Abb. 1: Ein Teil des Steinbruchs Meisensatz
Der Steinbruch Meisensatz ist der einzige, größere Aufschluss vulkanischen Gesteins auf der Gemarkung Eichstetten. Der Betrieb ist schon seit vielen Jahren eingestellt. Wegen Steinschlag ist der Aufenthalt unterhalb der Felswand verboten. Diese Exkursion führt uns zu den polygenen (gemischten) Tuffen des Meisensatzes. Diese zählen zu den ältesten Förderprodukten, mit denen der Kaiserstuhl-Vulkanismus vor etwa 18 Millionen Jahren begonnen hatte.
Der Steinbruch am Meisensatz zeigt eine vulkanische Brekzie aus bis über 50 cm großen, eckigen bis kantengerundeten Blöcken eingeschlossen in eine Grundmasse aus kleineren bis mikroskopisch kleinen Gesteinsbruchstückchen. Die Gesteinsbrocken entstammen sowohl den Erguss- und Ganggesteinen, wie auch dem Grundgebirge (Gneise) sowie Sedimentgesteinen.
Wie können sich eigentlich aus aufsteigender Magma aus dem Erdinnern unterschiedliche Gesteine bilden ? Die Erklärung hierzu liefert die sogenannte magmatische Differentiation. Diese beschreibt die Entstehung unterschiedlicher Teilmagmen aus einem sogenannten Stamm-Magma durch Veränderung der chemischen Zusammensetzung. Aus einer flüssigen Gesteinsschmelze (Magma) mit einer bestimmten chemisch-mineralogischen Zusammensetzung (Stammmagma) muss nicht einfach ein bestimmtes magmatisches Gestein mit derselben Zusammensetzung auskristallisieren.Vielmehr kann eine ganze Reihe von unterschiedlichen Gesteinen mit verschiedenen Zusammensetzungen (Mineralkomponenten) enstehen. Grundlegender Motor hinter diesem Prozess ist die Entgasung (also das Entweichen leichtflüchtiger Elemente unter Druckentlastung) sowie die Abkühlung einer magmatischen Schmelze.
Bereits im schmelzflüssigen Zustand können sich unmischbare Komponenten, wie sulfidische und oxidische Phasen einer Schmelze, voneinander trennen (ähnlich wie sich Öl und Essig trennen). Bei der Abkühlung der Schmelze kommt es zu einer sogenannten fraktionierten Kristallisation. Deren Konzept beruht auf der Tatsache, dass Magmen Mehrkomponenten- oder Mehrstoffsysteme sind, deren einzelne Komponenten verschiedene Schmelzpunkte besitzen.
Eine typische (silikatische) Primärschmelze ist der Basalt. Er steigt in seiner ursprünglichen Zusammensetzung vom Erdmantel aus auf und bildet unter dem Vulkan einen Magmenkörper. Dort kühlt die basaltische Schmelze langsam ab und verändert sich. Es kristallisieren zuerst die Komponenten mit dem höchsten Schmelzpunkt aus und sinken in der Magmakammer aufgrund der höheren Dichte nach unten. Aus der restlichen Teilschmelze (die wiederum über eine ganz bestimmte Zusammensetzung und physikalische Eigenschaften verfügt) kristallisiert bei weiterer Abkühlung nun jener Teil mit dem nächsthöheren Schmelzpunkt aus, der wiederum nach unten absinkt. Somit ändert die Restschmelze bei kontinuierlicher Abkühlung ständig ihre chemische Zusammensetzung. Bei deren Aufstieg und Abkühlung kristallisieren dann weitere Mineralien in der Schmelze.
Tephritische Vulkanite haben allgemein ein basaltähnliches Aussehen. Sie sind als Produkte magmatischer Differentiation in Bezug auf Detailmerkmale, wie sie vor allem durch unterschiedliche Einsprenglingsführung und Einsprenglingsgrößen bedingt sind, vielgestaltig. Jedoch ist die Färbung durchweg basaltähnlich dunkelgrau.
Wenn Einsprenglinge vorkommen, dominieren gewöhnlich schwarze, idiomorphe Augite. Olivin kommt nur in geringer Menge vor, meist fehlt er. Tephrite sind meist einsprenglingsarm oder auch frei von Einsprenglingen. Die Grundmassen sind nicht selten von Poren durchsetzt, die durch Zeolithminerale ausgekleidet sein können.
Zeolithe sind Mineralien magmatischer, basaltischer Schmelzen. Weit häufiger jedoch sind Zeolithe Sekundärmineralien, d.h. daß Zeolithe aus der hydrothermalen und/oder kontaktmetamorphen Umwandlung aus anderen Mineralien hiervorgehen.
Im Zusammenhang mit dem Rückgang der vulkanischen Aktivität des Kaiserstuhls bildete sich die sogenannte hydrothermale Nachphase, in welcher heiße und mineralreiche Thermalwässer zirkulierten. Die Wege für die Zirkulation waren bereits vorgegeben durch die zahlreichen, durch Abkühlung in der Lava entstandenen Klüfte, sowie die Hohlräume der einstigen eingeschlossenen Gasblasen.
In diesen Hohlräumen konnte sich aufgrund langsamer, kontinuierlicher Abkühlung eine Vielzahl von schön auskristallisierten Mineralien bilden. Die zahlenmäßig größte Mineralgruppe bilden hierbei die Zeolithe, die als Umwandlungsprodukte von Leuciten und Plagioklasen gedeutet werden. Letztendlich handelt es sich bei den Zeolithen um eine Gruppe von Alumosilikaten, die Wasser gebunden haben. Die Minerale innerhalb der Gruppe können faserige Aggregate bis Kristalle bilden.
Tephrite sind im Gelände mit basaltischen Gesteinen im weiteren verwechselbar. Sie können massig, mit weitständiger Kluftgliederung oder auch mit säuliger Absonderung auftreten. Wie Basalte können sie bei ausreichendem Volumen kilometerlange Lavaströme bilden.
Tephrit ist in Betracht zu siehen, wenn basaltartiges, dunkelgraues vulkanisches Gestein sowohl arm an Olivin als auch an Plagioklas ist. Wenn zusätzlich Feldspatvertreter vorkommen, liegt eine Einstufung als Tephrit zumindest nahe. Phonolitischer Tephrit ist tendenziell heller.
Wie auch an vielen anderen Orten üblich, ist auch hier eines der üblichen Begleitgesteine des Tephrit der Phonolith. Typische Phonolithe sind hellgraue, oft grünlich getönte, dichte Gesteine. Phonolithe sind recht sicher erkennbar, wenn sie eine schieferungsähnlich wirkende, plattige Gliederung und Teilbarkeit zeigen. Bei zusätzlich grünlich-grauer Färbung und dem Vorkommen grünlich-schwarzer, leistenförmiger Mafitkristalle, ist die Bestimmung als Phonolith relativ sicher, auch wenn kein Feldspatvertreter zu erkennen ist. Deren Vorkommen ist oft auf die Grundmasse beschränkt. Für die Unterscheidung zwischen Phonolith im engeren Sinne und tephritischem Phonolith ist man auf Mikroskopie bzw. chemische Analysen angewiesen. Als Gesteine, die zwischen Phonolith und Tephrit vermitteln, sehen tephritische Phonolithe tendenziell dunkler aus als gewöhnliche Phonolithe.
Im QAPF-Klassifikationsdiagramm nach Streckeisen liegen (tephritische), porphyrische Phonolithe im Feld 11.
Abb. 2: QAPF-Klassifikationsdiagramm nach Streckeisen
Der darstellende Punkt im Diagramm wird bestimmt anhand des modalen Bestandes der felsischen Minerale und dessen prozentualem Anteil im Gesteinsverband. Berücksichtigt werden beim Streckeisendiagramm folglich lediglich die Mineralphasen Quarz (Q), Alkalifeldspäte (A), Plagioklase (P) und Foide (F). Das Diagramm wird aus zwei Konzentrationsdreiecken gebildet. Die beiden Dreiecke berühren sich auf der Feldspat-Grundlinie, da freier Quarz und Foide in einem Magma nicht zugleich kritallisieren können, sondern zu Feldspat reagieren würden. Die Eckpunkte des Diagramms werden durch Gesteine gebildet, in denen die jeweiligen Minerale den einzigen felsischen Anteil bilden.
Die Zusammensetzung eines Gesteins ergibt sich aus der Entfernung des jeweiligen Punktes im Diagramm zu den Eckpunkten, also den Gesteinen mit den jeweils reinen Grundmineralgruppen. So würde ein Gestein mit 30 % Quarz, 50 % Alkalifeldspat und 20 % Plagioklas bei den Vulkaniten als Rhyolith bezeichnet werden.
Abb. 3: tephritischer Phonolith
Wie verhält es sich nun mit der vulkanischen Brekzie ? Eine Brekzie ist ein überwiegend aus eckigen Bruchstücken bestehendes, verfestigtes Gestein. Die unverfestigte Entsprechung von Brekzie wird als Schutt bezeichnet. Brekziöses Gefüge (Textur) kommt in vielen Gesteinsgruppen vor, so auch in Vulkaniten und Plutoniten. In Lavaströmen kann brekziöses Gefüge Folge des Zerbrechens und der Aufarbeitung von festen Erstarrungskrusten durch noch fließende Lava sein. In solchen Lavastrombrekzien bestehen die Fragmente und die einbettende Matrix aus weitgehend einheitlichem Material. Das brekziöse Gefüge ist dann eher auf angewitterten Oberflächen erkennbar als im frischen Bruch.
Plutonische Brekzien enthalten oft ebenfalls Fragmente aus Material, das mit der einbettenden Matrix verwandt ist. So kann es früher auskristallisiertes und schon verfestigt gewesenes Material sein, das fragmentiert wurde.
Um diesen Earthcache zu loggen, beantwortet bitte die nachfolgenden Fragen über mein Profil. Danach könnt ihr sofort loggen. Sollte etwas nicht stimmen, werde ich mich melden.
1. Welches Alter kann für dieses Gestein angenommen werden (Infotafel vor Ort) ?
2. Beschreibe die vorliegende vulkanische Brekzie nach den Kriterien "Aussehen", "Mineralbestand", "Gefüge" und "Erscheinungsform".
3. Welches Hauptmineral ist hier Bestandteil des tephritischen Phonolith ? Welche Größe erreichen die Kristalle ?
4. Lässt sich auch Magnetit mit einem Magneten separieren ?
Quellen:
Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg: Geotope im Regierungsbezirk Freiburg, Bd. 18, Karlsruhe 2005
Vinx Roland: Gesteinsbestimmung im Gelände, Hamburg 2015
Wikipedia