Dombausteine - Der Schilfsandstein EarthCache

Dombausteine - Der Schilfsandstein

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Du stehst vor der "Gnadenpforte" des Bamberger Doms "Sankt Peter und Sankt Georg", erbaut vor 800 Jahren auf den Ruinen des durch ein Feuer zerstörten Vorgängerbaus.

Zu den drei Sandsteinarten, die das Gesicht des Bamberger Doms im Wesentlichen prägen, gehört der Schilfsandstein, gebrochen bei Zeil am Main, etwa 25km nordwestlich von Bamberg.

Die Entstehungszeit des Schilfsandsteins vor 224 bis 229 Millionen Jahren liegt in der erdgeschichtlichen Epoche der Trias, der ältesten Epoche des Erdmittelalters (Mesozoikum), als die Dinosaurier begannen, die Erde zu erobern.

Die Tabelle zeigt eine detaillierte zeitliche Einordnung
(Quelle: International Commission on Stratigraphy, 2015)

Der Schilfsandstein ist ein "nordischer Sandstein": Seine Körner aus Quarz und Feldspat wurden aus Skandinavien und dem Baltikum angeschwemmt. Nachdem sie diesen ungewöhnlich langen Weg zurückgelegt hatten, vermischten sie sich an ihrem Ziel im heutigen Süddeutschland mit dem in Rinnen und Überflutungsebenen vorhandenen Schlamm. Damals lag diese Region näher am Äquator und stellte ein dem heutigen Amazonasdelta vergleichbares Fluss-System in einem warmen und trockenen Klima dar.
Der Name Schilfsandstein verweist auf die in dieser Schicht vorkommenden Bereiche mit fossilen kohligen Bruchstücken von Farnen und Schachtelhalmen, die in Unkenntnis der biologischen Evolution für Schilfhäcksel gehalten wurden.
Aus lithostratigraphischer Sicht ist die Schilfsandsteinschicht, die heute als "Stuttgart-Formation" bezeichnet wird, eine Formation des Mittleren Keuper. Keuper wiederum war ursprünglich ein fränkischer Dialektausdruck für "bröckeliges" Tongestein, wurde aber später zum Namen der gesamten Gesteinseinheit zwischen Muschelkalk und Schwarzem Jura.

Frisch gebrochener Zeiler Schilfsandstein schimmert olivgrün bis grau, was auf Einlagerungen des Minerals Glaukonit zurückgeht. Mit 0,14mm mittlerer Korngröße steht dieser Sandstein an der Grenze zwischen "feinkörnig" und "sehr feinkörnig". Er weist zudem eine gute Sortierung auf (es sind kaum deutlich größere Körner eingelagert) und zeigt daher ein homogenes äußeres Erscheinungsbild. Die Oberfläche des bearbeiteten Schilfsandsteins ist immer rau und fühlt sich an wie feines Sandpapier. Die Bindung zwischen den Körnern erfolgt in hohem Maß durch Tonmineralien, was unter anderem zu einer geringen Druckfestigkeit führt.
All dies macht den Schilfsandstein zu einem ausgezeichnet formbaren Werkstoff, der sich optimal zur Herstellung von Skulpturen und Verzierungen eignet.

Im Außenbereich des Doms finden wir den Schilfsandstein an den Portalen (siehe Wegpunkte).
Beispiele für Schilfsandstein im Inneren des Domes sind die Georgenchorschranken (die den höher gelegenen Ostchor seitlich begrenzen) und vor allem der Bamberger Reiter (links neben dem Aufgang zum Ostchor).


Die besonderen Eigenschaften des Schilfsandsteins bewirken leider auch eine hohe Anfälligkeit gegenüber Verwitterung. 15% des Steinvolumens entfallen auf Poren, die beim Schilfsandstein besonders fein ausgebildet sind und so die kapillare Wasseraufnahme und damit auch die Erosion durch Frost und die chemische Verwitterung begünstigen. Dabei unterstützen quellfähige Tonmineralien wie Vermiculit die Bildung von oberflächennahen Salzkristallen, die aufgrund der Volumenausdehnung zu Absprengungen am Stein führen.

Wo der Stein zwar vor Regenwasser geschützt, aber oft hoher Feuchtigkeit ausgesetzt ist, sanden dünne Schichten ab. An exponierten Zonen mit ständigem Wechsel von Beregnung und Austrocknung werden die Salzkristalle in Oberflächennähe immer wieder ausgewaschen. Es entstehen feste Krusten, die im Ganzen abplatzen, sobald sich der Stein darunter aufgelöst hat.
Im Laufe der Jahrhunderte wurde an den Portalen schon vieles ausgetauscht und teilweise durch Kunststein ersetzt. Viele der Originalfiguren können aber im Diözesanmuseum besichtigt werden.


An der "Gnadenpforte" sind das Tympanon (über dem Tor), die Archivolten (Rundbögen) sowie das linke (südliche) Gewände mit seinen Säulen abgesehen von kleineren Schäden und Ausbesserungen aus Schilfsandstein und im Original erhalten. Allerdings ist die eigentliche Oberfläche des Schilfsandsteins unter einem gelben Anstrich aus der Barockzeit verborgen.

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1. Die Quarz- und Feldspatkörner des Schilfsandsteins sind im Vergleich zu denen anderer Sandsteinarten besonders klein. In welcher Weise könnte der lange Transportweg dazu beigetragen haben?
2. Links außerhalb des linken Gewändes der "Gnadenpforte" (unterhalb der Laterne) sind einige Steine aus Schilfsandstein in die Turmmauer eingebaut. Unterhalb davon befindet sich ein (mit Spiralen verzierter) Stein aus Coburger Bausandstein. Beschreibe die Oberfläche dieses Steins im Vergleich zur Oberfläche des Schilfsandsteins.
3. Begib Dich nun in den Dom und suche den Bamberger Reiter auf. Nur wenige Meter entfernt, zwischen den Treppen, die zum Ostchor hinauf führen, befindet sich der Sarkophag des Bistumsgründers Heinrich II. und seiner Gattin Kunigunde. Vergleiche den Deckel des Sarkophags mit dem Reiterstandbild. Glaubst Du, dass auch der Sarkophagdeckel aus Schilfsandstein besteht? Auf welches Merkmal des Steins gründest Du Deine Antwort?
4. Beim Bamberger Reiter verdeckt ein grauer Anstrich die Steinoberfläche. Ansonsten zeigt er nach 800 Jahren keine Anzeichen von Verwitterung. Unter anderem musste jedoch im Jahr 1784 ein Ohr des Pferdes ersetzt werden. Welches sieht Deiner Meinung nach eher wie das Ersatzohr aus, das rechte oder das linke (aus Sicht des Pferdes)? Beschreibe Anzeichen, auf die Du Deine Entscheidung gründest!
   
5. Ein Foto von Dir am oder im Dom ist herzlich willkommen aber natürlich freiwillig.

Viel Spaß!

English version

You're standing in front of the "portal of mercy" of Bamberg Cathedral, called "Saint Peter and Saint George". It was constructed 800 years ago on top of the ruins of the precursor cathedral which had been destroyed by a fire.

There are mainly three types of sandstone dominating the Cathedral of Bamberg. One of them is sandstone of the type "Stuttgart formation". It has been quarried in Zeil am Main, approximately 25km north-west of Bamberg.

The Stuttgart formation originates in the Trias period, about 224 to 229 million years ago. Trias is the first period of the Mesozoic Era, that was when the dinosaurs began to conquer the world.

In the table you can find a detailed list of the geological periods
(source: International Commission on Stratigraphy, 2015).

The Stuttgart formation is a sandstone from the north. His ingredients quartz grain and feldspar were washed ashore here coming from Scandinavia and the baltic area. After an unusually long journey they remained in southern Germany in channels and flat areas. In those times, southern Germany was near to the equator, and you can imagine the area to look like the Amazonas delta nowadays - a system of rivers in a warm and dry climate.
In german language, the Stuttgart formation is called "Schilfsandstein", which is "sandstone of reed". This name is not exactly true. The remains of the plants might look like reed, but in fact they are from fern and horsetail. Looking at the litostratigraphic aspect, the Stuttgart formation is a formation of the medium Keuper. Keuper is an ancient franconian dialect word for argillaceous rock breaking easily. Later on, it became the name for the whole stone layer that is found between Muschelkalk and the early Jurassic strata.In Great Britain the 'Keuper' is no longer a formally recognised geological division. The one-time Keuper Marls are now redesignated as the Mercia Mudstone Group. The underlying Keuper Sandstone is now the Helsby Sandstone Formation at the top of the Sherwood Sandstone Group.

The Stuttgart formation of Zeil am Main used in the Cathedral is olive-green to grey, due to the mineral glauconite. With a grain size of 0,14mm in average it's on the border between "fine" and "very fine". It's also sorted very well, the grain size is quite regular and there are only few bigger grains in the texture. The surface of elaborated Stuttgart formation feels like fine sand paper. The grains stick together by clay minerals, which makes the stone vunerable and little resistant to pressure. On the other hand, this is an advantage as the stone is easy to handle, especially to create sculptures and decoration.

You can find sculptures made out of Stuttgart Formation outside at the portals (see waypoints).
Examples inside of the Cathedral are the famous Bamberg Horseman (on the left of the stairs up to the eastern choir) and the lateral barriers of the higher east choir.


The special characteristics of the Stuttgart Formation unfortunately make the stone prone to weathering. Very fine pores make 15% of the stone volume, due to them the stone can soak with water and also erosion by cold and chemical weathering are favoured by them. Additionally, clay minerals like Vermiculite favour the creation of salt crystals, which have a higher volume and blow up the stone.

Where the stone is protected from rain water but still feels high moisture, thin layers are sanded. In unprotected areas, where the stone continuously gets wet and dries again, the salt crystals near to the surface are washed away again and again. Still, crusts remain, and they fall down entirely when the stone underneath has dissolved.
Over the last hundreds of years, a lot of details of the portals have been replaced, partially also by artificial stones. Many of the original statues can be visited in the Diözesan museum.


At the "portal of mercy", the Tympanon (on top of the portal), the round arches and the left (southern) wall with it's columns are preserved in the original version, only minor damages have been repaired. Unfortunately you can't see the original surface of the sandstone, it's covered with a yellow paint from the baroque period.

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1. Of all the sandstones, the Stuttgart formation is particularly finely grained. Why might the long way of transportation be responsible for that?
2. On the left of the portal of mercy (under the lantern) you can find some stones of the Stuttgart Formation stone. Under these, you can find a Hassberge Formation stone (decorated with spirals). Describe the difference regarding the surface of the stones.
3. Enter the Cathedral (opening times see below) and find the "Bamberger Reiter", the horseman symbol of bamberg. Only some meters away, between the two stairs leading up to the eastern choir, there's the sarcophagus of Heinrich II, founder of the diocese, and his wife Kunigunde. Is this sarcophagus made out of Stuttgart formation stone? Why do you think so?
4. The horseman is covered by grey paint. After 800 years, he is still fully intact. In the year 1784, though, one ear of the horse had to be replaced. In your opinion, is the left or the right ear the new one (looking in the direction of the horse's face). Look closely and tell me why you came to your conclusion.
   
5. A photo of you at or in the cathedral are warmly welcome but of course it's voluntary.

Feel free to send your answer in English, French or Italian.

Enjoy!