Geologie

Ausgangsmaterial sind die verschiedenen Produkte der Verwitterung. Das Ausgangsmaterial besteht aus Verwitterungsresten, Verwitterungsneubildungen und Ionen oder Ionenkomplexen, die sich in Lösung befinden, sowie Kolloide, suspendiert in Lösung.
Zu den Verwitterungsresten zählt in erster Linie der Quarz, weil er bei seiner enormen Verbreitung in den verschiedenen Ausgangsgesteinen zudem mechanisch und chemisch schwer angreifbar ist. Stammen die Verwitterungsreste aus trocken-aridem Klima, so bleiben auch andere gesteinsbildende wichtige Minerale wie Feldspäte und Glimmer als Verwitterungsreste erhalten. Ebenso nehmen widerstandsfähige Gesteinsfragmente häufig als Verwitterungsrest an der Sedimentbildung teil.
Zu den Verwitterungsbildungen gehören in erster Linie Tonminerale, die entweder unmittelbar aus Verwitterungslösungen kristallisieren wie Kaolinit, Halloysit oder Montmorillonit oder durch Umbildung aus Glimmer des Ausgangsgesteins entstehen wie z.B. die Illite.

Die klastischen Sedimente (d.h. Trümmersedimente) bzw. Sedimentgesteine werden nach ihrer Korngröße gegliedert in:
Psephite Ø > 2 mm
Psammite Ø 2 - 0,02 mm
Pelite Ø < 0,02 mm
(siehe: Klassifikation der Sedimente nach Korngrösse)

Psephite und Psammite (z.B. Konglomerate und Sandsteine) bestehen ganz vorwiegend aus Verwitterungsresten, bei den Peliten hingegen herrschen Verwitterungsneubildungen gegenüber einer feinkörnigen Fraktion von Verwitterungsresten vor.

Das wichtigste Transportmittel des subaërischen Verwitterungsmaterials ist das Wasser der Flüsse. Nachdem das Verwitterungsmaterial durch Niederschlag flächenhaft abgetragen ist, wird es den Flüssen zugeführt. Es sind der Größe nach ganz verschiedene klastische Bestandteile, die durch die Flüsse fortbewegt und in Sammelbecken der kontinentalen Senken und der Meere transportiert werden. Besonders groß ist die Menge des in Flußwasser suspendierten Materials, welches das offene Meer fast immer erreicht, während die größeren klastischen Bestandteile meistens unterwegs längs der Flußläufe oder in Senken noch innerhalb des kontinentalen Bereichs zur Ablagerung gelangen.
Die Transportvorgänge sind zudem mit mechanischen und chemischen Sortierungs- und Konzentrationserscheinungen verbunden, die Zusammensetzung und relative Häufigkeit der Sedimente bedingen. Aus der Bodenfracht der Flüsse entstehen bevorzugt grobklastische Sedimente, so Psephite und Psammite, aus den feinen Suspensionen Pelite und aus den im wasser gelösten Ionen oder Ionenkomplexen die chemischen Sedimente.
Während seines Transportwegs ist das Verwitterungsmaterial mechanischen und chemischen Angriffen ausgesetzt. Die mechanischen Veränderungen betreffen in erster Linie das am Boden bewegte gröbere Material (auch als Flußschotter bezeichnet). Es wird in Abhängigkeit von der Länge des Transportwegs - im ersten teil stärker, im letzten Teil relativ weniger - unter Verringerung seiner Größe immer gerundet. Härtere Gesteinsfragmente benötigen für den Endwert der Rundung natürlich einen längeren Transportweg. Minerale von geringerer Härte und guter Spaltbarkeit werden leichter zerrieben und treten deshalb im Sediment vorwiegend in kleineren Kornfraktionen auf. In den marinen oder terrestrischen Sammelbecken schließen sich weiter Transportvorgänge an, ehe es zur endgültigen Ablagerung und zur Sedimentation kommt.

Es sind insgesamt die Vorgänge, die ein Sediment nach seiner Ablagerung bis zum Beginn der Metamorphose verändern. Diagenese beginnt ohne scharfe Grenzen bereits mit dem Einsetzen gewisser Veränderungen während der Ablagerung, und sie geht ebenso ohne scharfe Grenzen mit steigenden Temperaturen und Drücken in die Metamorphose über.

Die diagenetischen Abläufe sind in den verschiedenen Sedimentgruppen unterschiedlich. Es ist also keine Parallelisierung der einzelnen Diagenesestadien möglich.
Alle wichtigen Prozesse der Diagenese gehen vom Porenraum der betreffenden Sediments aus. Dabei sind sowohl die festen Mineralpartikel als auch die enthaltenen Gase und Flüssigkeiten beteiligt, die im Porenraum beweglich sind. Mit der Versenkung des Sedimentpakets verringert sich unter dem Gewicht der Auflast durch jüngere Sedimentbedeckung der Porenraum. Dabei wandert ein Teil der Porenlösung nach oben, und es erfolgt Verfestigung durch sogenannte Kompaktion. Die Körner des Sediments bekommen einen engeren Kontakt miteinander, ihre Packung wird dichter. Das Sediment wird zu Sedimentgestein. Mit beginnender Metamorphose ist nach VON ENGELHARDT der Porenraum geschlossen.
Durch Diagenese wird aus:
Rundschotter - Konglomerat
Schutt - Breccie
Sand - Sandstein
Ton - Tonstein, Siltstein
Bei der diagenetischen Verfestigung des Sediments reagieren die Porenlösungen mit den anwesenden Mineralfragmenten. Es finden in diesem Stadium chemische Vorgänge statt, die zusammen mit der Verdichtung des Gefüges aus einem lockeren Sediment ein verfestigtes Sedimentgestein entstehen lassen.
Reaktionen des Detritus (Sammelbegriff für das feine Mineral- und Gesteinszerreibsel) mit der Porenlösung führt bei der Diagenese klastischer Sedimente zu Auflösungserscheinungen, Mineralneubildungen und Verdrängungsreaktionen.
Bei Sandsteinen findet man z.B. häufig einen Saum von klarem, neugebildetem Quarz um die klastischen Quarzkörper. Dieser sogenannte Anwachssaum ist nicht selten von Kristallflächen begrenzt. Bei Übersättigung der Porenlösung entsteht feinkristalliner Quarz, der die Poren ausfüllt.
Auch Karbonate (Calcit, Dolomit) werden innerhalb der Porenräume als Zwischenfülle zwischen den Quarzkörnern im Sandstein angetroffen. Voraussetzung hierfür sind in vielen Fällen ehemalige Reste von Organismen, die dem Sand beigemengt waren. Nach deren Auflösung entsteht durch Ausfällung ein feinkristallines karbonatisches Bindemittel anstelle des freien Porenraums.
Alkalifeldspäte kommen in zahlreichen Sandsteinen als Neubildung durch Diagenese vor, oft sind sie als Umwandlungssaum um detritischen Feldspat entwickelt.
Auch Tonminerale, besonders Kaolinit, sind als diagenetische Neubildung im Sandstein häufig. Sie können auch Umwandlungsprodukt oder Umwandlungspseudomorphose nach detritischem Feldspat sein. Aus beigemengten unvollständigen Glimmern wie Illit können Hellglimmer gebildet werden. Das kann auch durch Auskristallisation aus kali- und aluminiumhaltiger Porenlösung unmittelbar geschehen.
In vielen Sandsteinen haben sich tri- oder dioktaedrische Chlorite diagenetisch gebildet. Bei entsprechender chemischer Beschaffenheit der Porenlösung kann Anhydrit, Baryt oder Sulfide bei der Diagenese zwischen den detritischen Körnern bei diagenetischen Vorgängen ausgeschieden werden. Die Bildung verschiedener Zeolithe vorwiegend in tiefer versenkten Sedimentfolgen innerhalb von Psammiten wurde auch schon häufig festgestellt.
Sande enthalten stets akzessorische Mineralkörner, die wegen ihrer relativ hohen Dichte gegenüber den Hauptgemengteilen als Schwerminerale bezeichnet werden (siehe auch: Schwerminerale in Psammiten / Seifen). Auch Schwerminerale, so resistent sie sich gegenüber Verwitterungseinflüssen im allgemeinen verhalten, werden nicht selten durch Porenlösungen angegriffen. Bei den pelitischen Sedimenten spielt Verdichtung (Kompaktion) durch den Belastungsdruck eine größere Rolle als bei den psammitischen Sedimenten. Aus geometrischen Gründen können die blättrigen Tonminerale eine stärkere Kompression erfahren als die gerundeten Sandkörner. Zudem ist der ursprüngliche Porenraum bei Tonen viel größer.
Mit den mechanischen Vorgängen spielen sich in besonderem Maße chemische Vorgänge bei der Diagenese ab. Im absinkenden Schichtverband kommt es zu einem Stoffaustausch zwischen den Tonmineralen un der Porenlösung. In einem späteren Stadium der Diagenese vermindert sich mit der Abnahme der Porosität die Durchlässigkeit des tonigen Sedimentgesteins zusehends. Schließlich verschwindet der Porenraum in größerer Versenkungstiefe und die für die Diagenese charakteristischen Umsetzungen hören auf. Es bahnt sich der Übergang zu metamorphen Reaktionen an, die sich vorwiegend an die Korngrenzen anlehnen.