Gesteinsdichte

Ein Berg aus Kies

Die Dichte von Gestein gehört neben der Härte, der mineralischen Zusammensetzung, dem Gefüge (sichtbare Struktur), dem Glanz und der Elastizität zu den wichtigsten geologischen bzw. Werkstoffeigenschaften von Gesteinen.

Inhaltsverzeichnis

1 Grundlagen
2 Dichtemessung und Einfluss der Feuchtigkeit
3 Einige Dichtewerte und mögliche Abweichungen
4 Siehe auch
5 Weblinks
6 Andere Lexika

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1 Grundlagen

Die Dichte ist durch das Verhältnis der Masse m eines Körpers zu seinem Volumen V definiert:

rho = M / V (Masse pro Volumen).

Formelzeichen ist meist ρ (griechischer Buchstabe rho)

Tatsächlich sind aber Gesteine keine idealen homogenen Körper, sondern mehr oder minder porös und enthalten manchmal Wasser oder nehmen es auf. Im ersteren Falle ermittelt man eine Rohdichte, die von der (theoretischen) Reindichte des Gesteins abweicht. Im zweiteren Falle verfälscht die Messung das Ergebnis und das ist zu vermeiden. Hochporöse Gesteine wie auch Böden lassen sich schlecht im Originalzustand bergen (solche Proben nennt man Handstück), daher wird die Dichte nach Möglichkeit in situ gemessen, und die Geowissenschaften verwenden etliche spezielle Methoden. Dabei lassen sich nur Mittelwerte ermessen, da z.B. das Grundwasser auch Einfluss haben kann.

2 Dichtemessung und Einfluss der Feuchtigkeit

Bei Mineralen und Gesteinen kann die Dichte prinzipiell wie bei anderen Festkörpern bestimmt werden, indem die Masse durch eine feine Waage gemessen und das Volumen des Handstücks mittels der Wasserverdrängung festgestellt wird (Archimedisches Prinzip). Doch ist dabei rasch vorzugehen, damit nicht zu viel Wasser in die Poren des Gesteins eindringt und die Volumensmessung verfälscht.

In der Bohrloch-Geophysik bestimmt man – neben anderen Parametern – oft auch die Dichte mit dem Dichtelog DL (auch Density-Log oder Gamma-Log genannt), das auf der Messung von gestreuter, energiereicher Gammastrahlung beruht. Der nicht absorbierte Teil (siehe Compton-Effekt) wird zum Messgerät zurückgestrahlt. Die Methode ist nicht zu verwechseln mit dem ähnlich benannten Gammaray, das zur Sand-Ton-Unterscheidung dient.

Solche Schnellverfahren wären zwar für die Feldarbeit des Geologen nützlich, sind aber zu gefährlich oder zu teuer. Bisher muss die geologische Aufnahme meist auf in situ-Dichtebestimmungen verzichten.

In den Geowissenschaften wird die Gesteinsdichte entweder in g/cm³ angegeben oder in kg/m³ (was einen 1000mal höheren Wert bedeutet). So hat Granit – das häufigste Gestein der Erdkruste – eine Dichte von etwa 2,7 g/cm³ bzw. 2700 kg/m³.

Bei porösen Handstücken (insbesondere bei Sedimenten und bei Ton-Gesteinen) muss man – wie oben erwähnt – zwischen der Rohdichte (einschließlich der Hohlräume) und der Reindichte (Volumen ohne Hohlräume) unterschieden. Bei vielen Gesteinen und bei Bohrkernen ist außerdem zwischen bergfeuchtem und getrocknetem Zustand zu differieren. Die Trockendichte (die der Darrdichte bei Holz vergleichbar ist) kann z. B. nach Pulverisierung ermittelt werden.

3 Einige Dichtewerte und mögliche Abweichungen

Dichten ausgewählter Materialien (Durchschnittswerte; nach Handbuch „Hütte“, Geophysik L.Egyed u. a. Quellen)
Material	Dichte in g/cm³	Bemerkung
Bimssand, Bimskies	0,7–0,8
Sand (grubenfeucht)	1,2–1,5
Schotter/Kies	1,3–1,5	mittlere Korngröße
Kiessand	1,4–1,6
Tone	1,3–2,0	je nach Wassergehalt
Tonschiefer	1,8–2,8
Beton	1,8–2,4
Tegel (Wiener Becken)	1,9–2,2	je nach Tiefe und Alter
Graphit	2,25
Gips	2,3
Molasse (Schweiz)	2,42–2,67
Sandstein	2,35–2,7	Mittel 2,5; je nach Kompaktion
Quarzporphyr	2,59–2,67
Grauwacke	2,65–2,75
Tonschiefer	2,77–2,84
Granit ("sauer")	2,55–2,81	Standardwert: 2,67
Granodiorit	2,67–2,78	Mittelwert: 2,72
Quarzdiorit	2,68–2,96	Mittelwert: 2,81
Gneis	2,66–2,72
Syenit (intermediär)	2,65–2,85	Mittelwert: 2,75
Diorit	2,72–2,96	Mittelwert: 2,84
Gabbro ("basisch")	2,75–3,10	Mittelwert: 2,98
Kalkstein	2,45–2,80	Mittelwert: ~2,7
Marmor	2,62–2,84
Dolomit	2,3–2,95	Mittelwert: ~2,8
Basalt	2,9–3,15
Peridotit (ultrabas.)	3,15–3,28	Mittelwert: 3,23; oberer Mantel
Eisenoxid (Rost)	5,1
Dichtesprung Moho	2,8 auf 3,2/3,3	Kruste-Mantel-Grenze

Die tabellierten Werte sind nur als Richtwerte zu verstehen. Sie können in der Natur durch verschiedene Einflüsse variieren, wozu unter anderem gehören:

Porosität und Klüfte, Wassergehalt,
mineralische Beimengungen und Verunreinigungen, Mikro-Bewuchs
Unterschiede im Gefüge, Schieferung etc.,
Verwitterung, Dichtezunahme durch Kompaktion (Gebirgsdruck) usw.

Der in der Laborphysik meist beachtete Einfluss der Temperatur kann hingegen vernachlässigt werden, weil die natürliche Varianz der Dichte bei ein- und demselben Gestein eine Genauigkeit besser als etwa ±0,01 g/cm³ sinnlos macht. Noch weniger macht der (theoretische) Unterschied einer Wägung in Luft oder im Vakuum aus.