Geologie in Germany: 2007

Donnerstag, 5. Juli 2007

Verkieselung (Silifikation)

s.o. Ausschnittvergrößerung

(c) Rachaimer
Feuerstein
Scheibenkreide
Rügen
Sammlung georolf

Eine der möglichen Erhaltungszustände von Fossilien ist die Verkieselung (Silifikation), nicht zu verwechseln mit der Verkiesung (Pyritisierung). Bei der Verkieselung ersetzt Kiselsäure (Siliziumdioxyd-Hydrat, amorphe Kieselsäure, als Konkretion auch als Feuerstein bezeichnet) die eigentliche Substanz des Fossils. Dies kann nicht nur bei tierischen, meist kalkigen Hartteilen geschehen, sondern es können auch Hölzer verkieselt werden (Petrified Forrest in Arizona). Bei der Verkieselung können sehr feine Details erhalten werden. Auch auf die Präparation wirkt sich die Verkieselung günstig aus, wenn das Fossil in säurelöslichem Kalk vorliegt: Kieselsäure ist gegen Säuren beständig, wird allerdings von Alkalien angegriffen.
Bei der Verkieselung wird während der Diagenese z. B. die Kalksubstanz eines Gehäuses durch Kieselsäure verdrängt, die meist aus Schwammnadeln von Kieselschwämmen stammt und durch zirkulierende Lösungen transportiert wird. Dort wo diese Lösungen zutreten, können sich ringförmige Strukturen, die sog. "Silifikationsringe" bilden (s. Bild: Ausschnittsvergrößerung).
Berühmt sind die "Nattheimer Korallen" für ihre Verkieselung und die damit mögliche Präparation mit ca. 10%iger Salzsäure (oder besser noch Essig- oder Chloressigsäure).
Wichtig ist, dass diese chemische Präparation in Stärke und Geschwindigkeit dem Verkieselungsgrad angepasst wird. Kompakte, gut verekieselte Fossilien können kräftig geätzt werden, feine, kaum verkieselte Fossilien nur sehr vorsichtig.
Dabei sind deren freigeätzen Teile durch Wachs zu schützen. Dieses Wachs kann abschließend dann in heißem Wasser (und wässern muss man immer gründlich) "ausgeschmolzen" werden. Das flüssige Wachs sammelt sich dann an der Wasseroberfläche und kann nach dem Erkalten abgenommen werden.

Sonntag, 15. April 2007

Aktuopaläontologische Betrachtung

Die oben abgebildete Vogelmumie fand ich am trockengefallenen Ufer eines Etangs Pfingsten 2006. Sie zeigt typische Merkmale, wie sie auch bei einigen Wirbeltierfossilien, insbesondere Krokodile (Stenosaurus) oder bei Flugsauriern beobachtet werden können:
Durch die Austrocknung verkürzen sich die Sehnen, sodass sich die Halswirbelsäule in typischer Weise zurückbiegt. Durch Trocknung und Salzaufnahme ist das Fleisch teilweise konserviert, sodass im Falle rascher Überdeckung durch Sediment eine "Weichteilerhaltung" möglich wäre. Die Knochen befinden sich noch weitgehend im Verband, wenn auch nicht mehr in "Lebendstellung". Die Luftröhre ist herausgetrennt, die Körperhöhle eröffnet. Wenn man diese Erhaltung mit derjenigen z.B. des Archaeopterix oder des Stenosaurusskeletts von Holzmaden (im Landesmuseum Stuttgart) vergleicht, so findet man deutliche Parallelen.

Sonntag, 1. April 2007

Kalksinter

Im ersten Bild wird Kalksinter in einer Höhle gezeigt. Durch Abgabe von Kohlenstoff(IV)oxid (CO2) an die Höhlenluft scheidet das sehr harte, d.h. kalkhaltige Karstwasser Kalk ab. Es bilden sich kleine Sinterwannen, die durch Sinterleisten getrennt sind, in sich wiederholender ähnlicher Anordnung.
Im unteren Bild ist die Kalkabscheidung "im Eilzugtempo" durch das Erhitzen von hartem, sehr kalkhaltigem Wasser gezeigt. Durch das Erhitzen des Wassers wird die Löslichkeit des Kohlenstoff(IV)oxidgases vermindert, sodass es zur Kalkabscheidung kommen muss. Kesselstein stört den Wärmeübergang, führt zu übermäßigem Energieverbrauch und Verschleiss.
In beiden Fällen führt also die Störung eines sich im Carbonatgleichgewicht befindlichen Wassers durch Entzug von Kohlenstoff(IV)oxid zur Kalkabscheidung. Es ist dies die Umkehrung des Verkarstungsvorgangs.

Samstag, 24. März 2007

Verwitterung

Der rote Vogesensandstein (Hauptbuntsandstein) ist durch Verwitterung stark angegriffen. Besonders saure Rauchgase (Schwefeldioxid, Stickoxide), Salze, organische Säuren, aber auch Kohlendioxid machen dem porösen Sandstein zu schaffen. Mit Säuren und Salzen befrachtetes Niederschlagswasser dringt in den Sandstein und zerstört einerseits das Bindemittel, andererseits kommt es zur kapillaren Wanderung von Salzlösungen auch nach außen, wenn der Stein trocknet. Verdunstet das Wasser, bleiben die Salze zurück, wobei es bei der Kristallisation zur Sprengung des Gesteins kommen kann.
In dem hier abgebildeten Beispiel hat der Sandstein im Inneren seine Festigkeit durch die Zerstörung des eisenoxidhaltigen Bindemittels verloren, aber ausßen hat sich eine Kruste gebildet, die teilweise abgeplatzt ist. Braune Patina auf der Statue ist auf Schmutz und Eisenoxidhydratablagerung zurückzuführen.

Literatur:
DIETMAR REINSCH:
Natursteinkunde
Eine Einführung für Bauingenieure, Architekten, Denkmalpfleger und Steinmetze
Enke Verlag Stuttgart 1991

Dienstag, 13. März 2007

Vanadinit

Vanadinit ist ein Chlorid haltiges Bleivanadat Pb5[Cl/(VO4)3]. Beimengungen von Phosphor und Arsen sind möglich.

Mineralfarbe gelb, braun, orange; Strich weiß; nahezu opak; Diamant- und Fettglanz; H 3; D 6,7 -7,1.
Vorkommen: Oxidationszone von Blei/Zink-Lagerstätten, besonders im Kalkgestein. Wichtiges Vanadiumerz.

Literatur:
H.J. RÖSLER: Lehrbuch der Mineralogie
VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie
1. Aufl. Leipzig 1979

Donnerstag, 8. März 2007

Ätzwannen und Karren

Es handelt sich um Korrosionsformen auf nacktem Kreidekalk. Das abrinnende Niederschlagswasser hat die nackte Gesteinsfläche angeätzt und Rinnenkarren (Firstkarren) gebildet. In das Gestein wurden zudem regelrecht Wannen von mehreren dm Größe geätzt. In diesen Wannen hat sich stellenweise Kiefernstreu gefangen.
Karren entstehen durch Kalklösung (Verkarstung) und zählen zu den primären Karstformen. Der Prozess der Verkarstung beruht darauf, dass das Kalkgestein durch Kohlenstoff(IV)oxid reiches Wasser in das zehnmal besser lösliche Calciumhydrogencarbonat überführt wird.

Literatur:

HERBERT LOUIS
Allgemeine Geomorphologie
Lehrbuch der Allgemeinen Geographie
Bd.1 3. Auf. Berlin 1968

Dienstag, 6. März 2007

Dactylioceraten des Unteren Toarciums

Eine wichtige und leitende Ammonitengattung im Unteren Toarcium ist die Gattung Dactylioceras. Man spricht geradezu von Dactylioceratenschichten.

Das oberste Bild zeigt einen solchen Ammoniten, wie er normalerweise in der feinlaminierten, bituminösen Tonmergelfazies des Unteren Toarciums vorkommt. Der Ammonit ist - flach auf dem Sediment liegend - eingebettet worden. Bei der Kompaktion und Entwässerung des ursprünglichen Tonschlamms der im Zuge der Diagenese stattfand, wurde das Volumen auf ca. 5% des Ursprungsvolumens komprimiert. Das Gehäuse ist deshalb völlig plattgedrückt und die Kalkschale weggelöst. Es ist nur noch eine dünne Haut von Conchyolin und Pyrit erhalten.

Im zweiten Bild ist ein körperlich erhaltener Dactylioceras aus Franken gezeigt. Es handelt sich bei dem Gestein um einen Schaumkalk. Die Fossilien sind als Steinkerne erhalten.

Der Erhaltungszustand ist also stark von der Art des Sediments abhängig, in dem das Fossil eingebettet wird.

Im dritten Bild liegt die für den "Ölschiefer" des Unteren Toarciums typische Erhaltung vor. Die Einbettungslage ist jedoch sehr ungewöhnlich: Der Ammonit ist beim Absinken auf den Meeresgrund schräg im Sediment stecken geblieben und so eingebettet worden. Durch die Kompaktion wurde das Gehäuse stark geschert.

Im vierten Bild ist die Schale eines Dactylioceraten stückweise eingelagert. Es handelt sich um einen Fraßrest: Ein Fisch oder Saurier hat einen Dactylioceraten gefressen, indem er das Gehäuse zerknackte und die Weichteile verschlang. Die Scherben des Gehäuses wurden deshalb zerstreut.
Da es am Grund des "Ölschiefermeeres" kaum Bodenleben gab (Sauerstoffmangel), handelt es sich um Reste, die aus dem oxischen Bereich stammen. Hätte z.B. ein Krebs einen solchen Ammoniten gefressen, so wäre die Schale nicht zerknackt, sondern regelrecht aufgeschnitten. Solche Stücke sind bekannt.

Literatur:

GEYER, GWINNER:
Einführung in die Geologie von Baden-Württemberg
Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung Stuttgart
1. Aufl. 1964

FLEIßNER, RÖDIGER:
Das ewige Meer
Franckh'sche Verlagshandlung
Stuttgart 1984

RUDOLF SCHLEGELMILCH:
Die Ammoniten des süddeutschen Lias
Gustav Fischer Verlag
Stuttgart 1976

Sowie mündl. Mitteilungen des geol.-pal. Präparators FRITZ LÖRCHER

Montag, 5. März 2007

Stylolithen

Stylolithen bilden sich durch chemische Auflösung des festen Kalkgesteins durch Drucklösung. Der tonige Lösungsrückstand bildet ein dünnes Häutchen, das das Gestein in zapfenartige Strukturen trennt. Vertikalstylolithen verzahnen Schichten miteinander. Im Anschliff des Querschnitts durch Stylolithen zeigen sich stark gezackte, nahezu fraktale Linien, die man wegen ihrer Ähnlichkeit mit den Schädelnähten (Suturen) als Drucksuturen bezeichnet. Schön zu sehen ist dies häufig beim "Juramarmor" aus dem man Fensterbänke fertigt. GEORG WAGNER hat die Bildung der Stylolithen schön beschrieben.

Literatur:

WAGNER, G.: Einführung in die Erd- und Landschaftsgeschichte unter besonderer Berücksichtigung Südwestdeutschlands
2. Aufl. Öhringen 1950

MURAWSKI, H.: Geologisches Wörterbuch
6. erg. und erw. Aufl. Enke Stuttgart 1972

Ölschiefer

Der "Ölschiefer" ist genau genommen ein feinlaminiertes bituminöses Tonmergelgestein. Stratigraphisch gehört es zum Toarcium (Lias epsilon).

Es verwittert an der Erdoberfläche über verschiedene Zwischenstadien:

Zuerst wird der an sich recht feste Schiefer durch Oxidation und Hydration aufgelockert. Seine ursprünglich grauschwarze Farbe (durch Kerogen und Pyrit) wird deutlich heller. Er verändert sich zu einem Material, wie auf den Bildern zu sehen ist, das sich wie feuchte Kartonlagen verhält: es biegt sich unter Belastung durch und verliert dabei manchmal die ursprünglich horizontale Lagerung. Die Franzosen bezeichnen solche Schichten, die auch in den Cevennen (z.B. Truc de Balduc) vorkommenden laminierten bituminösen Tonmergel (unteres Toarcium) als "shistes carton".
Der Schiefer zerfällt zu feinen Plättchen, die bei weiterer Verwitterung durch Hydration und die Bildung neuer Tonmineralien zu einem schweren, fetten Lehm umgewandelt werden. Die entstehenden Lehmböden dienen meist dem Ackerbau (z.B. bei Dormettingen oder Leidringen).

Samstag, 3. März 2007

Gagat

Gagat (Jett) ist eine Pechkohlenart, die unter anaeorben Bedingungen aus Treibholz entstehen kann.

Im Liasmeer wurde wärend des Unteren Toarciums (Lias epsilon) Treibholz abgelagert, welches vom nahen Festland stammte, und unter Luftabschluss zu Pechkohle (Gagat) umgewandelt. Am Grunde dieses Meeres herrschten anaerobe bis disaerobe Verhältnisse, sodass die organische Substanz nicht mineralisiert wurde, sondern sich in Form von Kohle erhielt, die einen hohen Anteil an flüchtigen Bestandteilen aufweist. Beim Inkohlungsprozess kam es zum Schwund. Die entstehenden Schwundrisse wurden durch helle Mineralien (Calcit, Baryt) verfüllt.
Gagat zeigt im Anschliff ein warmes, leicht bräunliches Schwarz. In England wurde er unter dem Namen Jett zu Schmuck verarbeitet. Die besten Qualitäten kamen aus Wittby in Yorkshire.

Prähistorische Verarbeitung von Gagat ist belegt, in der Bronzezeit wurden Ornamente daraus hergestellt und in römischen Schreiben wird er erwähnt.
Im Mittelalter fertigte man daraus Kreuze und Rosenkränze. In der Elisabethanischen und Viktorianischen zeit war Jettschmuck sehr beliebt.

Literatur: beyars.com

Samstag, 24. Februar 2007

Dolinen und Erdfälle, typische Karstformen

Durch Lösung des im Untergrund anstehenden Muschelkalks bildete sich eine Doline. Der anstehende untere Keuper (Lettenkeuper) senkte sich mit ein, sodass eine Hohform entstand, die auch als Erdfall bezeichnet wird.

Es handelt sich um eine Lösungsdoline, die dadurch entstand, dass Oberflächenwasser im wasserwegsamen Untergrund im Kalk versank (häufig an einem Kluftkreuz). Dabei kam es zur Lösung des Kalks und Lösungsrückstände (tonig-lehmig) blieben übrig. Diese sammelten sich in der sich bildenden Doline und speicherten Feuchtigkeit, sodass sich durch die dadurch verstärkte Kalklösung allmählich einen Trichter bildete, der sich mit eingeschwemmtem Lösungsrückstand teilweise füllte. Die Doline entwässerte nach unten ins Karstgefäß.
Auf dem Bild, das einen Längsschnitt durch eine Lösungsdoline zeigt sieht man die Trichterform, sowie das gebildete und eingeschwemmte tonig-lehmige Material. Die starke Zerklüftung des Kalks direkt im unteren Bereich der Doline machte den Kalk wasserwegsam ließ einst das Wasser in den Untergrund abfließen.

Bei Steinbrucharbeiten wurde die Doline "halbiert". Im aufgelassenen Steinbruch ist sie als Naturdenkmal geschützt. (Heidenheim Schnaitheim am Moldenberg, ehem. Steinbruch Kraft)

Montag, 5. Februar 2007

Tropfsteinbildung

Wenn ein Höhlensystem ganz oder teilweise trockenfällt, so kommt es dann zur Tropfsteinbildung, wenn durch Deckenrisse kalkgesättigtes Karstwasser austritt. Durch Abgabe von Kohlendioxid an die Höhlenluft wird das Löslichkeitsprodukt des Calciumcarbonats überschritten und es scheidet sich Kalk ab.
Ein ähnlicher Vorgang ist im Wasserkocher zu beobachten, wenn hartes Leitungswasser erhitzt wird: Es kommt zur Kalkabscheidung (in diesem Falle "Kesselstein" genannt).

In Höhlen führt die langsame, aber stetige Kalkabscheidung zur Bildung von Tropfsteinen. Deckentropfsteine (Stalaktiten) haben meist einen inneren, mehr oder minder feinen Kalnal, durch den Wasser sickert, und davon ausgehend radialstrahlige Calcit- oder Aragonitkristalle.
Stalaktiten besitzen einen großen Formenreichtum: Dünne "Makkaroni" können zu tausenden von Höhlendächern hängen, "normale" Tropfsteine treten häufig auf, seltener sind jedoch Excentriques, die teilweise nach den Kristallrichtungen des Calcits oder Aragonits wachsen, teilweise total wirr erscheinen. Blumenkohlartige Gebilde (Blumenkohlsinter) treten ebenfalls auf.
Wenn sich die Deckentropfsteine mit den ihnen entgegenwachsenden Bodentropfsteinen (Stalagmiten) vereinigen, entstehen Tropfsteinsäulen.

Die Bildung der Tropfsteine dauert sehr lange, sodass ein Tropfstein viele Jahrtausende alt sein kann. Auch unter Betonbrücken oder in Betonabwasser- oder Kabelkanälen kann man manchmal die Bildung von "Makkaroni" oder Sinter beobachten, wenn man das Alter dieser Bauwerke kennt, kann man die Wachstumsrate dieser "Tropfsteine" abschätzen.

Schauhöhlen und andere geologische Denkmale finden Sie für Baden-Württemberg in:

THOMAS HUTH: Erlebnis Geologie
Besucherbergwerke, Höhlen, Museen, Lehrpfade in Bden-Württemberg
LRGB Baden-Württemberg Freiburg 2002
ISBN 3-00-009566-7

Montag, 29. Januar 2007

Kalksinterbildung

Kalksinter bildet sich aus Karstwässern, die einen hohen Gehalt an gelöstem Calciumhydrogencarbonat aufweisen. Die Abscheidung von Kalk in Form von Kalksinter (oder Kalktuff) ist die Umkehrung des Vorgangs der Verkarstung.
Bei der Verkarstung löst sich Calciumcarbonat (CaCO3) unter Einwirkung von Kohlenstoff(IV)oxid und Wasser (Kohlensäure) als Calciumhydrogencarbonat ( Ca(HCO3)2 ), welches ca. 10mal so gut wasserlöslich ist. Dieser Vorgang lässt sich mit dem Massenwirkungsgesetz beschreiben, wenn sich ein Lösungsgleichgewicht eingestellt hat.
Tritt solches kalkgesättigtes Wasser aus, so kann durch Entzug von Kohlenstoff(IV)oxid - entweder duch Abgabe an die Luft oder durch die Aufnahme durch Pflanzen (bes. Moose und Algen) - das Gleichgewicht derart gestört werden, dass Kalk ausfällt. Es bildet sich Kalksinter oder Kalktuff, ein Hohlraum durchsetztes Kalkgestein, das häufig auch noch erkennbare Pflanzenreste (Blätter s. Abb.) oder Schneckenhäuser o.ä. enthält. Das stark poröse Gestein läßt sich im bergfeuchten Zustand gut bearbeiten (sägen), ist trocken aber ein guter und wärmedämmender Baustein. In Dießen wurde er häufig verwendet.

Die Kalkabscheidung ist am Rand oder an Stellen, an denen das Wasser schnell fließt (Turbulenzen) am stärksten (Abb.).
So entstehen in Tälern ganze Tuffriegel oder im Verlauf eines Baches immer wiederkehrend Tuffschwellen. Im Extremfall kann es zur Bildung eines sich stets weiterbildenden Wasserfalls kommen (Uracher Wasserfall).
In Dießen hat sich im Verlauf des Bächleins eine Rinne aus Tuff gebildet, die ca. 60 cm über das umgebende Niveau aufragt (Abb.). Das Bächlein fließt also nicht an der tiefsten Stelle! (Vgl. Dammuferfluss)
Das Tal ist durch einen Riegel aus Kalktuff abgeriegelt.

Das Dießener Tal ist als Naturdenkmal unter Naturschutz.

Montag, 22. Januar 2007

Korallen auf der Schwäbischen Alb?

(c) Rachaimer
Thecosmilia (Coelenterata: Anthozoa: Scleractinia)
Oggenhausen R. Nattheim 1980
Sammlung georolf

Korallen auf der Schwäbischen Alb?

An einigen wenigen Stellen auf der Schwäbischen Alb finden sich ungeschichtete Sedimente des Oberen Weißjura (Tithonium), die Korallen enthalten. Eine berühmte Fossilfundstelle ist die Gegend um Nattheim. Die Korallen sind verkieselt (silifiziert), d.h. der ursprünglich aus Kalk bestehende Korallenstock wurde durch Kieselsäuelösungen, welche bei der Diagenese (Verfestigung des Kalkschlamms zum Kalkgestein) im Sediment zirkulierten, in Kieselsäure umgewandelt. Die gelöste Kieselsäure stammt aus den Schwammnadeln von Kieselschwämmen.
Bei den Korallen handelt es sich um Warmwasserkorallen, die einen relativ hohen Salzgehalt ertragen (über 40°%), aber auf zu geringen Salzgehalt sehr empfindlich reagieren. 18-36° warmes, klares Wasser, gute Durchlichtung und Durchlüftung dürften die notwendigen Lebensbedingungen gewesen sein.
Zusammen mit Schwämmen, Muscheln, Schnecken, Seeigeln, Bryozoen (Moostierchen) und Serpeln (Röhrenwürmern) bildeten sie die Lebensgemeinschaft kleiner Riffe (Bioherme). Ammoniten sind sehr selten.

Das Abbildung stellt ein Stück Riffschutt dar. Es sind Serpeln und weitere Korallenarten zusammen mit Thecosmilia sp. versteinert.
Mittels Salzsäure ließ sich das gut verkieselte Stück chemisch präparieren.

Lit.:
B. W. SELLWOOD: Die Faunengemeinschaft kleiner Korallen/Algen-Riffstotzen
in:
W. S. MCKERROW: Palökologie
Kosmos Franckh'sche Verlagshandlung
Stuttgart 1981

GEYER/GWINNER: Die Schwäbische Alb und ihr Vorland
Sammlung geologischer Führer Bd. 67 3. Aufl.
Gebr. Borntraeger Verlag
Berlin Stuttgart 1984

Sonntag, 21. Januar 2007

Seeigel Gymnocidaris

(c) Rachaimer
Gymnocidaris lestocquii (DESOR)
Oberkimeridgium
Oggenhausen 1980
Sammlung georolf

Schräge Aboralansicht eines regulären Seeigels. Gymnocidariden sind sehr selten. Das vorliegende verkieselte Stück wurde beim Autobahnbau (Oggenhausen nahe Nattheim) geborgen, noch fast völlig vom Kalkstein ummantelt, und mit Salzsäure freigeätzt. Dieser Seeigel war der Bewohner eines fossilen Korallenriffs. Von der selben Fundstelle sind auch verkieselte Korallen überliefert. Das untere Bild zeigt den Aufbau eines rezenten Cidaris cidaris (LINNÉ) zum Vergleich.

(c) Rachaimer
Cidaris cidaris (LINNÉ)
Sammlung georolf

Echiniden (Seeigel) gehören zu den Echinodermen (Stachelhäutern). Sie haben meist ein starres mehr oder minder kugeliges oder abgeplattetes Gehäuse, das aus verschiedenen Skelettplatten zusammengesetzt ist (Corona). Auf einigen dieser Platten sitzen "Warzen", auf denen die Seeigelstacheln sitzen. Bei den regulären Echiniden befindet sich die Mundseite (Oralseite) unten und die Afteröffnung (Aboralseite) oben. Sie besitzen nahezu eine fünfstrahlige Symmetrie. Cidaris besitzt 5 Ambulakralfelder aus denen hydraulisch betätigte "Füsschen" und "Werkzeuge" austreten, sowie 5 mit Stacheln bestzte Interambulakralfelder. Eine Interambulakralplatte trägt eine Primärwarze (PW), die von Ringwarzen (RW) umgeben ist. Auf dem Kopf (KO) der sich auf dem Kegel (KE) der Warze befand, sitzt der Stachel.
Auf der Oralseite ist ein Kauapparat (Laterne des Aristoteles). Mit Hilfe fünfer scharfer Zähne kann der Seeigel das Substrat am Meeresboden abweiden. Auf der Aboralseite liegt die Madreporenplatte (eine Art Sieb), die die Verbindung zum Wassergefäß-System herstellt.

Lit.:
HANS HESS: Die fossilen Echinodermen des Schweizer Juras
Veröffentlichungen des Naturhistorischen Museums Basel Nr. 8 1975

Geologie in Germany