Gneis

Gneis ⓘ
Metamorphes Gestein
	Probe von Gneis mit "gneisischer Bänderung".

Gneis (/naɪs/) ist eine häufige und weit verbreitete Art von metamorphem Gestein. Gneis entsteht durch metamorphe Prozesse bei hohen Temperaturen und hohem Druck, die auf Formationen einwirken, die aus magmatischen oder sedimentären Gesteinen bestehen. Gneis bildet sich bei höheren Temperaturen und Drücken als Schiefer. Gneis weist fast immer ein gebändertes Gefüge auf, das durch abwechselnd dunkle und helle Bänder gekennzeichnet ist und keine ausgeprägte Spaltung aufweist. ⓘ

Gneise sind in der alten Kruste der Kontinentalschilde weit verbreitet. Einige der ältesten Gesteine der Erde sind Gneise, wie zum Beispiel der Acasta-Gneis. ⓘ

Gneissteinbruch am Rand des Pfälzer Waldes ⓘ

Der Hexenstein ist ein Gneisblock im Bodensee bei Lindau ⓘ

Die Gneise (alte sächsische Bergmannsbezeichnung aus dem 16. Jahrhundert, vielleicht zu althochdeutsch gneisto, mittelhochdeutsch ganeist(e), g(e)neiste „Funke“; bis in das frühe 19. Jahrhundert auch noch Gneus oder Geneus) sind metamorphe Gesteine mit Paralleltextur, die mehr als 20 % Feldspat enthalten. ⓘ

Beschreibung

Orthogneis aus der Tschechischen Republik ⓘ

Nach traditionellem englischem und nordamerikanischem Sprachgebrauch ist ein Gneis ein grobkörniges metamorphes Gestein, das eine Bänderung der Zusammensetzung (gneisische Bänderung), aber eine schwach entwickelte Schieferung und eine undeutliche Spaltung aufweist. Mit anderen Worten, es handelt sich um ein metamorphes Gestein, das aus Mineralkörnern besteht, die mit bloßem Auge leicht zu erkennen sind und deutliche Zusammensetzungsschichten bilden, aber nur eine schwache Tendenz zur Spaltung entlang dieser Schichten aufweisen. In Europa wird der Begriff allgemeiner für alle groben, glimmerarmen, hochgradig metamorphen Gesteine verwendet. ⓘ

Sowohl der British Geological Survey als auch die IUGS verwenden den Begriff Gneis als weit gefasste Texturkategorie für mittel- bis grobkörniges metamorphes Gestein, das eine schwach ausgeprägte Schieferung aufweist, mit einer Schichtdicke von über 5 Millimetern und einer Tendenz zur Aufspaltung in Platten von über 1 cm Dicke. Keine der beiden Definitionen hängt von der Zusammensetzung oder dem Ursprung ab, obwohl Gesteine, die arm an plattigen Mineralien sind, eher eine gneisige Textur aufweisen. Gneisige Gesteine sind also weitgehend rekristallisiert, enthalten aber keine großen Mengen an Glimmern, Chlorit oder anderen plattigen Mineralen. Metamorphes Gestein mit stärkerer Schieferung wird als Schiefer bezeichnet, während metamorphes Gestein ohne Schieferung als Granofels bezeichnet wird. ⓘ

Gneise, die metamorphisierte Eruptivgesteine oder deren Äquivalent sind, werden als Granitgneise, Dioritgneise und so weiter bezeichnet. Gneise können auch nach einem charakteristischen Bestandteil benannt werden, z. B. Granatgneis, Biotitgneis, Albitgneis usw. Orthogneis ist ein Gneis, der aus einem Eruptivgestein stammt, und Paragneis ist ein Gneis aus einem Sedimentgestein. Sowohl das BGS als auch das IUGS verwenden den Begriff Gneissose zur Beschreibung von Gesteinen mit der Textur von Gneis, obwohl auch der Begriff gneisisch gebräuchlich ist. So bezeichnen beispielsweise ein gneisartiger Metagranit oder ein gneisartiger Metagranit einen Granit, der metamorphisiert wurde und dadurch eine gneisartige Textur erhalten hat. ⓘ

Gneisische Bänderung

Reine Scherverformung von Gestein, die zu einer gneisigen Bänderung führt. Links oben ist das unverformte Gestein zu sehen, rechts oben das Ergebnis der reinen Scherverformung. Links unten ist die Streckungskomponente der Verformung zu sehen, die das Gestein in einer Richtung zusammendrückt und in der anderen streckt, wie durch die Pfeile dargestellt. Gleichzeitig wird das Gestein gedreht, um die endgültige Form zu erhalten, die unten rechts dargestellt ist. ⓘ

Die Mineralien im Gneis sind in Schichten angeordnet, die im Querschnitt als Bänder erscheinen. Dies wird als gneisische Bänderung bezeichnet. Die dunkleren Bänder enthalten relativ viele mafische Minerale (die mehr Magnesium und Eisen enthalten). Die helleren Bänder enthalten relativ viele felsische Minerale (Minerale wie Feldspat oder Quarz, die mehr der leichteren Elemente wie Aluminium, Natrium und Kalium enthalten). ⓘ

Die Bänder entstehen bei hohen Temperaturen, wenn das Gestein in einer Richtung stärker komprimiert wird als in anderen Richtungen (nichthydrostatische Spannung). Die Bänder entstehen senkrecht zur Richtung der stärksten Kompression, die auch als Verkürzungsrichtung bezeichnet wird, wenn plattige Minerale gedreht oder in parallele Schichten umkristallisiert werden. ⓘ

Eine häufige Ursache für nichthydrodynamische Spannungen ist, dass der Protolith (das ursprüngliche Gesteinsmaterial, das der Metamorphose unterzogen wird) einer extremen Scherkraft ausgesetzt wird, einer Gleitkraft, die dem Schieben der Oberseite eines Kartenspiels in eine Richtung und der Unterseite des Stapels in die andere Richtung ähnelt. Diese Kräfte dehnen das Gestein wie eine Plastikfolie aus, und das ursprüngliche Material wird in Schichten ausgebreitet. Nach dem polaren Zersetzungssatz entspricht die durch eine solche Scherkraft hervorgerufene Verformung einer Rotation des Gesteins in Kombination mit einer Verkürzung in einer Richtung und einer Ausdehnung in der anderen. ⓘ

Einige Bänder entstehen aus ursprünglichem Gesteinsmaterial (Protolith), das extremen Temperaturen und Druck ausgesetzt war und aus abwechselnden Schichten von Sandstein (heller) und Schiefer (dunkler) besteht, die sich in Bänder aus Quarzit und Glimmer verwandelt haben. ⓘ

Eine weitere Ursache für die Bänderbildung ist die "metamorphe Differenzierung", bei der verschiedene Materialien durch chemische Reaktionen in unterschiedliche Schichten aufgeteilt werden, ein Prozess, der noch nicht vollständig verstanden ist. ⓘ

Augengneis

Augengneis aus Leblon, Rio de Janeiro Stadt, Brasilien ⓘ

Augengneis ist ein durch Metamorphose von Granit entstandener Gneis, der charakteristische elliptische oder linsenförmige, scherungsgebundene Körner (Porphyroklasten), in der Regel Feldspat, enthält, die von feinkörnigerem Material umgeben sind. Das feinkörnigere Material verformt sich um die widerstandsfähigeren Feldspatkörner und erzeugt so diese Textur. ⓘ

Migmatit

Migmatit ist ein Gneis, der aus zwei oder mehr verschiedenen Gesteinsarten besteht, von denen eine das Aussehen eines gewöhnlichen Gneises (das Mesosom) und eine andere das Aussehen eines Intrusivgesteins wie Pegmatit, Aplit oder Granit (Leukosom) hat. Das Gestein kann auch ein Melanosom aus mafischem Gestein enthalten, das das Leucosom ergänzt. Migmatite werden häufig als teilweise aufgeschmolzenes Gestein gedeutet, wobei das Leukosom die kieselsäurereiche Schmelze darstellt, das Melanosom das nach dem teilweisen Aufschmelzen verbliebene feste Gestein und das Mesosom das ursprüngliche Gestein, das noch nicht teilweise aufgeschmolzen wurde. ⓘ

Vorkommen

Dunkle Stollen (jetzt blättrige Amphibolite), die den hellgrauen Lewis-Gneis des Scourie-Komplexes durchschneiden, beide verformt und durchschnitten von späteren (unblättrigen) rosa Granitstollen ⓘ

Kontakt zwischen einem dunkel gefärbten Diabas-Dike (etwa 1100 Millionen Jahre alt) und einem hellen migmatitischen Paragneis im Kosterhavet-Nationalpark auf den Koster-Inseln vor der Westküste Schwedens. ⓘ

Probe des Sete-Voltas-Gneises aus Bahia in Brasilien, dem ältesten Gestein in der Kruste Südamerikas, ca. 3,4 Milliarden Jahre alt (Archaikum) ⓘ

Gneise sind charakteristisch für Gebiete mit regionalem Metamorphismus, der die mittlere amphibolitische bis granulitische metamorphe Fazies erreicht. Mit anderen Worten: Das Gestein wurde bei einer Temperatur von über 600 °C (1.112 °F) und einem Druck von etwa 2 bis 24 kbar metamorphisiert. Viele verschiedene Gesteinsarten können zu Gneis metamorphisiert werden, so dass Geologen darauf achten, dem Namen eines Gneis Beschreibungen der Farbe und der Mineralzusammensetzung hinzuzufügen, wie z. B. Granat-Biotit-Paragneis oder grau-rosa Orthogneis. ⓘ

Granit-Grünsteingürtel

Kontinentalschilde sind Regionen mit freiliegendem Urgestein, die die stabilen Kerne der Kontinente bilden. Das in den ältesten Regionen der Schilde freiliegende Gestein, das aus dem Archaikum stammt (über 2500 Millionen Jahre alt), gehört meist zu den Granit-Grünsteingürteln. Die Grünsteingürtel enthalten metavulkanisches und metasedimentäres Gestein, das bei Temperaturen von 350-500 °C und Drücken von 200-500 MPa (2.000-5.000 bar) einen relativ milden Grad der Metamorphose durchlaufen hat. Die Grünsteingürtel sind von hochgradigen Gneisgebieten umgeben, die eine stark deformierte Niederdruck- und Hochtemperaturmetamorphose (über 500 °C) zur Amphibolit- oder Granulitfazies aufweisen. Diese bilden den größten Teil des freigelegten Gesteins in archaischen Kratonen. ⓘ

Gneisdome

Gneiskuppeln sind in orogenen Gürteln (Regionen mit Gebirgsbildung) häufig anzutreffen. Sie bestehen aus einer Gneiskuppel, die von jüngerem Granit und Migmatit durchdrungen und mit Sedimentgestein bedeckt ist. Sie wurden als geologisches Zeugnis zweier unterschiedlicher Gebirgsbildungsvorgänge interpretiert, wobei der erste das Granitfundament hervorbrachte und der zweite dieses Fundament verformte und aufschmolz, um die Kuppeln zu bilden. Bei einigen Gneiskuppeln kann es sich jedoch tatsächlich um die Kerne metamorpher Kernkomplexe handeln, d. h. um Regionen der tiefen Kruste, die während der Ausdehnung der Erdkruste an die Oberfläche gebracht und freigelegt wurden. ⓘ

Beispiele

Der Acasta-Gneis befindet sich in den kanadischen Nordwest-Territorien, auf einer Insel etwa 300 Kilometer nördlich von Yellowknife. Es handelt sich um eines der ältesten intakten Krustenfragmente der Erde, das vor 3,58 bis 4,031 Milliarden Jahren metamorphosiert wurde. ⓘ

Der Lewis-Gneis findet sich auf den Äußeren Hebriden in Schottland, auf dem schottischen Festland westlich der Moine-Überschiebung und auf den Inseln Coll und Tiree. Diese Gesteine sind größtenteils magmatischen Ursprungs, vermischt mit metamorphosiertem Marmor, Quarzit und Glimmerschiefer mit späteren Intrusionen von Basaltstollen und Granitmagma. ⓘ

Der Morton-Gneis ist ein Gneis aus dem Archaikum, der im Minnesota River Valley im Südwesten von Minnesota in den Vereinigten Staaten aufgeschlossen ist. Er gilt als der älteste intakte Block kontinentaler Kruste in den Vereinigten Staaten. ⓘ

Der Peninsular Gneiss ist eine Abfolge archaischer Gneise, die im gesamten Indischen Schild zu finden sind und deren Alter zwischen 3400 und 2500 Millionen Jahren liegt. ⓘ

Etymologie

Das Wort Gneis wird im Englischen seit mindestens 1757 verwendet. Es ist dem deutschen Wort Gneis entlehnt, das früher auch Gneiss geschrieben wurde und sich wahrscheinlich vom mittelhochdeutschen Substantiv gneist "Funke" ableitet (so genannt, weil das Gestein glänzt). ⓘ

Verwendungen

Gneis wurde als Baumaterial verwendet, wie z. B. der fazoidale Gneis, der in Rio de Janeiro in großem Umfang verwendet wird. Gneis wurde auch als Zuschlagstoff für Asphaltbeläge verwendet. ⓘ

Entstehung, Vorkommen und Zusammensetzung

Gneise entstehen durch Metamorphose, d. h. Umwandlung von Gestein unter hohem Druck und bei hohen Temperaturen. Das Ausgangsmaterial wird von vielen Gesteinsschichten überlagert. An die Oberfläche kommt Gneis folglich nur dann, wenn entweder das überliegende Material erodiert ist oder ehemals tiefliegende Schichten durch Tektonik an die Oberfläche gehoben wurden. ⓘ

Gneise sind weltweit verbreitet und finden sich häufig in den alten Kernen (Kratonen) der Kontinente, wo sie durch tiefreichende Erosion freigelegt wurden. In der Regel haben diese Gesteine seit ihrer Entstehung mehrere Phasen der Umwandlung (Regionalmetamorphosen) mitgemacht. Sie bilden die ältesten Gesteinsformationen der Erde, beispielsweise den Acasta-Gneis aus dem Hadaikum (4.030 mya) im westlichen Kanadischen Schild und den Gneise enthaltenden Nuvvuagittuq-Grünsteingürtel im östlichen Kanadischen Schild. Gneise treten auch in den Kristallinzonen jüngerer Faltengebirge auf, z. B. im Tauernfenster in den Zentralalpen. ⓘ

Die Zusammensetzung der Gneise hängt vom Ausgangsgestein ab: Die wichtigsten Minerale im Gneis bilden sich nicht während der Metamorphose, sondern sind schon im Ausgangsmaterial vorhanden. Gneise bestehen hauptsächlich aus den in der folgenden Tabelle aufgeführten Mineralbestandteilen (in %). ⓘ

Gneis-Varietät	Quarz	Kalifeldspat	Plagioklas	Biotit	Muskovit	Cordierit	Granat	Sillimanit	andere	Dichte (g/cm³) ⓘ
Granodioritgneis	30	8	38	9					1	2,73
Graugneis	33	3	37	17	9				1	2,71
Biotit-Plagioklasgneis	31	4	38	14	12				1	2,70
Langflasriger Rotgneis	39	27	25	2	6				1	2,67
Dünnplattiger Rotgneis	43	29	13	1	12				2	2,63
Quarzaugengneis	41	13	28	5	12				1	2,65
Aplitgneis	44	11	29		15				1	2,64
Plattiger, feinkörniger Paragneis	14		22	18	40				6	2,70
Schichtiger Zweiglimmergneis	16		31	31	20				2	2,68
Metatektischer Graugneis	29	1	66	1	2				1	2,72
Cordieritgneis	20		25	40		13			2	2,74
Sillimanitgneis	14	18	1	26	14	14	4	20	6
Granatgneis	13	7	3	6			27	35	6

Das Gefüge schwankt zwischen fein- und grobkörnig bei mitunter gut sichtbarer Paralleltextur. Im letzteren Fall spricht man von eingeregelten Kristallen. Das Gestein kann dann lagig-flaserig bis grobschieferig und oft auffällig gebändert erscheinen. Im Gegensatz dazu gibt es Orthogneise mit schwach ausgebildeten Texturmerkmalen und relativ gleichmäßigen Kristallgrößen oder in der Grundmasse nur gering ausgeprägter Kristallinität. ⓘ

Einteilung

Augengneis. Rio de Janeiro, Brasilien ⓘ

Gneise unterscheiden sich in ihrer mineralischen Zusammensetzung, in ihrem Gefüge und in ihrer Genese (Entstehungsgeschichte). ⓘ

Mineralogisch unterscheiden sich die Gneise nach Art der vorhandenen Minerale. Unterschieden nach verschiedenen Glimmern kennt man zum Beispiel den Biotitgneis, den Muskovitgneis oder den aus beiden genannten Glimmern bestehenden Zweiglimmergneis. Bei hohen Anteilen von Cordierit oder Hornblende spricht man von Cordieritgneis oder Hornblendegneis. ⓘ

Unabhängig davon kann man Gneise auch auf Grund ihres Gefüges unterscheiden: so kennt man Augengneise, wenn eine feinkörnigere Gesteinsmatrix größere Mineral-Einsprenglige „umfließt“ oder Flasergneise, wenn das Gefüge linienhaft-flaserig entwickelt ist und weniger flächenhaft-schiefrig. Oft sind Gneise deutlich gebändert. ⓘ

Stark durchbewegte Schiefergneise (Glimmerschiefer) werden unter der Sammelbezeichnung Gneisphyllite zusammengefasst. ⓘ

Üblich ist darüber hinaus eine Unterscheidung der Gneise nach ihren Ausgangsgesteinen (Edukten). ⓘ

Orthogneise stellen das metamorphe Umwandlungsprodukt von feldspat- und quarzreichen magmatischen Gesteinen wie z. B. Granit oder Granodiorit dar. Oftmals haben sie aber bereits mehrere Gesteinsumwandlungen durchgemacht (Polymetamorphose) und entstanden aus bereits vorliegenden Gneisen. ⓘ

Paragneis, Serizzo ⓘ

Paragneise entstehen durch die Umwandlung von Sedimentgesteinen (Sandsteinen, Grauwacken, Arkosen und Tonschiefer) und weisen deshalb oft eine größere Vielfalt von akzessorischen Mineralen (Nebengemengeteile) auf als die Orthogneise. ⓘ

Einen Übergang von den metamorphen Gneisen zu den magmatischen Tiefengesteinen stellt der Migmatit oder Anatexit dar. ⓘ

Granitgneis, Syenit- oder Geröllgneis unterscheiden sie sich von chemisch und mineralogisch identischen metamorphen Gesteinen (wie Metagranit etc.) nur durch ihre typisches, schiefriges Gefüge. Gneise werden auch nach dem Grad ihrer Metamorphose als Epi-, Meso- oder Katagneis unterschieden. Je höherer Druck und höhere Temperaturen herrschten bei ihrer Entstehung. ⓘ

Das Schichtgefüge (Foliation) der Gneise entstehen durch Entmischung (Seigerung) von Lagen aus hellen Feldspäten, Quarz und dunklen Mineralen. Dies geschieht wegen der unterschiedlichen Plastizität bei unterschiedlichen Temperaturen. Schichtsilikate (insbesondere Biotit) neigen dazu, sich unter tektonischer Belastung durch seitliche Neukristallisation flächig einzuregeln. Quarz und Feldspäte bleiben eher körnig. Die räumliche Lage der Schieferungsflächen entspricht dabei der Richtung der maximalen tektonischen Scherkräfte. ⓘ

Gneis als Naturstein

Eigenschaften

Beispiele für Gefügebilder von Gneisen (poliert) aus den Penninischen Decken zwischen Locarno und Domodossola ⓘ

Oftmals werden Gneise auch als „Granit“ gehandelt, da sie sehr ähnliche technische Eigenschaften wie diese Gesteinsgruppe aufweisen. Sie haben allerdings eine durchwegs höhere Wasseraufnahme und bessere Biegezugwerte. Sie sind als Natursteine polierfähig und weitgehend frostbeständig. Die Feldspäte und Glimmer bestimmen die Farbe, und Quarz bestimmt die Abriebfestigkeit der Gneise. Schichtsilikate verleihen den Gneisen ihre gute Spaltfähigkeit, wenn sie lagenförmig im Gestein auftreten.
Wesentliche technisch-physikalische Parameter sind in der folgenden Tabelle am Beispiel von Erzgebirgs-Gneis zusammengefasst. ⓘ

Reindichte (g/cm³)	Rohdichte (g/cm³)	Wasseraufnahme (M% _{n. 72 h Lagerung})	Drucktopffestigkeit (M%) _{5 mm Siebdurchgang}	Abriebfestigkeit (M%) _{5 mm Siebdurchgang}	Frostbeständigkeit (M%) _{< 2 mm n. 25facher Frostung}	Zylinderdruckfestigkeit (g/cm³) ⓘ
2,70–2,79	2,65–2,72	0,4–1,3	8–16	17–24	0,1–0,8	1.100

Die technischen Unterschiede zwischen Para- und Orthogneisen sind minimal. In aller Regel sind die bunten Gneise entweder Migmatite oder Orthogneise, und die grauen Gneise sind Paragneise. Die hellen (fast weißen) „Gneise“ können auch Granulite sein. ⓘ

Bekannte Natursteinsorten

Hallandia (Migmatit aus Schweden) ⓘ

Hallandia, Migmatit (Schweden), Halmstad
Juparana Classico, Orthogneis (Brasilien, Rio de Janeiro)
Mitternachtsblau, Orthogneis (Indien)
Orissa, Orthogneis (Indien)
Steinbacher Augengneis, Orthogneis (Deutschland, Steinbach)
Serizzo Antigorio, Paragneis (Italien, Piemont, Valle Antigorio)
Calanca, Paragneis (Schweiz/Kt. Graubünden, Calanca-Tal)
Onsernone, Paragneis (Schweiz/ Kt. Tessin, Onsernone-Tal)
Maggia, Paragneis (Schweiz/ Kt. Tessin, Maggia-Tal)
Soglio, Paragneis (Schweiz, Soglio)
Branco Ipanema, Granulit (Brasilien, Espirito Santo)
Stainzer Hartgneis (Österreich, Stainz)
Verde Andeer (Schweiz/Kt. Graubünden, Andeer)
Bittescher Gneis, Granitgneis, Österreich ⓘ

Sonstiges

Der Berufsverband Deutscher Geowissenschaftler hat den Gneis zum Gestein des Jahres 2015 ernannt. ⓘ