Mineralien

Neben Fossilien finden sich in den triassischen Sedimenten Südwestdeutschlands auch Mineralien. Einerseits natürlich als mikrokristalline Versteinerungssubstanz vieler Fossilien, deutlich seltener als gut ausgebildete Kristalle oder Aggregate.
Gleichartige Mineralisierungen treten auch andernorts im Germanischen Triasbecken auf, so dass diese Seite typische Exemplare nicht nur aus Südwestdeutschland zeigt.

Entstehung

Da der Teil Südwestdeutschlands, auf den sich heute die Ausstriche triassischer Serien beschränken, seit der Trias nur geringer tektonischer Beanspruchung unterworfen wurde - mit Ausnahme des Rheingrabens -, kam es fast nirgends zur Bildung hydrothermaler Mineralvorkommen. Stattdessen sind junge Lösungs- und Abscheidungsbildungen aus meteorischen und subaerischen Wässern (Sicker- und Grundwasser) sowie Abscheidungen aus zirkulierenden Porenwässern in den Sedimentkörpern zur Zeit ihrer Ablagerung vorherrschend. Es kommen also nahezu ausschließlich solche Mineralien vor, die aus dem Elementbestand des Gesteinskörpers, in dem sie auch vorgefunden werden, zusammengesetzt sind. Für die triassischen Sedimente Südwestdeutschlands sind dies Karbonate aus Kalk- beziehungsweise Dolomitsteinen und Kieselsäure aus den Feldspäten von Sandsteinen sowie Sulfate und Sulfide aus dem Schwefelanteil evaporitischer Sedimente. Akzessorische Metallionen - Eisen, Zink, Blei, Kupfer, Barium, Strontium - sind an der Bildung seltener Typen von Karbonaten, Sulfiden und Sulfaten beteiligt.

Durch ihren Kristallisationsdruck können Kristalle im noch nicht verfestigten Sediment idiomorph wachsen. Außerdem finden sich idiomorphe Kristalle späterer Generationen in Hohlräumen im Gestein. Solche Hohlräume gehen oft auf nicht verfüllte Organismenreste zurück oder auf weggelöste syngenetische Sulfatknollen. Ein Sonderfall ist die Verkieselung von Hölzern, die unter komplexen Bedingungen mittels verwitterunsbedingt mobilisiertem Siliziumhydroxid (Si(OH)₄) in Zeiträumen nicht lange nach der Einbettung der Hölzer stattfand. Im Detail ist dieser Prozess noch immer nicht verstanden (BARTHOLOMÄ, 2007). Ebenso außergewöhnlich sind die nur in einem beschränkten Gebiet im Mittleren Muschelkalk des nordwestlichen Baden-Württembergs vorkommenden authigenen Quarze. Und endlich bieten auch tektonische Klüfte und Karsthohlräume Platz und geeignete Bedingungen für das Wachstum von Kristallen.

Synsedimentär gebildete Minerale lassen oft Rückschlüsse auf die Fazies zur Zeit der Ablagerung des jeweiligen Sediments zu:

•   • Erze wie Pyrit, Bleiglanz oder Malachit sind meist Indikatoren für organikreiche Sedimente in dysoxischen Faziesbereichen, da ihre Metallionen nur in einem reduzierenden Milieu wasserlösliche, transportable Verbindungen bilden.
•   • Die Entstehungsmodelle für verkieselte Hölzer bedingen, dass in ihrem Einbettungsgebiet anhaltende Feuchtigkeit geherrscht haben muss, um die Verkieselungssubstanz in ausreichenden Mengen aus dem umgebenden Sediment freizusetzen und sie konstant dem Holz zuzuführen (SIMON, 2007).
•   • Für die bituminösen Quarze des Mittleren Muschelkalks wird nach aktuellem Forschungsstand eine synsedimentäre, authigene Entstehung vorausgesetzt (SMYKATZ-KLOSS, 1969), wobei salinare Bedingungen maßgeblich für die Mobilisierung des zur Kristallbildung notwendigen Quarzes verantwortlich waren (DEMARS et al., 1996).

Vorkommen

Buntsandstein

Charakteristisch für den Buntsandstein, genauer gesagt den Mittleren Buntsandstein, sind silikatische Bodenkrustenbildungen ("Violette Horizonte"), die sich in Phasen verstärkter Feuchtigkeit bildeten. Darin entstand Karneol, durch Hämatitbeimengungen einheitlich rot oder fleischfarben gefärbter Quarz, der in Form von Knollen aufritt (GEYER & GWINNER, 2011: 133). In den Röttonen können Calcitkristalle in den Hohlräumen weggelöster Sulfatknollen vorkommen.

Muschelkalk

Allgemein dominieren im Muschelkalk Minerale, die aus autochthonen Gesteinsbestandteilen gebildet wurden, zum Beispiel Gips, Calcit (die allgegenwärtige Abscheidungsform mit Kalk übersättigter Wässer), Aragonit (hauptsächlich in humiden subaerischen Bildungsräumen wie Höhlen und großen Klüften) und Dolomit (in kleineren Aggregaten und tafeligen Einzelkristallen). Gut ausgebildete Kristalle finden sich nur als Auskleidung der Innenwand von Hohlräumen, beispielsweise in den Luftkammern von Cephalopodengehäusen, in den von ausgewaschenen Gipsknollen hinterlassenen Hohlräumen (Gipsresiduen) oder im großen Maßstab auf Klüften und Spalten.

Keuper

Es kommen im wesentlichen dieselben Mineralien wie im Muschelkalk vor. Sulfate sind abschnittsweise häufig und sogar gesteinsbildend ("Gipskeuper"). In Schichtgliedern, die unter anoxischen Bedingungen gebildet wurden, finden sich Sulfide wie Pyrit und Galenit.
Auffällig sind die häufigen, oft mit Calcit, selten mit anderen Mineralien ausgekleideten Lösungshohlräume ehemaliger Sulfatknollen in Kalkstein- und Dolomitbänken des Unterkeupers.

Mineralarten

  • Halogenide
  • Karbonate
  • Sulfate
  • Sulfide
  • Quarz

Halogenide

Halogenide, umgangssprachlich "Salze", entstanden bei der Ablagerung von Sedimenten in einem salinaren, evaporitischen Milieu. Aufgrund ihrer guten Löslichkeit in Wasser finden sie sich nur in untertägigen Lagerstätten, die durch geeignete Sedimentüberdeckung vor Sicker- und Grundwasser geschützt sind.

Halit (Steinsalz, NaCl)

Die Kristalle von Halit sind kubisch, es besteht eine vollkommene Spaltbarkeit nach dem Würfel. In untertägigen Lagerstätten ist Steinsalz durch diagenetische Prozesse in der Regel zu körnigen und spätigen Massen kompaktiert. Aus freier Salzlösung kristallisiert Steinsalz entweder in Würfeln - einzeln oder als Aggregate -, oder auch seltener faserig.
Steinsalzlagerstätten sind in den lithologischen Kontext einer evaporitischen Abscheidungsfolge eingebettet, das heißt stratigrafisch von unten nach oben und damit auch im zeitlichen Verlauf kommt es mit dem fortschreitenden Eindampfen der Sole zur Ausfällung immer leichter löslicher Salze. Eine vollständige Abfolge beginnt mit Dolomit, gefolgt von Gips (der nachfolgend zu Anhydrit entwässern kann) und schließlich Steinsalz sowie, unter Umständen, darauffolgend der noch etwas leichter lösliche Carnallit (KMgCl₃ · 6H₂O), Vorstufe des Sylvins (Kalisalz). Im terrestrischen Bereich können bei vollständiger Eindampfung der Sole zusätzlich noch exotische Salze wie Borate abgeschieden werden.
In der Germanischen Trias entstanden ausgedehnte marine Steinsalzvorkommen im Mittleren Muschelkalk, die wirtschaftlich von Bedeutung sind (HANSCH & SIMON, 2003).

Einen Spezialfall stellen die sogenannten Steinsalznachkristalle auf den Schichtflächen von Sandsteinbänken dar. Es handelt sich um sandige Ausfüllungen der Hohlräume weggelöster Kristallwürfel und kantiger Skelettkristalle des Steinsalzes. Bereits früh wurde erkannt, dass die ursprünglichen Steinsalzkristalle intrasedimentär gebildet worden sein müssen und nicht auf dem offenen Grund eines Gewässers gewachsen sind (LINCK, 1946; HAUDE, 1970). So wird aktuell die Bildung der Kristalle im Grundwasserniveau einer Playa-Ebene angenommen, wobei die in der Sandlage gebildete Hälfte des Kristalls nur als porenraumfüllender, sandiger sogenannter Granokristall enstand, während die andere Hälfte kraft Kristallisationsdruck als reiner Halitkristall in Ton- und Schluffschichten des angrenzenden Hangenden hineinwuchs. Nach der Rücklösung der Kristalle wurden die enstandenen Hohlräume durch eindringenden Sand der Sandlage erfüllt, weitere diagenetische Prozesse verfestigten schließlich das Sediment und fixierten somit die Strukturen (HAUSCHKE & VATH, 2003). Entgegen der veralteten, aber mitunter noch verwendeten Bezeichnung "Steinsalzpseudomorphosen" handelt es sich nicht um Pseudomorphosen im mineralogischen Sinn.

Karbonate

Aragonit (CaCO₃, orthorhombisch)

Aragonit bildet üblicherweise Aggregate aus nadeligen Kristallen bis hin zu radialstrahligen Massen. Die Kristalle sind zumeist farblos und weisen Glasglanz auf. Das Mineral kommt wesentlich seltener als Calcit vor, weil die üblichen Druck- und Temperaturverhältnisse im sedimentären und diagenetischen Milieu des Germanischen Triasbeckens die Bildung von Calcit aus energetischen Gründen bevorzugten (MATTHES, 1996: 90).

Calcit (CaCO₃, trigonal)

Calcit tritt überaus häufig, oft gesteinsbildend, auf und gehört zu den Mineralien mit der größten Vielfalt an Kristallformen. Die Färbung ist meist weißlich, mitunter gelblich oder rötlich, selten farblos. Die Kristalle weisen eine vollkommene Spaltbarkeit mit Glasglanz auf den Spaltflächen auf. Spaltstücke haben die Form von Rhomboedern. Schon vergleichsweise geringe Krafteinwirkung, beispielsweise bei der Bergung einer Kristallstufe oder durch tektonische Gegebenheiten, kann ausreichen, um Druckzwillingslamellen in einem Kristall zu erzeugen.

Anthrakonit ist eine durch Kerogen grau bis schwarz gefärbte Variante des Calcits, die meist in Form langer, radialstrahlig in kugel- und kissenförmigen Aggregaten zusammengefasster Kristalle auftritt. Das Mineral ist namengebend für die Anthrakonitbank des Oberen Lettenkeupers, aber weder auf diese Bank beschränkt noch obligatorisch.

Dolomit (CaMg(CO₃)₂)

Dolomit tritt in der triassischen Schichtfolge des Germanischen Beckens nicht selten gesteinsbildend auf und bildet dann Dolomitsteinbänke. Ausbildungen als körnige Massen und idiomorphe Kristalle in Hohlräumen sind ebenfalls nicht selten. Die Grundrhomboederform kommt makroskopisch selten vor, häufiger sind "Kristalle" die aus mehreren Individuen kombiniert sind und gekrümmte Flächen aufweisen, sogenannter Satteldolomit.
Als Gestein kann Dolomit früh- oder spätdiagenetisch gebildet worden sein. Generell gilt als wichtiger Faktor für die Dolomitisierung eines Kalksediments beziehungsweise -gesteins der Kontakt zwischen salzhaltigem und salzarmem Wasser; in diesem Kontaktbereich läuft die Dolomitisierung ab (ALESI, 1984).

Malachit (CuCO₃ · Cu(OH)₂)

Malachit ist aufgrund seiner grünen Farbe gut erkennbar. Er kommt zumeist in Nadeln, oft in Büscheln zusammengefasst, vor oder als derbe Imprägnation poröser Sedimentgesteine, ist aber allgemein sehr selten.

Speläotheme

Gelegentlich werden in Steinbrüchen im Muschelkalk Karsthohlräume beim Abbau angefahren. Sind diese Hohlräume von gewisser Größe und waren über eine längere Zeit durchfeuchtet oder gar von Wasser durchflossen, können sie ein mehr oder weniger umfangreiches Inventar an Speläothemen, zum Beispiel Stalagmiten und Stalaktiten, enthalten. In der Regel gelangen solche Bildungen durch den fortschreitenden Abbau in das Haufwerk und Haldenmaterial und können dort gesammelt werden. Von dem Betreten solcher Hohlräume ist dringend abzusehen, es besteht akute Einsturzgefahr! Sinterbildungen werden nach der Entnahme aus ihrer natürlichen Umgebung in trockenem Zustand oft rissig, trüb und unansehnlich.

Speläotheme bestehen ganz überwiegend aus Aragonit und Calcit. An Stellen langsamer und ruhiger Karbonatausfällung kommt es bevorzugt zur Bildung von Aragonit, der dann weiße, oftmals sehr filigrane Strukturen wie Makkaronis und Excentriques aufbaut. Bei schneller oder unregelmäßiger Kalkabscheidung bildet sich dagegen häufig eher Calcit in feinen oder auch sehr groben Kristallen. Unter schwankenden Bedingungen kann sich die Abscheidung von Aragonit mit der von Calcit auch an demselben Objekt abwechseln.

Sulfate

Anhydrit (CaSO₄)

Anhydrit entsteht aus der Entwässerung von Gips, meist synsedimentär oder frühdiagenetisch. Deswegen kommen nur selten die tafeligen oder prismatischen Kristalle vor, üblicherweise finden sich derbe, körnige Massen.
Viele der oberflächennahen Gipsvorkommen in triassischen Schichtfolgen, nicht nur in Südwestdeutschland, sind sekundär aus Anhydritlagerstätten entstanden. Dieser Anhydrit findet sich noch immer dort, wo er vor dem Zutritt von Grund- und Sickerwässern geschützt ist und stellt für bauliche Anlagen wie Tunnel, Fundamentgründungen oder Straßeneinschnitte eine enorme Herausforderung dar, da er sich bei Wasserzutritt unter rund 60%iger Volumenzunahme in Gips umwandelt (MATTHES, 1996: 100); die Volumenzunahme verbunden mit dem Kristallisationsdruck kann große Schäden an Gebäuden verursachen.

Gips (CaSO₄ · 2 H₂O)

Gips kommt nicht selten vor allem in körnigen Massen vor und bildet im Mittleren Keuper (Grabfeld-Formation, "Gipskeuper") ökonomisch bedeutende Lagerstätten. Gipsvorkommen sind oft aus der Umwandlung von Anhydrit (der seinerseits durch diagenetische Entwässerung aus primär abgelagertem Gips hervorging) entstanden. In Klüften und Lösungshohlräumen von Sulfatknollen kommen zuweilen gut ausgebildete, typisch tafelförmige Gipskristalle oder deren Verzwilligungen vor. Die Kristalle können klar und farblos, aber auch durch Tonminerale trübe oder durch Limonit rötlichbraun gefärbt sein.

Coelestin (SrSO₄)

Coelestin bildet in Kalkstein oft körnige Aggregate, nur selten gut ausgebildete idiomorphe Kristalle. Die Färbung ist häufig leicht rosa oder bläulich, seltener farblos oder weiß. Auffällig ist der starke Glanz von Bruch- und Spaltflächen.

Baryt (BaSO₄)

Baryt kommt in zumeist weißen, seltener rosafarbenen tafeligen bis langgestreckten Kristallen vor. Die hohe Dichte von 4,5 g/cm³ ist bemerkenswert und fällt oft bereits am Handstück auf, ebenso wie die häufigen halbkugelförmigen und im Querbruch radialstrahlig erscheinenden Verwachsungen. In den triassischen Sedimenten Südwestdeutschlands ist Baryt sehr selten und tritt dann zumeist als Versteinerungssubstanz in Hölzern auf.

Sulfide

Pyrit und Markasit (FeS₂)

Pyrit und Markasit unterscheiden sich bei gleicher chemischer Zusammensetzung durch ihre jeweilige Kristallklasse, das heißt den Gitterbau ihrer Kristalle, und weisen damit leicht unterschiedliche Eigenschaften auf. Beide Mineralien können in Krusten, in Aggregaten und als Versteinerungssubstanz gemeinsam in körniger Form vorkommen und dann nicht voneinander unterscheidbar sein.

Pyrit als kubische Modifikation bildet als Kristallformen vor allem Würfel, Pentagondodekaeder, Oktaeder und Disdodekaeder sowie deren Durchdringungszwillinge. Die Farbe ähnelt dem Messinggelb, es kommen auch vielfarbige Anlauffarben vor. Das Mineral ist an der Erdoberfläche stabil, bei gleichzeitiger Anwesenheit von Wasser und Sauerstoff kommt es allerdings zu einer allmählichen Umwandlung in Limonit.
Markasit ist die rhombische Modifikation und kommt selten als Einzelkristall, sondern oft als verzwillingte Gruppen, sogenannter "Speerkies", oder strahlig oder krustig vor. Die Farbe ist gegenüber dem Pyrit leicht grünlich, was auch für die Anlauffarbe gilt. Unter atmosphärischen Bedingungen ist Markasit wesentlich umwandlungsfreudiger als Pyrit - bei Zutritt von Wasser und Sauerstoff beginnt rasch die Bildung von Limonit und die Freisetzung von Schwefelsäure. Die Hygroskopie der Schwefelsäure bedingt, dass der Prozess autokatalytisch ist.
In der Praxis führt dieses sogenannte "Ausblühen" zur unaufhaltsamen Zerstörung des betroffenen Exemplars. Da makroskopisch Pyrit und Markasit gerade bei derben und körnigen Massen kaum voneinander zu unterscheiden sind, wird fälschlich auch oft vom "Pyritausblühen" gesprochen.

Massen von Pyrit oder Markasit werden als Kies bezeichnet, durch Pyrit und Markasit versteinerte Fossilien entsprechend als verkiest.

Chalkopyrit (Kupferkies, CuFeS₂)

Chalkopyrit kommt meist in derben, körnigen Massen vor, nur selten als dann sehr kleine Kristalle. Häufige Kristallformen sind das tetragonale Bisphenoid sowie dessen Kombination mit dem tetragonalen Skalenoeder. Letzteres führt häufig bei mikroskopischen Kristallen zu einer Verwechslung mit Pyrit, wozu ebenso der grünlich-gelbe bis messingfarbene Metallglanz der Kristalle beiträgt. Oft zeigen die Kristalle auch bunte metallische Anlauffarben.

Sphalerit (Zinkblende, ZnS)

Sphalerit ist aufgrund der vollkommenen Spaltbarkeit und des starken Glanzes auf den Spaltflächen einfach zu identifizieren, ist jedoch generell selten. Die Farben sind braun, dunkelgrün oder schwarz, selten gelb. Charakteristisch und für ein Erz ungewöhnlich ist die Lichtdurchlässigkeit an Kanten und bei dünnen Bruchstücken, Sphalerit ist niemals völlig opak.

Quarz

Quarz (SiO₂)

Voraussetzung für die Ausfällung von Quarz ist die vorherige Mobilisierung von Kieselsäure. Diese kann syngenetisch - während oder kurz nach der Ablagerung des Sediments -, früh- oder spätdiagenetisch erfolgen:

•   •Syngenetisch: Hierfür kommt die Verwitterung von Tonmineralen und Feldspäten in klastischen Sedimenten in Frage, wobei die Transportwege bis zum Ausfällungsort nicht lang waren. Dieser Mechanismus wird als Erklärung für die Entstehung der Kieselhölzer herangezogen (SIMON, 2007). Wie sich die Bildung der authigenen Quarzdoppelender ("Pforzheimer Stinkquarze") in dem karbonatisch dominierten Sedimenten des Mittleren Muschelkalks vollzogen hat, ist im Detail noch ungeklärt. Sicher ist nur, dass sie nicht - wie die gleichzeitig vorkommenden Hornsteine - über die Ausfällung einer Gelphase der Kieselsäure stattfand, wie dies sonst häufig im marinen Milieu der Fall ist (SMYKATZ-KLOSS, 1969).
•   •Diagenetisch: Zu den diagenetischen Bildungen gehören Quarzkristalle in Gesteinsklüften und -hohlräumen. Wie diese, zumal im karbonatischen Muschelkalk, ohne das Vorhandensein hydrothermaler Lösungen gebildet werden konnten, ist unklar.

Kieselholz

Verkieselte Hölzer sind Mineralien und Fossilien zugleich. Der Verkieselungsprozess der Hölzer fand unter geringer Sedimentbedeckung in feuchtem Milieu statt. Im Lauf eines mehrstufigen Stoffaustauschprozesses wurden zunächst die primären Hohlräume des Pflanzengewebes mit Quarz erfüllt, und daraufhin auch jene Hohlräume, die durch den Abbau des organischen Materials sekundär entstanden (BARTHOLOMÄ, 2007). Bei hinreichend langsamem Abbau wurde das Pflanzengewebe sogar auf der Ebene der einzelnen Zellen abgebildet, was zur genauen Bestimmung der Pflanzenart genutzt werden kann.