Vorsicht!
Bitte seid auch auf eure eigene Sicherheit bedacht und begebt euch nicht auf die Straße unter die Felsengruppe, da hier Gefahr durch Steinschlag sowie Gefahr durch den regen Straßenverkehr besteht. Zur Beantwortung der gestellten Fragen ist es nicht notwendig, sich auf die Straße oder direkt unter die Felsengruppe zu begeben.
Geotop
Die Felsengruppe des Scharfenstein ist als Geotop vom LGRB (Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau) Baden-Württemberg, offiziell ausgewiesen.
Geotope sind ganz besondere geologische Phänomene, die mit ihrer Einzigartigkeit und Schönheit für bestimmte geologische Phasen und Prozesse stehen und diese als Fenster in die Erdgeschichte uns heute dokumentieren.
Die Geologie am Scharfenstein
Im oberen Münstertal (südwestlicher Schwarzwald) befindet sich an der Straße zum Wiedener Eck hoch über dem Stampfbachtal der Scharfenstein, ein gewaltiger Gesteinskörper aus magmatischem Gestein.
Dabei handelt es sich um die Reste eines ehemals ausgedehnten Porphyrs, der auf der zuvor erodierten permischen Landoberfläche (Erläuterungen zur Geologische Zeitskala s.u.) des Grundgebirges aufliegt.
Aufgrund geologischer Untersuchungen und Interpretation geht man davon aus, dass der Münstertäler Porphyr sein Entstehen dem eruptiven Ausbruch einer vulkanischen Glutwolke verdankt. Er wird daher, im Gegensatz zu intrusiven Gangporphyren, auch als Deckenporphyr oder Ignimbrit bezeichnet.
Porphyr, Ignimbrit, (…) ? - scharfe Steine, allemal. Doch sind die geologische Strukturen, die Gesteine sowie deren Entstehung auch für den erdgeschichtlich interessierten Geocacher auf Anhieb nur schwer verständlich.
Mit diesem EarthCache möchten wir euch auch eine kleine Anleitung zum Thema Gesteinsbildung magmatischer Gesteine, deren Unterscheidungsmerkmale sowie der grundsätzlichen Vorgehensweise zur Gesteinsbestimmung im Gelände und Vorort (Stage 2) geben.
Gesteine bestimmen und unterscheiden
Gesteine sind natürliche Zusammenlagerungen von Mineralen, d.h. sie setzen sich aus verschiedenen Mineralarten zusammen. Minerale sind demnach der Grundbaustein der Gesteine.
Gesteine werden charakterisiert durch ihre mineralogische und chemische Zusammensetzung und ihr geologisches Vorkommen. Aus diesen Eigenschaften lassen sich Rückschlüsse auf die Bildungsbedingungen eines Gesteins ziehen. Ein weiteres Kriterium ist ihr Gesteinsgefüge. Damit bezeichnet man die Struktur, die sich aus Größe, Form und Beziehung von Körnern und Kristallen in einem Gestein ergibt.
Magmatische Gesteine entstehen durch Erstarren einer glutheißen Gesteinsschmelze, des Magmas. Erstarrt das Magma bereits innerhalb der Erdkruste bilden sich Tiefengesteine (Plutonite, Intrusivgesteine). Gelangt die Schmelze jedoch zur Erdoberfläche, spricht man von Ergussgesteinen (Vulkaniten, Effusiv- oder Eruptivgesteinen).
Eine Gesteinsschmelze entsteht in großen Tiefen der Erdkruste oder im oberen Erdmantel, wo die Temperaturen Werte von 700°C und mehr erreichen, welche für das Aufschmelzen der meisten Gesteine notwendig sind.
Magmatische Gesteine sehen sehr unterschiedlich aus. Hierbei spielen die Bedingungen, die während des Aufstiegs der Gesteinsschmelze vorherrschen eine besondere Rolle.
Nachdem die ersten gebildeten Minerale, die schwerer als die Schmelze sind, auf den Boden der Magmakammer absinken, kristallisieren in der gas- und wasserreichen Restschmelze Minerale mit niedrigeren Schmelzpunkten aus. Mit zunehmender Abkühlung wandern vor allem die in dem Wasser gelösten Minerale in die Klüfte und Spalten der Gesteine, dabei entstehen auch Gangporphyre.
Bei diesem Kristallisationsvorgang, bei dem verschiedene Minerale bei unterschiedlicher Temperatur aus einem einzigen homogenen Magma auskristallisieren, wird beständig die Zusammensetzung der Restschmelze geändert.
Geowissenschaftler sprechen dann von einer magmatischen Differentiation, wenn sich durch die chemisch-physikalische Umwandlung des ursprünglichen Magmas durch Abtrennung bereits auskristallisierter Minerale, Gesteinsschmelzen mit unterschiedlicher Zusammensetzung bilden. Dieser Prozess führt zu der Vielfalt der magmatischen Gesteine.
Größe, Verteilung und Ausrichtung der Minerale können sehr verschieden sein. Geowissenschaftler sprechen hier von Gesteinsgefüge.
Habt ihr gewusst,
dass ein solches Gesteinsgefüge grundlegend verschieden sein kann?
Denn hier ist die Erstarrungstiefe des Magmas entscheidend. Je tiefer die Gesteinsschmelze in der Erdkruste erstarrt und je geringer der Temperaturunterschied zum Nachbargestein, umso grob- und gleichkörniger ist das Gesteinsgefüge (d. h. alle Minerale haben ungefähr die gleiche Größe) Die Gesteinsschmelze kühlte langsam ab und hatte genügend Zeit zur Auskristallisation. Das bekannteste plutonische Gestein ist der Granit (Abbildung 1).
Abbildung 1: Regellose Anordnung der Minerale (=plutonisches Gesteinsgefüge) im Granit. Mineralbestand: Quarz (durchsichtig und erscheint daher grau), Feldspat (besitzt im Gegensatz zum Quarz eine Eigenfarbe; hier Plagioklase weiß), Glimmer Muskovit (dkl. grau) und Biotit (schwarz).
Ganz anders verhält es sich währende des raschen Aufstiegs und eruptiven Ausbruch einer Gesteinsschmelze.
Porphyr ist der Sammelbegriff für sehr harte vulkanische Ergussgesteine. Ein Porphyr entsteht, wenn Magma im Erdinneren zunächst langsam erkaltet. In der Tiefe bilden sich wenige, aber große Kristalle. Kommt es dann zu einem schnellen Aufstieg der Gesteinsschmelze, kühlt diese sehr rasch ab und kristallisiert. Typisch ist ein Gesteinsgefüge mit dichter, für das blose Auge meist nicht als kristallin erkennbarer Grundmasse und darin eingelagert gut sichtbare Kristalle, den Einsprenglingen. Geowissenschaftler sprechen hier von porphyrischem Gesteinsgefüge (Abbildung 2 und 3).
Abbildung 2: Porphyrisches Gesteinsgefüge eines Gangporphyrs. Feinkristalline rötliche Grundmasse mit unsortierten Einsprenglingen bestehend aus Kristallen wie Quarz (durchsichtig und erscheint daher grau), Feldspat (besitzt im Gegensatz zum Quarz eine Eigenfarbe; hier Plagioklase weiß).
Magma enthält Wasser in Form von Dampf. Die Menge an Dampf, die in einer Gesteinsschmelze gelöst ist, steuert ihr Verhalten beim Ausbruch. Viel Wasser führt zu explosiven Eruptionen. Dabei kann sich eine sehr heiße Wolke aus Asche, Lavafetzen, mitgeführten Gesteinsfragmenten und Gasen bilden, die auf der Erdoberfläche einen schnell fließenden sogenannten pyroklastischen Strom bilden. Dabei werden die Gemengteile miteinander verbacken (Abbildung 3). Der so entstandene Schmelztuff oder auch Ignimbrit besteht meist aus einer einzigen sehr kompakten Gesteinsschicht, die sehr groß sein kann.
Abbildung 3: Porphyrisches Gesteinsgefüge eines Ignimbrits: Feinkristalline graue Grundmasse mit unsortierten Einsprenglingen bestehend aus Asche- und Glaspartikeln (grau), Kristallen wie Quarz (grau), Feldspat (weiß), Hornblende (dkl. grau) und Gesteinsfragmenten.
Metamorphe Gesteine gehen durch die Umwandlung unter erhöhten Drücken und Temperaturen aus bereits bestehenden Gesteinen hervor. Gesteinsmetamorphose führt zur Veränderung von Mineralbestand und Gefüge eines Gesteins. Die Gesteine, die eine Gesteinsmetamorphose erfahren haben, werden Metamorphite genannt. Geowissenschaftler nennen die lagige Einregelung der Minerale auch Schieferung (Abbildung 4). Hierdurch unterscheiden sich metamorphe Gesteine von Plutoniten.
Gneise bilden eine Gruppe hochgradig metamorpher Gesteine.
Abbildung 4: Zum Vergleich ein Gneis mit feldspat- (weiß), glimmer- (silbrig-grau) und biotit-reichen (schwarz) Lagen im Wechsel (= metamorphes Gesteinsgefüge).
Habt ihr gewusst,
dass diese Veränderungen im Gestein im festen Zustand erfolgen! Im Unterschied zu den Magmatiten ist keine Gesteinsschmelze vorhanden.
dass sich während der Gesteinsmetamorphose der Mineralbestand verändert. Bestimmte Minerale verschwinden, gleichzeitig entstehen andere an ihrer Stelle.
Zur Gesteinsbestimmung im Gelände schaut man sich demnach zuerst das Gefüge an, also die Anordnung der Minerale. Daraus leitet sich eine Vermutung ab, was für einen Typ Gestein man vor sich hat. Anschließend bestimmt man die Minerale, soweit möglich.
Die Abbildungen zeigen euch den grundsätzlichen Unterschied zwischen plutonischem (1), porphyrischem (2 und 3) und metamorphem Gestein (4).
Geomorphologie
Gesteine werden gefaltet, zerbrochen, herausgehoben und wieder abgetragen.
Im Laufe der Jahrmillionen war die Region des heutigen Schwarzwaldes mehrmals der Gebirgsbildung unterworfen. Seit etwa 50 Millionen Jahren wird sie abermals emporgehoben. Ihr heutiges Erscheinungsbild hängt eng mit der Entstehung des Oberrheingrabens zusammen.
Durch die heute noch anhaltende, auf tektonische Bewegung der Erdkruste zurückgehende Heraushebung der beiden Grabenschultern (Schwarzwald, Vogesen), Absenkung des Oberrheingrabens (am Scheitelpunkt der Heraushebung) und einhergehender Erosion des sogenannten Deckgebirges, wurden die Gesteine teils bis zum Grundgebirge wieder abgetragen. Der Oberrheingraben nahm den größten Teil des Abtragungsschuttes auf.
Die härteren, verwitterungsresistenteren Gesteine, wurden aus der Umgebung herausmodelliert. Sie bilden heute markante Formen in der Landschaft. Ein solches Beispiel ist der Scharfenstein.
Seine imposante geomorphologische Erscheinung ist für diese Region einzigartig.
Eine Besonderheit am Scharfenstein liegt in seiner Entstehung und der daraus resultierenden Säulenstellung. Über Bruchspalten im Grundgebirge stieg Gesteinsschmelze auf, die sich nach ihrem eruptiven Ausbruch auf der Erdoberfläche als Deckenporphyr oder Ignimbrit absetzte. Durch die Abkühlung zog sich das Gestein so stark zusammen, dass senkrecht zur Abkühlungsfläche Spannungsrisse entstanden, die zur ausgeprägten Säulenbildung führte. Entlang des Gesteinskörpers am Scharfenstein kann man dies besonders gut beobachten.
Habt ihr gewusst,
dass die Felsengruppe am Scharfenstein, bedingt durch die anhaltende Erosion, der Rest eines ursprünglich viel größeren Gesteinskomplexes ist, der sich vor mehreren Millionen Jahren vermutlich bei einem einzigen vulkanischen Ereignis gebildet hatte.
dass dabei eine gewaltige Eruption stattgefunden haben muss. Diese Eruption war so gewaltig, dass Gesteinsfragmente aus mehreren 100 m Tiefe heraufgerissen wurden. Vermutlich verwüstete dabei eine sehr heiße pyroklastische Wolke die umliegende Umgebung. Der Ausbruch des Deckenporphyrs muss damals ein imposantes Naturereignis gewesen sein.
Geologische Zeitskala
Das Perm ist auf der geologischen Zeitskala das letzte System (bzw. Periode in der Geochronologie) im Erdaltertum (Paläozoikum). Das Perm begann vor etwa 299 Millionen Jahren und endete vor etwa 251 Millionen Jahren. Es folgt auf das Karbon und wird von der Trias überlagert.
Bezogen auf die Landoberfläche nimmt das Perm nur wenige Bereiche in Baden-Württemberg ein. Überwiegend liegt das Gestein unterirdisch in tieferen Schichten. Nur im Schwarzwald sowie im Vorderen Odenwald treten aufgrund von Heraushebung und einhergehender Erosion des sogenannten Deckgebirges, die Gesteine des Grundgebirges vermehrt zutage.
Die Periode des Perms war eine Zeit verstärkter vulkanischer Aktivität, die mit den damaligen tektonischen Bewegungen zusammenhing. Die permischen Vulkane förderten vor allem Quarzporphyre in Form von Lavaströmen und -decken, Tuffen und Schlotfüllungen. Es sind auch pyroklastische Ablagerungen ehemaliger vulkanischen Glutwolken (Ignimbrite), wie hier am Scharfenstein, bekannt.
Entstehungsweise
Zur Zeit des Oberen Perm (Rotliegendes), als die Abtragung der älteren Gesteine ein Niveau erreicht hatte, das vermutlich nur wenig über dem heutigen lag, kam es zu einem ausgedehnten Vulkanismus in der Region. Wir finden heute diese Spuren der Erdgeschichte in Form von Schlotfüllungen, Deckenergüssen und Tuffen. Daneben war aber eine Sonderform des Vulkanismus aktiv, deren Gesteine wir heute neben anderen, kleineren Vorkommen, im Münstertal finden. Es handelt sich hierbei um Ignimbrite, Ablagerungen aus pyroklastischen Glutwolken mit einer charakteristischen Entstehungsweise: steigt ein sehr gasreichen und zähes Magma im Schlot auf, kann es geschehen, dass sich Gesteinsschmelze und Gas nicht vollständig trennen, wie das beispielsweise bei einem vulkanischen Tuff der Fall ist. Vielmehr entsteht eine Art Aerosol, d.h. ein Gemisch aus Gesteinsschmelze und Gas, das aufgrund seiner hohen Dichte als glühende Lawine über die Landoberfläche schießt. Die dabei an der Vorderfront der Glutlawine eingeschlossene Luft erwärmt sich durch die Hitzeeinstrahlung explosionsartig und verstärkt somit noch die Bewegung und Geschwindigkeit. Ist die Glutlawine zum Stillstand gekommen, so sinken die immer noch schmelzflüssigen Partikel unter vollständiger Gasabgabe zusammen und erstarren zu einem festen, dichten Gestein, das außer den ursprünglich in der Gesteinsschmelze vorhandenen Kristallen auch noch Partikel aus dem Nebengestein und vom Boden aufgewirbeltes Material enthalten kann.
Aufgrund geologischer und petrographischer Untersuchungen geht man davon aus, dass zur Zeit des Oberen Perm aus einem Vulkan östlich von Badenweiler eine Glutwolke ausgestoßen wurde, die schließlich eine Verbreitung von über 600 km2 bei einer Mächtigkeit von einigen hundert Metern besaß.
Durch die Ablagerungen der Glutlawine wurde die gesamte Oberfläche der vorherigen Landschaft zugedeckt. Erst durch die viel spätere Heraushebung und Abtragung der jüngeren Gesteinsschichten, kamen die vulkanischen Ablagerungen wieder zum Vorschein. Diese härteren, verwitterungsresistenteren Gesteine, wurden aus der Umgebung herausmodelliert. Sie bilden heute markante Formen in der Landschaft. Ein solches Beispiel ist der Scharfenstein.
Quellen und weiterführende Literatur:
LGRB (Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau) Baden-Württemberg (2004): Geotouristische Karte von Baden-Württemberg, Schwarzwald und Umgebung – Erlebnis Geologie
LGRB (Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau) Baden-Württemberg (2002): Erlebnis Geologie
LGRB (Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau) Baden-Württemberg (1996): Geologische Karte von Baden-Württemberg 1 : 50 000, Erläuterungen Freiburg i. Br. und Umgebung
sowie eigene Beobachtungen, Abbildungen
Aufgaben
Um den Cache zu loggen, müsst ihr folgende beiden Fragen Vorort beantworten:
(1) Der Scharfenstein ist vermutlich der Rest eines ursprünglich viel größeren Gesteinskomplexes, der sich vor mehreren Millionen Jahren bei einem einzigen vulkanischen Ereignis gebildet hatte. Allein durch seine Größe ist er eine imposante geomorphologische Erscheinung.
Wie hoch schätzt ihr in etwa die Höhe der Felsengruppe ein? (Stage 1)
(2) Am Aufschluss neben dem Parkplatz (Stage 2), finden sich einzelne Felsbruchstücke. Bitte schaut euch diese etwas genauer an.
Was könnt ihr uns über die Farbe des Gesteins sowie der Verteilung und Größe der mit losem Auge sichtbaren Minerale sagen.
Lässt sich an den Felsbruchstücken ein Gesteinsgefüge erkennen?
Nenne die Unterschiede zu denen im Listing vorgestellten magmatischen Gesteine.
Bitte beschreibt mit eigenen Worten kurz eure Beobachtungen.
Bitte sendet eure Antwort per E-Mail an uns und logged diesen EarthCache. Falls es ein Problem mit eurer Antwort geben sollte, so melden wir uns, um es zu lösen. Wenn es kein Problem gibt, dann war eure Antwort richtig und der Log in Ordnung.
Falls ihr möchtet, könnt ihr noch ein Bild von euch selbst und/oder eurem GPS mit dem Scharfenstein im Hintergrund machen und es zusammen mit eurem Log hochladen (optional).
Falls ihr Lust haben solltet, so könnt ihr bei dieser Gelegenheit auch den nahen Cache Scharfer Stein von etrossi (GCH5DV) angehen. Diese kleine Wanderung auf den Scharfenstein setzt Kondition und festes Schuhwerk voraus.
Zwei Möglichkeiten zur Höhenbestimmung der Felsengruppe
(1) Durch Abschätzen der Höhe vom Parkplatz aus.
(2) Mit einer einfachen Peilung (nach dem Prinzip des Strahlensatzes, siehe Skizze) könnt ihr ebenfalls die Höhe des Scharfenstein in etwa bestimmen.
Für die Peilung braucht ihr einen Zollstock.
Um die Sache zu vereinfachen, haben wir bereits die Entfernung zwischen den beiden Punkten P (Stage 1) und B1 (lotrechter Fuß der Felsengruppe) ermittelt. Der Abstand (PB1) beträgt 150 Meter.