Die Schichtung (auch Stratifikation genannt) ist eines der auffälligsten Merkmale von Sedimentgesteinen, die in der Regel aus übereinander gelagerten Schichten (Strata genannt) bestehen.
Jede Schicht zeichnet sich durch ihre eigene Lithologie (Zusammensetzung), ihre Sedimentstrukturen, ihre Korngröße und ihren Gehalt an Fossilien aus, die sie einzigartig machen und von den Schichten unterscheiden, die über und unter ihr liegen. Jede Schicht stellt ein Ereignis dar, einen Moment in der geologischen Zeit, als chemische, biologische und physikalische Bedingungen zur Ablagerung einer bestimmten Gesteinsschicht führten. Ein Ereignis in den Sedimentaufzeichnungen kann Tausende von Jahren (z. B. die langsame Ablagerung einer Tonschicht auf dem Meeresboden) oder nur wenige Minuten (z. B. die schnelle Ablagerung eines Turbidits) gedauert haben. In jedem Fall betrachten wir bei der Betrachtung einer Schichtenfolge die Abfolge der Ereignisse, die sich in einem Sedimentbecken im Laufe der geologischen Zeit ereignet haben.
Horizontale Schichten in der Quebrada de Cafayate (Argentinien). Foto © travelwayoflife (Flickr)
Im Jahr 1669 entwickelte der dänische Wissenschaftler Niels Stensen (latinisiert als Nicolaus Steno) die Prinzipien, die beschreiben, wie sich Schichten entwickeln, und legte damit den Grundstein für die moderne Stratigraphie (der Zweig der Geologie, der sich mit Schichten beschäftigt). Die modernen Prinzipien der Stratigraphie sind eine Ableitung der ursprünglichen, von Steno definierten Prinzipien. Demnach befinden sich jüngere Schichten an der Spitze, während ältere Schichten an der Basis von Sedimentabfolgen vorkommen (Prinzip der Überlagerung), Schichten lagern sich als horizontale Schichten ab (Prinzip der ursprünglichen Horizontalität) und sind seitlich im gesamten Sedimentbecken kontinuierlich (Prinzip der Schichtkontinuität). Wenn Schichten von etwas anderem durchschnitten werden (z. B. von Ebenen sekundärer Schieferung), muss das querschneidende Element notwendigerweise jünger sein als die Schichten (Prinzip der querschneidenden Beziehungen).
Diese Prinzipien sind nützlich bei der Untersuchung von Gesteinsschichten, die in Orogene eingebunden sind. Gekippte Schichten (wie auf den Fotos oben und unten) sind das Ergebnis tektonischer Kräfte, die ursprünglich flach liegende Schichten falten, quetschen und kippen (gemäß dem Prinzip der ursprünglichen Horizontalität). Es ist auch möglich, in deformierten Gebieten umgestürzte Schichten zu finden, also horizontale Schichten, die auf dem Kopf stehen. Fossilien und Sedimentstrukturen können dem aufmerksamen Geologen verraten, dass die jüngsten Schichten unten und die ältesten oben liegen und somit das Prinzip der Überlagerung nicht eingehalten wird.
Schräg liegende Schichten an der Südwestseite des Monte Pelmetto (Dolomiten, Italien). Diese Schichten lagen ursprünglich waagerecht und wurden während des Aufbaus der Alpen gekippt. Foto © Richard Jones (Flickr)
Das Prinzip der Schichtkontinuität ermöglicht es, Schichten miteinander in Beziehung zu setzen, die in verschiedenen Gebieten aufgeschlossen sind und weit voneinander entfernt liegen. Berühmte Beispiele für die Anwendung dieses Prinzips sind das Grand-Canyon-Gebiet und Nord-Arizona im Allgemeinen, wo ursprünglich zusammenhängende Schichten nach Millionen von Jahren der Erosion voneinander getrennt wurden. Die sorgfältige Untersuchung der in verschiedenen Gebieten aufgeschlossenen Sedimentabfolgen ermöglichte es, die gesamte stratigraphische Abfolge des Colorado-Plateaus zu rekonstruieren, und zwar auf der Grundlage der Analyse zahlreicher Aufschlüsse in mehreren Gebieten.
Die im Westen, Osten und am Merrick Butte im Monument Valley (Arizona) aufgeschlossenen Schichten waren einst miteinander verbunden und sind nun nach Millionen von Jahren der Erosion getrennt. Foto © Christoph Grützner (Imaggeo)
Das letzte Beispiel zeigt die Anwendung des Prinzips der Querschnittsbeziehungen. Die Schichtung auf dem Foto unten wird durch den vertikalen (d.h. gekippten!) Kontakt zwischen Quarzit (rechts) und Schiefer (links) dargestellt. Die ebenen, nach links geneigten Flächen, die meist im Schiefer ausgebildet sind und die Schichtung durchschneiden, sind keine Schichten. Es handelt sich um metamorphe Schichtung, die sich nach der Ablagerung dieser Gesteine entwickelt hat.
Kontakt zwischen Quarzit und Schiefer im Präkambrium von Wisconsin, USA. Die Schichtung ist vertikal und die Schieferung, die im Schiefer gut entwickelt ist, fällt nach links ein. Foto © James St. John (Flickr)
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Schichtebenen Informationen über frühere Umgebungen und deren Veränderungen im Laufe der Zeit enthalten. Gefaltete, gekippte und verkrümmte Schichtflächen sind nützliche Marker, die es ermöglichen, Deformationsstrukturen in Gesteinen zu untersuchen.