Der Muschelkalk

Der Muschelkalk

Mit dem Muschelkalk kehren marine Verhältnisse in das Germanische Becken ein, geknüpft an eine unstete Anbindung an den Tethys-Ozean. Namengebend war die Dominanz von Kalksteinen in der Schichtfolge sowie das verbreitete Vorkommen von Muschelresten. Die Mächtigkeit des Muschelkalks beträgt 220 bis 240 Meter im südlichen Becken, sie nimmt zum südöstlichen Beckenrand auf wenige Zehnermeter ab (GEYER & GWINNER, 2011: 144). Die Schichtfolge wird in drei Untergruppen unterteilt, die sich stark voneinander unterscheiden und damit tektonische und geografische Veränderungen während ihrer Entstehungszeit widerspiegeln: Den Unteren, Mittleren und Oberen Muschelkalk.

Verbreitung

Sedimente des Muschelkalks kamen im gesamten Germanischen Becken zur Ablagerung. Ihr heutiger Ausstrich in Südwestdeutschland bildet oft stark zertalte Tafelflächen vom westlichen Main bis zum Hochrhein; vereinzelte Muschelkalkausstriche finden sich außerdem in der Vorbergzone des Oberrheingrabens. Als Stufenbildner sind vor allem die widerständigen Kalksteine des Oberen Muschelkalks wirksam, im nördlichen Schichtstufenland bildet auch der Untere Muschelkalk eine sichtbare Geländestufe aus. Die Hochflächen der Muschelkalkschichtstufe tragen meist noch eine geringmächtige Überdeckung von Unterkeuper oder quartären Sedimenten, hier vornehmlich Löß und Lößlehm, und sind ackerbaulich gut nutzbar. Die Stufenhänge werden je nach Exposition forstwirtschaftlich oder für Weinbau genutzt (GEYER & GWINNER, 2011: 144).

Klima, Paläogeographie und Faziesentwicklung

Unterer Muschelkalk

Während der Ablagerungszeit des Muschelkalks setzten sich die tropischen, ariden Klimabedingungen, die schon zur Zeit des Buntsandsteins vorherrschend waren, fort. Die marine Transgression in das Germanische Becken, die ab dem Röt und zu Beginn des Unteren Muschelkalks von Osten - über die Schlesisch-Mährische Pforte und die Ostkarpaten-Pforte - aus der Tethys erfolgte, ist Ausdruck eines globalen Meeresspiegelanstiegs. In den tiefsten Beckenbereichen Südwestdeutschlands kamen Kalkschlämme zur Ablagerung, die randwärts zunächst in dolomitische Mergel und Dolomitsteine und ganz im Süden in eine sandige Fazies übergehen (GEYER & GWINNER, 2011: 150.). Die Kalkmikrite weisen verbreitet ein engständig geklüftetes Gefüge auf, das im Querschnitt schräg gekippten Leisten ähnelt (Sigmoidalklüftung) und in der Draufsicht die Schichtflächen gewellt erscheinen lässt, was dem Unteren Muschelkalk auch, faziesabhängig, die landläufige Bezeichnung "Wellenkalk" beziehungsweise "Wellendolomit" eingebracht hat (GEYER & GWINNER, 2011: 150).

»   Paläogeografie des Germanischen Beckens zur Zeit des frühen Anisiums (Unterer Muschelkalk)
(nach GEYER & GWINNER, 2011, verändert)

Mittlerer Muschelkalk

Der relative Meeresspiegelanstieg kehrte sich zu Beginn des Mittleren Muschelkalks um, das Germanische Becken wurde von der Tethys abgeschnürt und es kam großflächig zur Ablagerung von Evaporiten im nord- und südwestlichen Becken (BEUTLER & SZULC, 1999: 74). Die Abscheidung von Steinsalz führte zu bedeutenden Vorkommen; in Südwestdeutschland werden bis zu zwölf Salinarzyklen unterschieden, die jeweils, nicht immer vollständig entwickelt, eine Abfolge von Dolomit - Sulfat - Halit - Sulfat - Dolomit aufweisen. Die Zyklizität wird bei gleichbleibendem Klima und damit Verdunstungsrate auf Schwankungen des Meeresspiegels zurückgeführt, durch die der Zustrom von Meerwasser in das Germanische Becken verstärkt oder abgeschwächt wurde (SIMON, 1999: 483 f.). Ausschlaggebend für die Entstehung der mächtigen Evaporitablagerungen im Süd- und Nordwesten des Beckens einschließlich der ausgedehnten Steinsalzlagerstätten war die im Volumen zwar schwankende, aber im zeitlichen Verlauf stete Meerwasserzufuhr aus der Tethys durch die neu entstehende Burgundische Pforte zwischen Armorikanischem und Böhmisch-Vindelizischem Massiv (BEUTLER & SZULC, 1999: 74).

»   Paläogeografie des Germanischen Beckens zur Zeit des mittleren Anisiums (Mittlerer Muschelkalk)
(nach GEYER & GWINNER, 2011, verändert)

Oberer Muschelkalk

Nach einem erneuten Meeresspiegelanstieg stellte die Burgundische Pforte den entscheidenden Faktor für die Stabilisierung mariner Verhältnisse im Westteil des Beckens zur Zeit des Oberen Muschelkalks dar. Neben zyklischen relativen Meeresspiegelschwankungen prägten häufige tropische Stürme die Sedimentation im Muschelkalkmeer. Das Beckenrelief war durch Schwellen und Senken kleinräumiger gegliedert als zuvor. Auf den Schwellen enstanden Oolithe und von Stürmen beeinflusste Schillkalke, in den Senken eine Tonfazies mit eingeschalteten Kalksteinbänken, die Tempestite - sturmbedingter Sedimenteintrag von den Schwellenzonen - darstellen (GEYER & GWINNER, 2011: 151). Zwar waren die östlichen Durchlässe zur Tethys zu dieser Zeit ebenfalls aktiv, durch tektonische Hebungen war das östliche Becken allerdings deutlich flacher, und die Fazies wurde dort deutlich stärker terrestrisch geprägt (BEUTLER & SZULC, 1999: 74). Die Plombierung des Beckens mit Sedimenten aus terrestrischen Verwitterungsgebieten schritt nach Westen fort, durch Süßwasserzuflüsse kam es zu einer Verbrackung und Aussüßung der Beckenrandbereiche, was schließlich in die Zeit und Fazies des Unterkeupers mit Sümpfen und gelegentlichen Meerestransgressionen überleitete.

»   Paläogeografie des Germanischen Beckens zur Zeit des unteren Ladiniums (Oberer Muschelkalk)
(nach GEYER & GWINNER, 2011, verändert)

Stratigrafie

In fazieller wie sedimentologischer Hinsicht deutlich voneinander abzugrenzen sind der östliche Beckenbereich im heutigen Polen sowie das westliche Becken, das auch Südwestdeutschland mit einschließt.

»   Formationsgliederung des Muschelkalks in Süddeutschland. Altersangaben in Mio. Jahren.
(nach STD, 2002, STD, 2016 und GEYER & GWINNER, 2011, verändert)

Abgesehen vom Oberen Muschelkalk, in dem Ceratiten als durchgängige Leitfossilien verwendbar sind, geschieht die stratigrafische Gliederung des Muschelkalks anhand von lithostratigrafischen Leithorizonten und Fazieskomplexen. Die Sedimentation von überregionalen Leithorizonten wurde durch die Nivellierung des Beckenreliefs ermöglicht, die bereits während der Buntsandsteinzeit aufgrund anhaltender Sedimentschüttungen und -verteilung stattgefunden hatte. Allerdings zeichneten sich immer noch Becken- und Schwellenbereiche ab, in denen die Sedimente mit jeweils oft stark unterschiedlicher Mächtigkeit - auf den Schwellen deutlich geringer als in den Senken - zur Ablagerung kamen. Während die Entwicklung der Schichtfolge im Unteren und frühen Mittleren Muschelkalk besonders von der Anbindung des Beckens an die Tethys im Osten über die Schlesisch-Mährische Pforte und die Ostkarpaten-Pforte abhing, war es anschließend vor allem die Burgundische Pforte, die die Sedimentation im südwestlichen Beckenteil deutlich prägte.

Unterer Muschelkalk

Die Mächtigkeit in Südwestdeutschland beträgt zwischen 80 Metern im Norden und 40 Metern im Hochrheingebiet. Unterschieden wird zwischen der Kalkfazies des Beckeninneren, der Jena-Formation, und der südlichen, mergelig-dolomitischen Beckenrandfazies, der Freudenstadt-Formation (GEYER & GWINNER, 2011: 144 f.). Im zeitlichen Verlauf der Sedimentation tritt die Freudenstadt- gegenüber der Jena-Formation allmählich südwärts zurück. Außerdem ist zu beobachten, dass die marine Transgression von Norden Richtung Süden voranschreitet, das heißt im Main- und Taubergebiet viel früher als am Hochrhein Sedimente des Muschelkalks zur Ablagerung kamen.

Untertägig ganz am Beckenrand, unter der Schwäbischen Alb und im Alpenvorland, geht die karbonatische Fazies des Unteren Muschelkalks in die terrigenen Feinsandsteine der Eschenbach-Formation über.

Mittlerer Muschelkalk

In ganz Südwestdeutschland kann der Mittlere Muschelkalk in drei Einheiten, die Karlstadt-, die Heilbronn- und die Diemel-Formation, untergliedert werden.

Die Karlstadt-Formation ist kalk- und dolomitmergelig ("Orbicularisschichten") und entwickelt sich nach oben hin zunehmend zu dickeren Dolomitbänken ("Untere Dolomite"). Die Mächtigkeit beträgt zwischen 7 und 15 Metern, in Schwellenbereichen gibt es mit kleinen Rinnen Hinweise auf zeitweiliges Trockenfallen (GEYER & GWINNER, 2011: 156 f.). In Fortführung der Verhältnisse des Unteren Muschelkalks schließt sich südlich als sandige Randfazies die Eschenbach-Formation an. Die auf die Karlstadt-Formation folgende Heilbronn-Formation umfasst die salinare Abfolge des Mittleren Muschelkalks ("Muschelkalksalinar"). Diese besteht von unten nach oben aus den "Unteren Sulfatschichten" - einer dolomitischen Anhydritfolge -, den nur in Senken abgelagerten "Steinsalzschichten" sowie schließlich den tonig-dolomitschen, mit Anhydrit durchsetzten "Oberen Sulfatschichten" (GEYER & GWINNER, 2011: 158 f.). Die Sulfat- und Steinsalzhorizonte sind vielerorts auch im tieferen Untergrund bereits ausgelaugt und nur noch ihre unlösliche Residuen sowie die sie begleitenden Dolomitbänke anzutreffen. Ohne Auslaugung beträgt die Mächtigkeit bis zu 100 Meter, ansonsten um 40 Meter (GEYER & GWINNER, 2011: 144). Die Steinsalzlagerstätten, deren Ausdehnung erkennbar dem schon im Unteren Muschelkalk als Beckentiefstes angelegten Bereich folgt, sind wirtschaftlich bedeutend und werden heute noch in zwei Bergwerken, Heilbronn-Bad Friedrichshall und Haigerloch-Stetten, abgebaut. In der Vergangenheit war die Salzsiederei an natürlichen und künstlichen Solequellen des Mittleren Muschelkalks für einige Städte im Südwesten Grundlage ihres Reichtums. Den Abschluss des Mittleren Muschelkalks bildet die 10 bis 17 Meter mächtige Diemel-Formation ("Obere Dolomite"), die von Dolomitsteinbänken gebildet wird. Gebietsweise kommen wenige Meter unter der Hangendgrenze in den Dolomiten Hornsteinknollen, die eine verkieselte Kleinfauna enthalten, vor, sowie im Raum Pforzheim auffällige authigene, bituminöse Quarzkristalle ("Stinkquarz") (HEYLIGENSTÄDT, 1958; SMYKATZ-KLOSS, 1969).

Oberer Muschelkalk

Der Obere Muschelkalk ("Hauptmuschelkalk") gliedert sich lithostratigrafisch und faziell in die Trochitenkalk-Formation und die darauf folgende Meißner- beziehungsweise Rottweil-Formation. Außerdem wird eine biostratigrafische Zonengliederung auf der Basis der häufig vorkommenden Ammonoideen der Gattung Ceratites praktiziert.

• Schichtfolge und Fossilien: Der Obere Muschelkalk: Schichtfolge und Fossilien

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(Profil: Dipl.-Geol. R. Ernst, 2017)

Lebewelt

Unterer Muschelkalk

Der fossile Beleg des Unteren Muschelkalks in Südwestdeutschland ist nicht allzu umfangreich. Im nördlichen Teil führt die Buchen-Subformation an der Basis der Jena-Formation den Ammonoideen Beneckeia buchi, ansonsten kommen vor allem in einigen bioklastischen Bänken des Unteren Muschelkalks Crinoidenreste (Holocrinus dubius, Encrinus sp., Chelocrinus sp.), Brachiopoden (Coenothyris vulgaris, Punctospirella fragilis, Hirsutella hirsuta) und Mollusken (Germanonautilus, Plagiostoma, Costatoria und andere) vor (GEYER & GWINNER, 2011: 152 ff.). Daneben sind Sauropterygier, Placodontier und Fische belegt. Insgesamt kann zwischen Weichboden- (vor allem Muscheln und Brachiopoden) und Schillgrundfaunen (Muscheln, Brachiopoden, Crinoiden) unterschieden werden.

Mittlerer Muschelkalk

In der karbonatischen Fazies der Karlstadt-Formation tritt eine artenarme, aber oft individuenreiche Fauna auf, zuvorderst Massenvorkommen von Neoschizodus orbicularis. Seltener andere Muscheln (Bakevellia costata) und Gastropoden sowie mitunter Reste von Fischen und Pachypleurosauriern (GEYER & GWINNER, 2011: 157). Im Muschelkalksalinar sind lediglich Stromatolithen häufiger nachgewiesen. Die Dolomite der Diemel-Formation und die in ihnen enthaltenen Hornsteinknollen können eine artenreiche Fauna führen, die sich vor allem aus Muscheln (Bakevellia, Myophoria, Neoschizodus und einige andere) sowie Gastropoden (unter anderem Wortheniella, Omphaloptycha, Loxonema) zusammensetzt. Daneben kommen Foraminiferen, Ostrakoden und vereinzelt Linguliden- und Wirbeltierreste vor (GEYER & GWINNER, 2011: 160 f.).

Oberer Muschelkalk

Bedeutend für den unteren Abschnitt des Oberen Muschelkalks sind die Crinoiden-Muschel-Bioherme mit der Seelilie Encrinus liliiformis und entsprechende Schillgrundfaunen. Daneben existieren durchgehend Weichbodenfaunen, die von Muscheln und Schnecken, zeitweise auch von Brachiopoden (Coenotyhris vulgaris) bestimmt sind. Cephalopoden sind häufig, neben der Ammonoideengattung Ceratites, die einen beckenweiten biostratigrafischen Leitwert besitzt, sind Nautiliden ausschließlich der Gattung Germanonautilus verbreitet. Krebse (Pemphix), Fische, Sauropterygier und Pachypleurosaurier waren ebenfalls vertreten.

• Schichtfolge und Fossilien: Der Obere Muschelkalk: Schichtfolge und Fossilien

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