Hinweis beachten!
Da der ehemalige Steinbruch vom Schützenverein St. Sebastianus Aschaffenburg 1899 e.V. als Übungsgelände genutzt wird und in diesem regelmäßig mit scharfer Munition geschossen wird, weisen wir ausdrücklich darauf hin, dass das Grundstück des Schützenvereins aus sicherheitstechnischen Gründen (Verletzung durch Schrot, herabfallende Wurfscheibenreste, Querschläger etc.) nicht betreten werden darf und muss!!! Wir bitten, diesen Hinweis der Schützen zu respektieren! Die am Wanderparkplatz liegenden Felsblöcke aus dem Steinbruch reichen vollkommen aus, um die Thematik dieses Earthcaches nachvollziehen zu können und die Fragen zu diesem EarthCache zu beantworten!
Der Spessart ist ein Mittelgebirge in Bayern und Hessen, welches sich zwischen dem Vogelsberg, der Rhön und dem Odenwald erstreckt. Geologisch lässt er sich in drei Gruppen von Gesteinen untergliedern:
- Kristallines Grundgebirge
- Permo-mesozoisches Deckgebirge
- Jüngste Ablagerungen aus dem Tertiär/Quartär
Das kristalline Grundgebirge, bestehend aus magmatischen und metamorphen Gesteinen, bildet den tiefen und alten Untergrund. Edukte der metamorphen Gesteine waren vorwiegend Sedimente, in die vulkanische Gesteine wie Basalt eingeschaltet waren. Diese wurden vor ca. 400 bis 600 Millionen Jahren im Silur/Devon bis hin zum jüngeren Proterozoikum abgelagert. In dieses vulkanisch-sedimentäre Gesteinspaket drangen vor ca. 400 Millionen Jahren heiße Gesteinsschmelzen, s.g. Magmen, ein, die im Untergrund "stecken" blieben und dort zu plutonischen Gesteinen auskristallisierten. Im Zuge der variszischen Gebirgsbildung wurde der Komplex metamorph überprägt, d.h. es kam durch erhöhte Drücke und Temperaturen während der Gebirgsbildung zu Veränderungen des Gefüges, des Mineralbestandes und auch zu veränderten chemischen Zusammensetzungen. Aus den Sedimentgesteinen wurden Glimmerschiefer, Paragneise, Quarzite und Marmore gebildet, wohingegen die Basalte zu Amphiboliten und die Granite zu Orthogneisen umgewandelt wurden. In diese nun metamorphen Gesteine drangen vor ca. 330 Millionen Jahren nochmals magmatische Schmelzen ein, die ebenfalls im Untergrund "stecken" blieben und zu Quarz-Dioriten, Granodioriten aber auch Graniten auskristallisierten.
Vor 270 bis 300 Millionen Jahren, also im frühen Perm (Rotliegend) bis zum späten Karbon, wurde das frühe kristalline Grundgebirge herausgehoben und durch Erosionsprozesse z.T. auch abgetragen. Dieses abgetragene Kristallingestein wurde vor allem in Senken auf der Nordseite des Spessart abgelagert und bildet dort das permo-mesozoische Deckgebirge, welches das kristalline Grundgebirge diskordant (-> Zeitlücke zwischen beiden Einheiten) überlagert. Darüber hinaus kam es in der Rotliegend-Zeit vor ca. 290 Millionen Jahren zu vulkanischen Ausbrüchen, weswegen man mancherorts auch Rhyolith finden kann. Durch Vordringen des Zechsteinmeeres vor ca. 258 Millionen Jahren kam es zu weiten Überflutungen und zur Ablagerung von bis zu 45 m mächtigen Zechstein-Dolomiten auf dem Zechsteinkonglomerat und Kupferschiefer. Darüber folgen die bis 500 m mächtigen Sedimentgesteine (überwiegend Sandsteine mit eingelagerten Ton- und Schluffsteinen) des Buntsandstein, die vor ca. 243 bis 251 Millionen Jahren in weit verzweigten Flusssystemen abgelagert wurden.
Nach einem langen Hiatus (Zeit ohne Ablagerung) kam es im Spessart erst wieder während des Tertiärs und Quartärs zu weiteren Ablagerungen von vorwiegend Tonen, Sanden und Braunkohle aus dem Oberpliozän (1,7 Millionen Jahre). Die jüngsten Einheiten bilden die Terrassenschotter und Ablagerungen der Eiszeit (Wanderschutt, Löss, Lösslehm, Flugsande und Hanglehme), abgelagert in den Warm- und Kaltzeiten des Pleistozäns, sowie holozäne Talfüllungen und Schwemmkegel.
Abb.1: Der ehemalige Höllein'sche Steinbruch (mit freundlicher Genehmigung von Joachim Lorenz).
Ehemaliger Höllein'scher Steinbruch:
Der ehemalige Höllein'sche Steinbruch am Stengerts bei Schweinheim (Abb.1) ist Teil der Mitteldeutschen Kristallinschwelle, welche vor ca. 350 Millionen Jahren durch die Subduktion des südlichen Schelfbereiches von Baltica unter Cadomia entstanden ist (Abb.2). Die Subduktion ist ein fundamentaler Prozess der Plattentektonik, bei der sich zwei tektonische Platten relativ aufeinander zu bewegen. Als Folge taucht der Randbereich der schwereren ozeanischen Lithosphäre in den darunter liegenden Teil des Erdmantels ab, während dieser gleichzeitig von der angrenzenden leichteren kontinentalen Lithosphärenplatte überfahren wird. Durch das Absinken in wärmere Bereiche des Erdmantels steigen die Temperatur und der Druck in der ozeanischen Lithosphäre derart an, dass metamorphe Prozesse zu einem Anstieg der Dichte im absinkenden Material und damit wiederum zum tieferen Absinken in den Erdmantel führen. Dabei kommt es zur Freisetzung von Fluiden und schließlich zur Teilaufschmelzung (Anatexis) des zwischen Oberplatte und absinkender Ozeanlithosphäre hineinragenden Teils der Asthenosphäre. Die entstehende Schmelze (Magma) steigt auf. Meist bleibt das Magma in der Kruste der überfahrenden Platte stecken und erstarrt dort zu großen grobkristallinen Plutonen. Durchschlägt das Magma aber die überfahrende Kruste, kommt es zur Bildung von kontinentalen Vulkanketten oder ozeanischen Inselbögen.
Abb.2: Vulkanismus durch Subduktion von Baltica unter Cadomia führt zur Bildung der mitteldeutschen Kristallinschwelle (MKS) mit dem Spessart im Zentrum.
Die Produkte eines solchen Subduktionsvulkanismus sind im ehemaligen Höllein'schen Steinbruch aufgeschlossen und bieten einen guten Einblick in die Magmatite des Quarzdiorit-Granodiorit-Komplexes, die sich durch ihr massiges Erscheinungsbild deutlich von den üblicherweise im Spessart vorkommenden Gneisen und Glimmerschiefern unterscheiden.
Hauptsächlich sind insgesamt drei Typen von Gesteinen im Steinbruch zu finden:
1. Große Teile des Steinbruchs bestehen aus Quarzdioriten. Charakteristisch ist die schwarze bis grünlich-schwarze Matrix aus Biotit und Hornblende, in der vor allem weißlich-runde Feldspäte schwimmen. Diese Einsprenglinge aus Plagioklas erreichen Durchmesser bis zu 2 cm. Zusätzlich sind fettiggrauer Quarz, Titanit, Magnetit, Ilmenit, Allanit und Zirkone als Nebengemenge zu finden. Außerdem zeigten petrographische Untersuchungen noch Sericit, Chlorit, Saponit, Epidot, Prehnit, Calcit, Hämatit und Goethit als relativ selten vorkommende Sekundär-Minerale, also Minerale die sich nach der Ablagerung durch diagenetische Veränderungen gebildet haben.
2. Innerhalb des Quarzdiorites sind häufig linsenförmige, feinkörnige basische Schollen aus Biotit-Amphibolit zu beobachten, deren randliche Begrenzung zum umgebenden Quarzdiorit häufig nicht scharf ausgebildet ist. Diese meist dunkel gefärbten basischen Schollen zeigen erhöhte Gehalte an Biotit und Hornblende, sowie variable Mengen an Quarz. Interpretiert werden diese basischen Schollen als endomagmatische Einschlüsse, und nicht als Xenolithe, d.h. es sind keine Fragmente des Nebengesteins, welche beim Aufstieg des Magmas mittransportiert wurden.
3. Randlich geht dieser Quarzdiorit allmählich in diffus begrenzte, helle Schlieren aus Plagioklas und rötlichem Alkalifeldspat über. Ihre Menge und Korngröße variiert. Neben Plagioklas und K Alkalifeldspat führen diese Schlieren zusätzlich noch idiomorph ausgebildete Hornblenden, Biotite und relativ häufig auch honigbraune, stark glänzende Titanit-Kristalle. Die idiomorphe Ausbildung der Hornblenden deutet auf ein langsames, ungestörtes Wachstums in der Schmelze hin.
Alle drei Hauptgesteinstypen lassen sich wunderbar an den großen Felsblöcken am Wanderparkplatz studieren (vgl. Aufgaben).
Klassifizierung von magmatischen Gesteinen:
Bei magmatischen Gesteinen unterscheidet man grundsätzlich zwischen Plutoniten (Magma ist im Untergrund "stecken" geblieben und dort langsam auskristallisiert) und Vulkaniten (Magma hat die Erdoberfläche erreicht und ist dort an der Luft oder im Wasser relativ zügig erstarrt). Aufgrund der relativ langsamen Abkühlung von Plutoniten in großen Tiefen, können die Kristalle im Untergrund langsam und ungestört in der Schmelze wachsen, wodurch das charakteristische grobkörnige Gefüge entsteht. Vulkanite (auch Effusiv- oder Eruptivgesteine genannt) hingegen zeichnen sich durch eine schnelle Abkühlung in geringen Tiefen oder an der Erdoberfläche aus, weshalb sie häufig eher ein feinkörniges oder sogar glasiges Gefüge zeigen.
Klassifizieren lassen sich magmatische Gesteine mit Hilfe des sogenannten Streckeisendiagramms, auch QAPF genannt, benannt nach dem Berner Petrographen Albert Streckeisen (1901–1998). Hierbei wird der am Gestein durch Mikroskopie bestimmte Modalbestand (auf 100 % umgerechneter prozentualer Anteil von Quarz (Q), Alkalifeldspäten (A), Plagioklas-Feldspat (P) und den Feldspat vertretenden Mineralen (Foide (F)) als Punkt in dieses (Doppeldreiecks-)Diagramm gezeichnet. Grundsätzlich unterscheidet man hier zwischen dem Streckeisendiagramm für Plutonite und dem Streckeisendiagramm für Vulkanite (Abb. 3).
Je nach Feld, in dem der Modalbestand plottet, kann der entsprechende Gesteinstyp abgelesen werden. Beispielsweise würde eine plutonische Probe, an der ein Modalbestand von Quarz = 40 Vol.-%, Alkalifeldspat = 30 Vol.-%, Plagioklas = 30 Vol.-% bestimmt wurde im Granit-Feld eingezeichnet werden (Abb. 3).
Abb.3: Streckeisendiagramm (auch QAPF- oder IUGS-Diagramm genannt) zur Klassifikation von Vulkaniten und Plutoniten basierend auf ihrem Modalbestand. Das im Text beschriebene Beispiel mit einem Modalbestand von Quarz = 40 Vol.-%, Alkalifeldspat = 30 Vol.-%, Plagioklas = 30 Vol.-% würde in Feld 3 plotten und müsste somit als "Granit" angesprochen werden.
Aufgaben:
1. An WP1 liegen einige große Felsbrocken aus dem ehemaligen Steinbruch. Schaue dir das Gestein an. Beschreibe das überwiegend vorkommende Gestein und entscheide, ob das Gestein plutonischen oder vulkanischen Ursprungs ist. Begründe deine Antwort!
2. Die chemische Analyse des in Aufgabe 1 gezeigten Gesteins aus dem Steinbruch hat folgenden Modalbestand ergeben (verändert nach Okrusch et al. (2011); Anteil der dunklen (mafischen) Minerale bereits herausgerechnet):
Quarz: 6 Vol.-%, Alkalifeldspat: 2 Vol.-%, Plagioklas: 92 Vol.-%
Ermittle mit Hilfe des im Listing beschriebenen Streckeisendiagrammes, welches oben beschriebene Gestein aus dem Steinbruch analysiert wurde?
3. Welches Alter hat dieses Gestein somit, basierend auf den Erkenntnissen aus beiden ersten Aufgaben?
4. Neben dem Hauptgestein sind in diesem Felsblock noch helle Schlieren aus Plagioklas und Alkalifeldspat mit idiomorph ausgebildeten Hornblenden und Biotit zu erkennen. Ermittle die Öffnungsweite des länglich angeschnittenen Ganges!
5. Gehe zu WP2. Beschreibe das Gefüge (Aussehen) dieses Felsblockes und entscheide, welche beiden Gesteinsarten aus dem Steinbruch dort zu sehen sind.
6. Mache ein Foto von dir, deinem GPS, deinem Avatar oder sonst einem persönlichen Gegenstand mit dem Steinbruch im Hintergrund, ohne das Grundstück des Schützenvereins zu betreten!
Sende die Antworten bitte per E-Mail (nicht via Message-Board) an unsere Adresse.
Loggen könnt ihr sofort. Sollte etwas nicht stimmen, melden wir uns bei dir!
Logs ohne Antworten und/oder ohne Foto werden kommentarlos gelöscht (vgl. https://www.gc-reviewer.de/fotobeweis-bei-earthcaches-wieder-zugelassen/)!
Quellen:
1. Okrusch, M., Geyer, G. & Lorenz, J. (2011): Sammlung geologischer Führer - Spessart, Band 106. Gebr. Bornträger, Stuttgart, 368 Seiten.
2. Wikipedia.de
3. Homepage Joachim Lorenz (spessartit.de)