Gneis

Definition, Entstehung und Bedeutung

Gneise sind metamorphe Gesteine mit Paralleltextur und einem Feldspatanteil von mehr als 20 %. Metamorph bedeutet, dass ein bereits vorhandenes Gestein unter hohem Druck und bei hohen Temperaturen umgewandelt wurde. Die Paralleltextur zeigt sich häufig als lagenförmige, schiefrige oder gebänderte Anordnung der Minerale.

Gneis entsteht meist in großer Tiefe unter vielen darüberliegenden Gesteinsschichten. Er gelangt an die Oberfläche, wenn diese Schichten durch Erosion abgetragen oder tiefliegende Bereiche durch tektonische Bewegungen angehoben werden.

Gneise kommen weltweit vor. Besonders häufig sind sie in Kratonen, den alten und stabilen Kernen der Kontinente, wo tiefreichende Erosion sie freigelegt hat. Viele dieser Gesteine haben mehrere Regionalmetamorphosen, also großräumige Umwandlungsphasen, erlebt. Sie gehören zu den ältesten Gesteinsformationen der Erde. Beispiele sind der Acasta-Gneis aus dem Hadaikum im westlichen Kanadischen Schild mit einem Alter von 4.030 mya sowie der Gneise enthaltende Nuvvuagittuq-Grünsteingürtel im östlichen Kanadischen Schild, dessen Alter möglicherweise bis zu 4.400 mya beträgt. Gneise treten außerdem in den Kristallinzonen jüngerer Faltengebirge auf, etwa im Tauernfenster der Zentralalpen.

Minerale und Gefüge

Die Zusammensetzung eines Gneises hängt von seinem Ausgangsgestein ab. Die wichtigsten Minerale entstehen nicht erst während der Metamorphose, sondern waren überwiegend bereits im Ausgangsmaterial vorhanden. Typische Bestandteile sind Quarz, Kalifeldspat, Plagioklas sowie die Glimmer Biotit und Muskovit. Je nach Varietät können außerdem Cordierit, Granat, Sillimanit und weitere Minerale auftreten.

Die Mengenverhältnisse unterscheiden sich stark. Granodioritgneis enthält beispielsweise 30 % Quarz, 8 % Kalifeldspat, 38 % Plagioklas und 9 % Biotit; seine Dichte beträgt 2,73 g/cm³. Langflasriger Rotgneis besteht unter anderem aus 39 % Quarz, 27 % Kalifeldspat und 25 % Plagioklas bei 2,67 g/cm³. Ein plattiger, feinkörniger Paragneis enthält dagegen 14 % Quarz, 22 % Plagioklas, 18 % Biotit und 40 % Muskovit; seine Dichte liegt bei 2,70 g/cm³. Granatgneis kann 27 % Granat und 35 % Sillimanit enthalten.

Das Gefüge reicht von fein- bis grobkörnig. Bei deutlich ausgebildeter Paralleltextur sind Kristalle in einer gemeinsamen Richtung angeordnet; man spricht von eingeregelten Kristallen. Das Gestein kann lagig-flaserig, grobschieferig und auffällig gebändert erscheinen. Manche Orthogneise besitzen dagegen nur schwache Texturmerkmale, relativ gleich große Kristalle oder eine Grundmasse mit geringer ausgeprägter Kristallinität.

Einteilung der Gneise

Gneise werden nach ihrer Mineralzusammensetzung, ihrem Gefüge, ihrem Ausgangsgestein und dem Grad der Metamorphose eingeteilt.

Nach den enthaltenen Mineralen unterscheidet man beispielsweise Biotitgneis, Muskovitgneis und Zweiglimmergneis, der beide Glimmerarten enthält. Hohe Anteile von Cordierit oder Hornblende führen zu den Bezeichnungen Cordieritgneis beziehungsweise Hornblendegneis.

Das Gefüge liefert weitere Namen. Beim Augengneis werden größere Mineraleinsprenglinge von einer feinkörnigeren Gesteinsmatrix umflossen. Flasergneis besitzt ein linienhaft-flaseriges und weniger flächenhaft-schieferiges Gefüge. Stark durchbewegte Schiefergneise beziehungsweise Glimmerschiefer werden unter der Sammelbezeichnung Gneisphyllite zusammengefasst.

Nach dem Ausgangsgestein, dem sogenannten Edukt, werden vor allem zwei Gruppen unterschieden:

• Orthogneise sind Umwandlungsprodukte feldspat- und quarzreicher magmatischer Gesteine wie Granit oder Granodiorit. Sie können polymetamorph sein, also mehrere Umwandlungen durchlaufen haben, und auch aus älteren Gneisen hervorgegangen sein.

• Paragneise entstehen aus Sedimentgesteinen wie Sandstein, Grauwacke, Arkose oder Tonschiefer. Deshalb enthalten sie oft mehr unterschiedliche akzessorische Minerale, also Nebengemengteile, als Orthogneise.

Migmatit oder Anatexit bildet einen Übergang von metamorphen Gneisen zu magmatischen Tiefengesteinen. Granitgneis, Syenitgneis und Geröllgneis unterscheiden sich von chemisch und mineralogisch gleichen metamorphen Gesteinen wie Metagranit vor allem durch ihr typisches schiefriges Gefüge. Nach Druck und Temperatur während der Entstehung werden außerdem Epi-, Meso- und Katagneise unterschieden.

Bildung der Paralleltextur

Das Schichtgefüge eines Gneises heißt Foliation. Es entsteht durch die Entmischung, auch Seigerung genannt, von Lagen aus hellen Feldspäten und Quarz einerseits sowie dunklen Mineralen andererseits. Ursache ist die unterschiedliche Plastizität der Minerale bei verschiedenen Temperaturen.

Schichtsilikate, besonders Biotit, richten sich bei tektonischer Belastung durch seitliche Neukristallisation bevorzugt flächig aus. Quarz und Feldspäte bleiben eher körnig. Die Lage der Schieferungsflächen entspricht der Richtung der maximalen tektonischen Scherkräfte. Diese Vorgänge erklären die für viele Gneise typische Schieferung und Bänderung.

Gneis als Naturstein

Im Natursteinhandel werden Gneise häufig als „Granit“ bezeichnet, weil beide Gesteinsgruppen sehr ähnliche technische Eigenschaften besitzen. Gneise nehmen jedoch durchweg mehr Wasser auf und weisen bessere Biegezugwerte auf. Sie lassen sich polieren und sind weitgehend frostbeständig. Feldspäte und Glimmer bestimmen hauptsächlich ihre Farbe, während Quarz für die Abriebfestigkeit wichtig ist. Lagenförmig angeordnete Schichtsilikate verleihen dem Gestein eine gute Spaltfähigkeit.

Für Erzgebirgs-Gneis werden folgende technisch-physikalische Werte angegeben: Reindichte 2,70–2,79 g/cm³, Rohdichte 2,65–2,72 g/cm³, Wasseraufnahme nach 72 Stunden Lagerung 0,4–1,3 M%, Drucktopffestigkeit 8–16 M% bei 5 mm Siebdurchgang, Abriebfestigkeit 17–24 M% bei 5 mm Siebdurchgang, Frostbeständigkeit 0,1–0,8 M% unter 2 mm nach 25-facher Frostung und Zylinderdruckfestigkeit 1.100 g/cm³.

Die technischen Unterschiede zwischen Para- und Orthogneisen sind gering. Bunte Gneise sind in der Regel Migmatite oder Orthogneise, graue Gneise meist Paragneise. Sehr helle, fast weiße, als Gneis bezeichnete Natursteine können auch Granulite sein.

Bekannte Handels- und Natursteinsorten sind unter anderem Hallandia, ein schwedischer Migmatit, Juparana Classico aus Brasilien, die indischen Orthogneise Mitternachtsblau und Orissa, der deutsche Steinbacher Augengneis, die italienische Paragneissorte Serizzo Antigorio sowie die Schweizer Sorten Calanca, Onsernone, Maggia, Soglio und Verde Andeer. Weitere Beispiele sind Branco Ipanema, ein Granulit aus Brasilien, der österreichische Stainzer Hartgneis und der Bittescher Granitgneis.

Auszeichnung

Der Berufsverband Deutscher Geowissenschaftler ernannte Gneis zum Gestein des Jahres 2015.