ablagerung anzeigen.

Begriffe und Einheiten

• Lamina / Schichtlage: sehr dünne, feine Unterteilungen innerhalb einer Schicht.
• Bett (Bed): klar abgrenzbare Schichtseinheit.
• Fazies: Gesamtheit der physikalischen, chemischen und biologischen Merkmale einer Ablagerungsstätte.
• Formation / Fazieskörper: lithostratigraphische Einheiten, die zur Kartierung verwendet werden.

Bedeutung und Anwendungen

Das Studium von Schichten ist zentral für viele Bereiche:

• Rohstoffsuche: Erdöl- und Gaslagerstätten, Kohle, Erze und Grundwasserleiter liegen oft in bestimmten Schichten.
• Paläoumwelt- und Klimaforschung: Schichten dokumentieren Veränderungen von Meeresspiegel, Klima und Lebensgemeinschaften.
• Baugrund- und Ingenieurgeologie: Kenntnisse über Schichtfolge und -stabilität sind entscheidend für Bauwerke.
• Geologische Kartierung und Landschaftsentwicklung: Schichten zeigen die Entstehungsgeschichte ganzer Regionen.

Abschließende Hinweise

Schichten sind somit nicht nur einfache Lagen von Gestein oder Boden, sondern Archive der Erdgeschichte. Ihre Untersuchung kombiniert Feldarbeit (Aufschlüsse, Bohrkerne), Laboranalysen (Petrographie, Geochemie, Altersbestimmung) und geophysikalische Methoden. Durch die Kombination mehrerer stratigraphischer Methoden können Geologen komplexe Ablagerungs-, Deformations- und Erosionsgeschichten zuverlässig rekonstruieren.

Zyklen

In vielen Formationen von Schichten gibt es sich wiederholende Muster. So wechseln sich z.B. Tonschichten mit Sandsteinschichten oder Karbonatschichten mit Schieferschichten ab. Dies wird gewöhnlich durch sich wiederholende Klimazyklen verursacht. In wärmeren Zeiten steigt das Meer an, und Karbonatgesteine werden in flachen subtropischen Meeren abgelagert. Später bildet sich Eis an den Polen und der Meeresspiegel sinkt. Dann liegt dasselbe Gebiet in Küstennähe und wird von Flüssen mit Sand und Schlamm umspült.

Felsen mit sich wiederholenden Schichtmustern werden als Rhythmen bezeichnet. Manchmal werden die Muster durch jährliche Klimaveränderungen verursacht. Geologen nennen diese Varven.

Es handelt sich um einjährige Varven in Kalkstein. Pleistozäne Schichten, Scarboro-Klippen, Toronto, Ontario, Kanada

Fragen und Antworten

F: Was sind Schichten?

F: Wie nennt man das Studium der Schichten?

Q: Wie werden Schichten gebildet?

F: Wie können Geologen Schichten nutzen, um Gesteine an verschiedenen Orten in Beziehung zu setzen?

F: Wie kommt es zu Lücken in der Abfolge der Gesteinsschichten?

F: Wie nennen die Geologen diese Lücken?

F: Wie wirken sich Veränderungen in der Erdgeschichte auf die Abfolge der Schichten aus?

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