Kalkstein

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Kalkstein
Kalkstein mit Einlagerung am kleinen Barmstoa in Bayern

Als Kalkstein werden Sedimentgesteine bezeichnet, die ganz √ľberwiegend aus dem chemischen Stoff Calciumcarbonat (CaCO3) in Form der Mineralien Calcit und Aragonit bestehen.

Kalkstein ist ein äußerst variables Gestein; das betrifft sowohl seine Entstehung als auch seine Eigenschaften, das Aussehen und die wirtschaftliche Verwendbarkeit. Es gibt daher innerhalb der Geologie eine eigene Fachrichtung, die Karbonatsedimentologie, die sich ausschließlich mit der Entstehung und den Eigenschaften der verschiedenen Kalksteintypen befasst. Der größte Teil aller Kalksteine ist biogener Entstehung (von Lebewesen abgelagert), es gibt aber auch chemisch ausgefällte und klastische Kalksteine.

Kalksteine besitzen eine enorme wirtschaftliche Bedeutung als Rohstoff f√ľr die Bauindustrie und als Naturwerkstein. Des Weiteren sind solche Lagerst√§tten Speichergestein f√ľr Erd√∂l und Erdgas.

Inhaltsverzeichnis

Begriffsklärung

Die Seven Sisters an der s√ľdenglischen Kreidek√ľste

Der Begriff Kalkstein wird sowohl in der Umgangssprache als auch in der technischen und wissenschaftlichen Fachsprache anders verwendet. W√§hrend man in der Wissenschaftssprache den Begriff relativ umfassend verwendet und au√üer den stark verfestigten Kalksteinen auch relativ m√ľrbe Gesteine wie die Kreide den Kalksteinen zurechnet, ist der Begriff in der Baustoffindustrie eher auf stark verfestigte Kalke eingeschr√§nkt.

Weiterhin bezeichnet man in der Naturwerksteinindustrie polierf√§hige Kalksteine oft als ‚ÄěMarmor‚Äú, obwohl sie im geologischen Sinne keine Marmore sind. Marmor ist in den Geowissenschaften ein metamorphes Gestein.

Stinkkalk (Zechstein, Marsberg)

Zusammensetzung

Kalkstein besteht √ľberwiegend aus den Mineralen Calcit und Aragonit, zwei Kristallisationsformen von Calciumcarbonat (kohlensaures Calcium CaCO3). In mehr oder minder schwankenden Anteilen kommen andere Minerale vor. Dazu z√§hlen Tonminerale, Dolomit (CaMg(CO3)2), Quarz, Gips und andere. √úberwiegt der Dolomitanteil, so spricht man vom Gestein Dolomit. Besitzt der Kalkstein einen relativ hohen Anteil an Tonmineralen, so bezeichnet man ihn dann als Mergel. Kalkstein kann auch bis zu mehreren Prozent organische Substanz enthalten und wird dann bitumin√∂ser Kalk (bei Vorhandensein von Schwefelwasserstoff auch Stinkkalk) genannt.

Entstehung von Kalkstein

Kalksteine k√∂nnen innerhalb der Sedimentgesteine mehreren Typen angeh√∂ren. Der √ľberwiegende Teil der Kalksteine ist aber biogenen Ursprungs, das hei√üt er wurde von Lebewesen gebildet und abgelagert. Kalkstein kann aber auch durch chemische Prozesse (die wiederum von Lebewesen beeinflusst werden k√∂nnen) aus dem Wasser ausgef√§llt werden. Weiterhin kann ein Gestein, welches aus Calciumcarbonat besteht (Kalkstein oder Marmor), abgetragen, transportiert und an anderer Stelle als klastisches Sediment wieder abgelagert werden.

Biogener Kalkstein

Kalkstein aus dem Devon

Bei biogener Herkunft wird Kalkstein meistens von Mikroorganismen oder gesteinsbildenden Korallen abgelagert. Untergeordnet findet man auch Kalksteine, die zum √ľberwiegenden Teil aus Schnecken, Muscheln oder Schw√§mmen bestehen. In jedem Fall besteht das Gestein dann aus Calciumcarbonat, welches Bestandteil der Lebewesen war und zum Aufbau von Au√üen- oder Innenskeletten abgeschieden wurde.

Von Mikroorganismen abgelagerter Kalkstein

Von Mikroorganismen abgelagerte Kalksteine ‚Äď auch die Kreide z√§hlt dazu ‚Äď sind f√ľr gew√∂hnlich feine, mikrokristalline Sedimentgesteine, die durch Ablagerung von Schalen fossiler Kleinstlebewesen, vor allem Coccolithen der Coccolithophoriden und Schalen der Foraminiferen, entstanden sind. Auch kalkabscheidende Algen und Bakterien (Stromatolithen) k√∂nnen gesteinsbildend werden. Aufgrund ihrer oft massigen Struktur werden sie auch als Massenkalke bezeichnet. Man findet im Gestein aber auch ausgef√§llten Calcit, so dass flie√üende √úberg√§nge zum ausgef√§llten Kalkstein existieren. Mehr oder weniger h√§ufig und oft an eng begrenzte Lagen gebunden finden sich mit blo√üem Auge erkennbare Makrofossilien, die damit √úbergangsstufen zu den Fossilkalken anzeigen.

Das Gestein entsteht, wenn nach dem Tod der Lebewesen die Schalen zu Boden sinken und zunächst sogenannte Kalkschlämme bilden. Kalkschlämme können sich im offenen Ozean jedoch nur bis zu einer bestimmten Tiefe bilden. Unterhalb der sogenannten Carbonatkompensationslinie wird aufgrund des Wasserdruckes das Calciumcarbonat vollständig gelöst, so dass die Sedimente unterhalb dieser Linie stets carbonatfrei sind. Die Tiefe der Carbonatkompensationslinie schwankt; sie liegt zum Beispiel in den Tropen zwischen 4500 und 5000 Meter Wassertiefe.

Durch die Diagenese der Schl√§mme entsteht dann fester Kalkstein. W√§hrend der Verfestigung bilden sich neue Calcitkristalle. Dabei wird der gr√∂√üte Teil des urspr√ľnglich vorhandenen Aragonits in Calcit umgewandelt. So k√∂nnen Hohlr√§ume mit sp√§ter (sekund√§r) gebildeten Kristallen ausgef√ľllt oder durch starke Umkristallisierung die bestehenden Sedimentstrukturen mehr oder weniger vollst√§ndig verwischt werden.

Fossilkalke

Roter Kalkstein mit Crinoiden

Als Fossilkalke bezeichnet man Gesteine, die zum √ľberwiegenden Teil aus mit blo√üem Auge sichtbaren Fossilien bestehen. Weltweit am h√§ufigsten sind Korallenkalke, da durch ihr Wachstum an Korallenriffen bedeutende Gesteinsm√§chtigkeiten entstehen k√∂nnen. Andere, h√§ufig zu findende Fossilkalke benennt man nach ihren (haupts√§chlichen) Gesteinsbildnern Molluskenkalk, Foraminiferenkalk (auch Nummulitenkalk), Brachiopodenkalk, Bryozoenkalk, Goniatitenkalk, Crinoidenkalk oder nach anderen Tiergruppen. Nulliporenkalk entsteht durch kalkabscheidende, mehrzellige Algen. Gesteine oder Lagen innerhalb von sonst massigen Kalksteinen, die haupts√§chlich aus Muschelschalen bestehen, bezeichnet man als Schill oder Muschelschill.

Bei den im Kalkstein erhaltenen Fossilien unterscheidet man zwischen Lebensgemeinschaften und Grabgemeinschaften. Lebensgemeinschaften repr√§sentieren die an Ort und Stelle vorkommenden Organismen und werden unmittelbar nach ihrem Tod in das Sediment eingebettet oder sind als bodenbewohnende Lebewesen bereits eingebettet. Grabgemeinschaften werden durch Str√∂mungen und andere Transportmechanismen verfrachtet und an geeigneter Stelle (z. B. Stromschatten) wieder abgelagert. Die darin enthaltenen Lebewesen haben meist nicht ein Biotop bewohnt.

Während Korallen- und andere Riffkalke sich als bereits recht feste Kalksteine bilden, durchlaufen die anderen Fossilkalke zunächst eine diagenetische Verfestigung ähnlich den oben erläuterten Massenkalken. Durch nachträgliche Umkristallisierungen können sich alle Fossilkalke, auch die Riffkalke, deutlich verändern.

Chemisch und biogen ausgefällter Kalkstein

Kalksinterablagerung aus einem r√∂mischen Aqu√§dukt; gut erkennbar ist die unterschiedlich starke, aber dichte Sinterschichtung (Durchschnitt 1 mm/Jahr).

Nat√ľrlich vorkommendes Wasser (sowohl Meer- als auch S√ľ√üwasser) enth√§lt immer in mehr oder weniger gro√üen Mengen Calciumcarbonat, f√ľr gew√∂hnlich wird es als Calciumhydrogencarbonat gel√∂st, da seine L√∂slichkeit deutlich gr√∂√üer ist als die des Carbonat-Ions. Wird Carbonat bis zur S√§ttigung der L√∂sung zugef√ľhrt oder sinkt umgekehrt das L√∂slichkeitsverm√∂gen des Wassers, so wird Calciumcarbonat aus der √ľbers√§ttigten L√∂sung ausgef√§llt. Dieses war vorher kein Bestandteil von Lebewesen. Damit k√∂nnen Kalksteine Bestandteil von Evaporitserien sein. Innerhalb der Eindampfungsfolge tritt Kalkstein wegen der vergleichsweise geringen L√∂slichkeit des Carbonats an der Basis der Gesteinsserie auf. Er wird als erstes abgeschieden. Im Hangenden folgt meist Gips und dar√ľber die leicht l√∂slichen Salzgesteine, zum Beispiel Steinsalz. Im Meer k√∂nnen Calcitkristalle nur in den obersten 200 m abgeschieden werden, da in gr√∂√üeren Tiefen durch den zunehmenden Wasserdruck die L√∂slichkeit f√ľr Kohlendioxid zunimmt und deshalb keine √ľbers√§ttigten L√∂sungen mehr auftreten. Die ausgef√§llten Kristalle k√∂nnen aber bis zur Carbonatkompensationslinie absinken.

Die F√§llung des Calciumcarbonats kann v√∂llig ohne Beteiligung von Lebewesen ablaufen, wird aber meist durch die Aktivit√§t von Lebewesen (vor allem Algen, im S√ľ√üwasser auch Moose) unterst√ľtzt. Die Photosynthese der Pflanzen verbraucht das Kohlendioxid im Wasser, so dass zur Beibehaltung des L√∂sungsgleichgewichtes Hydrogencarbonat-Ionen sich wieder in Kohlendioxid und Carbonat-Ionen aufspalten. Da Carbonat-Ionen deutlich schlechter l√∂slich sind als Hydrogencarbonat-Ionen, wird nun verst√§rkt Calcit aus der L√∂sung ausgef√§llt.

Die F√§llung des Calcits geschieht sowohl innerhalb der Wassers√§ule als auch am Grunde von Gew√§ssern direkt am Untergrund. Im ersten Fall bilden sich im Wasserk√∂rper mikroskopisch kleine Kristalle, die zu Boden sinken und dort ebenfalls Kalkschl√§mme bilden. Ihre Diagenese f√ľhrt dann zu einem festen Kalkstein. Im zweiten Fall wachsen die Calcitkristalle direkt auf andere Kristalle am Gew√§ssergrund auf, so dass sie sich auch in Flie√ügew√§ssern absetzen k√∂nnen. Dieser Mechanismus ist f√ľr die Entstehung von Travertin notwendig.

Klastische Kalksteine

Nahaufnahme von Marès, ein Kalkarenit von der Insel Mallorca

Klastische Sedimentgesteine k√∂nnen unter bestimmten Bedingungen fast vollst√§ndig aus Calciumcarbonat bestehen und werden dann meistens als Kalkstein bezeichnet. Streng genommen sollten sie in eine der Kategorien der klastischen Sedimente eingeordnet werden. F√ľr gew√∂hnlich haben diese Sedimente eine gro√üe Korngr√∂√üe, da bei kleineren Partikeln Carbonat schnell zerst√∂rt wird. Ebenso wurden aufgrund der geringen mechanischen und chemischen Widerst√§ndigkeit die K√∂rner meist nur √ľber kurze Entfernungen transportiert. Am weitesten verbreitet sind sogenannte Riffhangbrekzien, bei denen sich am Fu√üe eines Korallenriffes abgebrochenes, meist eckiges Riffmaterial ansammelt. Petrographisch handelt es sich dabei eher um eine Brekzie als um einen Kalkstein. Ein besonderer Fall ist der Kalkarenit, in dem fossile Bruchst√ľcke mit Bruchst√ľcken anderer Kalkgesteine vermischt sind, die in marinen Flachwasserzonen entstanden. In manchen F√§llen bindet eine noch feink√∂rnigere mikritische Masse die kleinen Klasten.

Einteilung der klastischen Kalksteine (nach der durchschnittlichen Korngröße):

  • Rudit > 2 mm
  • Arenit 2‚Äď0,063 mm
  • Siltit 0,063‚Äď0,004 mm
  • Lutit 0,004‚Äď0,001 mm
  • Kryptit < 0,001 mm

Aussehen

Dichter roter Kalkstein

Kalksteine besitzen in den meisten F√§llen eine helle, graue bis graugelbe Farbe. Durch Beimengungen anderer Minerale (zum Beispiel von Eisenverbindungen) kommen aber auch kr√§ftigere, vor allem rote Farben recht h√§ufig vor. Bitumin√∂se Kalksteine k√∂nnen auch dunkelgrau bis schwarz gef√§rbt sein. Chemisch ausgef√§llte Kalksteine oder von Mikroorganismen abgelagerte Kalksteine sind f√ľr gew√∂hnlich feink√∂rnig und dicht. Je nach Entstehungsbedingungen findet man dort mehr oder weniger h√§ufig Fossilien. Fossilkalke besitzen hingegen zahlreiche gut erkennbare Fossilien. Diese Kalke enthalten oft Poren und andere Hohlr√§ume. Extrem gro√üe Hohlr√§ume enthalten S√ľ√üwasserkalke, vor allem Travertin.

Verkarsteter Dachsteinkalk, Kehlstein (Berchtesgaden)

Verwitterung des Kalksteines, Karst und S√ľ√üwasserkalke

Wegen der vergleichsweise guten L√∂slichkeit des Carbonates ist Kalkstein ein gegen√ľber der chemischen Verwitterung relativ anf√§lliges Gestein und bildet daher spezielle L√∂sungsformen aus. Umgekehrt kann aber das gel√∂ste Carbonat wieder ausgef√§llt werden und ebenfalls spezielle Gesteine und Formen (Kalktuff, Kalksinter, Travertin) hervorbringen. Beides wird unter der Bezeichnung Verkarstung oder Karst zusammengefasst.

Auf der Verwitterung ausgesetzten Kalksteinen bildet sich ein charakteristischer Bodentyp, die Rendzina heraus. Verwittert Kalkgestein im Untergrund entstehen Höhlen. Im Zusammenspiel verschiedener Faktoren bilden sich Tropfsteinhöhlen wie beispielsweise die Erdmannshöhle in Hasel. Die Tropfsteine in diesen Höhlen wachsen als Kalksinter.

Wirtschaftliche Verwendung

Kalksteinbruch auf Sardinien
Bucht von Gisl√∂v mit den dortigen Kalksteinfelsen, die erkennbar als Steinbruch f√ľr M√ľhlsteine genutzt wurden

Je nach ihren Eigenschaften sind Kalksteine äußerst vielseitig verwendbar. Vor allem dichte Kalksteine werden als leicht zu bearbeitende Naturwerksteine verwendet.

F√ľr die Baustoffindustrie ist Kalkstein einer der wichtigsten Rohstoffe. Daf√ľr wird er in Kalkwerken aufbereitet und zu Branntkalk umgesetzt. Oder er wird gemahlen und mit tonigen Materialien vermischt zu Zement gebrannt, welcher das Bindemittel f√ľr die Herstellung von Beton (Gemisch aus Zement, Wasser und Zuschlagstoffen wie Sand und Kies) darstellt. Kalkstein wird ebenso in der Glasindustrie verwendet, da es Calcium in die Glasschmelze einbringt.

Als Karbonat dient Kalkstein der Rauchgasentschwefelung. Fein gemahlener Kalkstein wird in der Land- und Wasserwirtschaft gegen die Versauerung von Boden und Gew√§sser benutzt. Die Kalziumverbindung findet als Zuschlag in der Glasindustrie und zur Schlackebildung in der H√ľttenindustrie Verwendung. Auf Grund dieser Zusammensetzung wird Kalkstein auch als D√ľngemittel eingesetzt.

Sehr reine Kalksteine (Wei√ükalk) sind Rohstoff f√ľr die Chemische Industrie oder werden zu Terazzo weiterverarbeitet (Ulmer Wei√ükalk).

Por√∂se Kalksteine, vor allem die Fossilkalke, sind eines der wichtigsten Speichergesteine f√ľr Erd√∂l und Erdgas. Die reichsten Erd√∂llagerst√§tten der Erde auf der Arabischen Halbinsel befinden sich in Riffkalken, die im Jura und in der Kreidezeit entstanden sind. Deshalb dient Kalkstein als Indikator bei der Prospektion von Lagerst√§tten.

Vorkommen

Allgemein

Kalksteine sind auf den Kontinenten und Schelfen sehr weit verbreitete Gesteine. Man findet sie sowohl auf relativ alten geologischen Tafeln als auch in geologisch jungen Gebirgen. Innerhalb der sehr alten Schilde und den tiefen Meeresbecken treten sie jedoch zur√ľck. Der allergr√∂√üte Teil der Kalksteine wurde urspr√ľnglich im (Flach-)Meer gebildet und durch tektonische Prozesse √ľber den Meeresspiegel gehoben. Terrestrische (auf dem Festland gebildete) Kalksteine ben√∂tigen fast immer √§ltere Kalksteinvorkommen in der N√§he, die als Liefergebiet des Calciums notwendig sind. Zum Beispiel sind die Travertinvorkommen in Th√ľringen immer an das Vorhandensein der Kalksteine aus dem Muschelkalk gekoppelt.

Europa

Der Burren ist eine großflächige Karstlandschaft in Irland

Gro√üe Kalksteinvorkommen befinden sich in Mitteleuropa im mittleren und s√ľdlichen Teil Deutschlands (dort vor allem Kalksteine aus dem Muschelkalk und dem oberen Jura), im Schweizer und Franz√∂sischen Jura sowie in den n√∂rdlichen und s√ľdlichen Alpen. Weiterhin sind Kalksteine auch als eiszeitliches Geschiebe in Norddeutschland sehr h√§ufig zu finden. Die Kalksteingeschiebe stammen dabei meist aus S√ľd- und Mittelschweden sowie aus dem mittleren und n√∂rdlichen Ostseebecken.

Gro√ülandschaften, die ganz √ľberwiegend von Kalkstein gepr√§gt werden, sind zum Beispiel die Schw√§bische und die Fr√§nkische Alb, sowie die n√∂rdlichen Kalkalpen. Das bekannteste Abbaugebiet befindet sich im Altm√ľhltal mit dem Solnhofener Plattenkalk und dem Jurakalkstein. Zu einer der √§ltesten Abbaust√§tten f√ľr Kalkstein z√§hlt der historische Kalksteinbruch R√ľdersdorf in Brandenburg, der auf die Arbeit der Zisterzienser im 13. Jahrhundert zur√ľckgeht.

Bedeutende Travertinvorkommen befinden sich in Deutschland zum Beispiel in Stuttgart-Bad Cannstatt und im Th√ľringer Becken (z. B. Weimar-Ehringsdorf).

Kreide tritt an zahlreichen Standorten entlang des europ√§ischen Kreideg√ľrtels zutage. Der G√ľrtel reicht von Gro√übritannien √ľber Frankreich bis in die mittlere Ostsee und wird stellenweise auch abgebaut.

Sonderformen des Kalksteines

Sinterterrassen in Pamukkale, T√ľrkei
B√§nke des mioz√§nen Kalksteins Mar√®s an der K√ľste von der Halbinsel Punta de n‚ÄôAmer auf Mallorca

Besondere Varietäten:

S√ľ√üwasserkalke:

Natursteinsorten

Siehe auch

Literatur

  • Walter Maresch, Olaf Medenbach: Gesteine. Mosaik, M√ľnchen 1996, ISBN 3-576-10699-5 (Steinbachs Naturf√ľhrer.).

Weblinks

 Commons: Kalkstein ‚Äď Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien

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