Neulich war ich im Wald nördlich meiner Walheimat Oberursel unterwegs und entdeckte einen Stein. Auf diesem Bild siehst Du uns beide (aufgenommen von Bianca Bürger). Wie es als Geologin eben ist, konnte ich nicht umhin, die Geschichte zu hören, die dieser Stein erzählte.

 

Der Taunusquarzit erzählt:

 „Hallo, man nennt mich Taunusquarzit. Eigentlich ist diese Bezeihnung nicht ganz korrekt. Taunus schon, das ist das Mittelgebirge, in dem man mich häufig findet. Aber Quarzit stimmt nicht recht, dafür haben Geologen ja eine bestimmte Defintion. Mir wurde es dafür nicht warm genug. Ich bin vielmehr ein „verkieselter Sandstein“. Doch der Reihe nach.

Quarzkörner

Ich bestehe aus vielen kleinen Körnchen, fast alle sind Quarz. Der Quarz ist ursprünglich mal aus Gesteinsschmelze entstanden.  Das war Magma, das nicht als Lava an die Erdoberfläche gelangte, sondern in mehreren Kilometern Tiefe auskristallisierte.

Mit der Zeit wurden alle darüber liegenden Gesteine abgetragen, so gelangte das kristallisierte Magma an die Erdoberfläche und wurde selbst abgetragen. Von Wind und Wasser wurden die meisten anderen Kristalle zerrieben.

Sand

Der Quarz blieb übrig und gelangte mit einem Fluss ins Meer. Schließlih blieben meine Quarzkörnchen im flachen Meer, nicht allzu weit vom Strand entfernt liegen. Ich war nun zu Sand geworden.

Sandstein

Wieder verging Zeit, in der wurde auf den Sand weiteres Gestein abgelagert, Sand, Ton und ähnliches. Natürlich war das alles nicht trocken, sondern Grundwasser strömte durch uns hindurch. In diesem war auch wieder Quarz gelöst, der bei sich ändernden Temperatur- und Druckbedingungen auskristallisierte. Und so kam es, dass dieser Quarz nach einigen Jahren die Quarzkörnchen zusammenklebte. So wurde ich zum Sandstein. Und weil die Quarzkörnchen durch Quarz zusammengeklebt wurden – auch Salz der Kielselsäure genannt – nennen mich Geologen „verkieselt“.

Wieder verging Zeit. Eines Tages zerbrach ich, mehrmals sogar im Lauf der Zeit, doch auch diese Risse wurden durch Quarzkristalle wieder zusammengeklebt und verheilten.

Schließlich gelangte ich wieder an die Erdoberfläche. Das bisschen Eisen in mir wurde auf einigen Flächen durch Verbindung mit Luftsauerstoff rot gefärbt.

Dann wurde es sehr kalt. Durch den Frost sprangen ganze Blöcke ab, die oft am Berg liegen blieben. Seit es wieder etwas wärmer wurde, verwittere ich jedoch nur noch sehr langsam. Es wird vermutlich noch sehr lange dauern, bis ich wieder zu Quarzkörnen zerfalle.“

Taunusquarzit am Goldgrubenfelsen, nördlich von Oberursel (Foto: Bianca Bürger)

 

Wie der Taunusquarzit tatsächlich erzählte:

Natürlich spricht der Taunusquarzit die Menschensprache nicht. Ich habe hier für Dich übersetzt, was er erzählen würde. Aber woher weiß ich das? Wie kann ich das alles erkennen?

Nun, ich habe mir zuerst das Gestein mit der Lupe genauer angesehen. Zu erkennen sind viele graue,  runde Körner. Mit etwas Erfahrung erkenne ich ganz leicht, dass es sich um Quarz handelt (wenn das nicht mit der Lupe zu erkennen ist, so ist es das auf jeden Fall mit dem Mikroskop).

Letztendlich ist fast jeder Quarzkristall ursprünglich mal aus Magma, Gesteinsschmelze, auskristallisiert. Um nun aber zu wissen, woher die Quarzkörner im Taunusquarzit stammen, müssen wir ein wenig über die Region wissen.

Im Taunus ist es am wahrscheinlichsten, dass die Quarzkörner aus einer Region stammen, die zur Zeit der Ablagerung des Gesteins etwas weiter südlich gelegenes Festland war (dieser wird auch „Mitteldeutsche Kristallinschwelle“ genannt).

Hier sehe ich mir ein Stück Taunusquarzit mit der Lupe ganz genau an (Foto: Bianca Bürger)

Ablagerung in einem Flachmeer

Wenn wir nun die Anordnung der Quarzkörner näher betrachten (und dafür nicht nur unseren kleinen Stein anschauen), können wir Strukturen erkennen, die typisch für Sande sind, die in einem flachen Meer, ähnlich unseres heutigen Wattenmeers abgelagert wurde. Wenn wir auch die Gesteine darüber und darunter bestimmen, sowie die darin enthaltenen Fossilien, können wir auch bestimmen, wann dieser marine Sand abgelagert wurde. Das Erdzeitalter wird Devon genannt (genauer gesagt ist es Unterdevon, Ems-Stufe). Von einzelnen Gesteinen in der Umgebung kennen wir sogar das Alter in Millionen Jahren (da sie Minerale enthalten, die mittels Vergleichen radioaktiver Zerfallsreihen absolut datiert werden können). Für den Taunusquarzit ergibt sich ein Alter von etwa 410 Milionen Jahren.

Vor 410 Millionen Jahren gab es dort, wo heute der Taunus ist, ein flaches Meer. In diesem wurden Quarzkörner – die von benachbarten Höhenzugen, wahrscheinlich der südlich gelegenen Mitteldeutschen Kristallinschwelle, abgetragen wurden –  als Sand abgelagert.

Vom Sand zum Sandstein

Mit dem Mikroskop ist auch zu erkennen, dass zwischen den gerundeten Quarzkörnern wiederum Quarz auskristallisiert ist. Aus zahlreichen Beobachtungen und Laboreperimenten wissen wir, dass Quarz (bzw. Kieslsäure) sich in warmem Wasser lösen kann. So fließt schließlich tiefes, kieselsäurehaltiges Grundwasser durch das Gestein und Quarz kann wieder ausgefällt werden. Zwischen Quarzkörnen ausgefällter Quarz wird auch “Bindemittel” genannt, da es die Sandkörnchen zu Sandstein verbindet. 

Quarzgänge (mit Quarz verfüllte Risse) in Taunusquarzit am Goldgrubenfelsen (die lange Bildkante ist in Wirklichkeit etwa 20 cm hoch). Offenbar ist der im Bild von unten nach oben verlaufende Gang jünger als der, der von links nach rechts verläuft, da er diesen durchschneidet. 

Quarzgänge

Dass Quarz auch in Rissen ausgefällt wurde, können wir im Mikroskop erkennen, aber auch mit bloßem Auge. Bis zu mehrere Zentimeter breite Quarzgänge („Adern“)  ziehen sich durch das Gestein.

Auch hier wissen wir aus Beobachtungen und Experimenten, wie sie entstehen. Wird nämlich der von Fluiden (“Grundwasser”) ausgeübte Druck im Gestein so hoch, dass dessen Zugfestigkeit (eine materialabhängie Kenngröße) erreicht wird, reißt das Gestein auf. Ein Hohlraum im Gestein wird jedoch sofort mit dem umgebenden Fluid gefüllt. Da hier der Druck niedriger ist als im umgebenden Gestein (einfach, weil im Riss relativ viel Platz ist), ändert sich die Löslichkeit für Kieselsäure – und Quarz fällt recht leicht aus.

In manchen Felsen (siehe Bild) erkennen wir sogar, dass Risse nicht nur einmal entstanden sind. Im Gegenteil, wir können mehrere „Generationen“ auseinander halten.

Wie alt diese Quarzgänge sind, ist leider nicht genau zu bestimmen. Datierungen aus der Region ergeben Alter von etwa 270 bis 30 Millionen Jahre (Rotliegend bis Oligozän). Wahrscheinlich waren es mehrere Vorgänge, die jeweils einen längeren Zeitraum umfassten.

Wie tief unten das Gestein genau war, wissen wir nicht. Dass das Gestein irgendwie wieder an die Erdoberflähe gelangte, ist nun wiederum ganz einfach zu erkennen. Schließlich finden wir es ja dort vor.

Felsen und Blockhalden

Der Taunusquarzit tritt heute in Felsen zutage, die härter sind als die umgebenden Gesteine und somit die Form der Landschaft maßgeblich bestimmen.

An manchen Stellen sind die Felsen jedoch in Bruchstücke zerfallen. Aus Beobachtungen und Experimenten wissen wir, dass solche Blöcke (die zu ganzen “Blockhalden” werden können) durch sogenannte Frostsprengung entstehen. Dabei gefriert das eindringende Niederschlagswasser im Gestein und taut wieder auf. Beim Gefrieren nimmt das Volumen des Wassers um etwa 10 % zu, das Eis dehnt sich aus.

Nach einmaligem Gefrieren merken wir normalerweise nichts davon. Aber wenn das einige tausend Male geschieht, bricht das Gestein ganz leicht auf. Dies ist vor allem für Gesteine zu beobachten, die während der Eiszeit an der Erdoberfläche vorkamen. 

Dies ist auch für den Taunusquarzit anzunehmen. Direkt hier gab es keine Gletscher, sondern Permafrostboden ähnlich wie in der heutigen Tundra in Sibirien. Frostsprengung war während der Eiszeiten hier die häufigste Verwitterungsform.

Heute kommt es nur noch selten zu weiterer Frostsprengung. Chemische Verwitterung durch Zersetzung durch Huminsäuren, usw. wie sie heute überwiegt, dauert vergleichsweise lange…

Goldgrubenfelsen mit einzelnen Blöcken von Taunusquarzit

 

Dies alles erzählt der Taunusquarzit dem kundigen Zuhörer.

Glaubst Du mir das?

Komm doch mal mit mir zum Goldgrubenfelsen, dann zeige ich Dir gerne alles dazu!