Ehemalige Kupfergrube Roßdorf EarthCache

An einer Stelle östlich von Roßdorf haben wir die Möglichkeit, an einer ehemaligen Kupfergrube und anhand der dadurch freigelegten Erdschichten, eine Zeitreise in die Erdgeschichte zu unternehmen.

Abb. 1: Blick in die Kupfergrube

Vor Ort befindet sich im sedimentären Rotliegenden (~265 Millionen Jahren) ein Schiefertonlager. Schieferton ist ein Sedimentgestein, das aus diagenetisch verfestigtem Tonstein (Ton, Schluff) entstanden ist. Die Farbe ist meist grau bis graublau. Schieferton besteht wesentlich aus Tonmineralien; in kleineren Anteilen kann unter anderem auch Quarz beigement sein (vgl. Abb. 2). Bei Wasseraufnahme quillt er und zerfällt beim Austrocknen blättrig. Die Korngrößen liegen unter 0,02 Millimetern.^1,2

Abb. 2: Schiefertonbrocken mit Quarzeinschluss

Das linsenförmige Lagerstück ist dünn geschichtet, bröckelig, blättrig und durch Querablösungen in keilförmige oder kubische Teilstücke getrennt (vgl. Abb. 3). Dazwischen befindet sich unregelmäßig gelagertes, basisches Eruptivgestein, welches in Form von Melaphyr auftritt. Dieses entstand während der ausklingenden variszischen Gebirgsbildung (~255 Millionen Jahren) und der damit im Zusammenhang stehenden intensiven magmatischen Tätigkeit (vulkanische Auswürfe).^3,4

Abb. 3: Schiefertonschichten

Durch diese Prozesse ist der Schieferton an dieser Stelle kupferhaltig. In ihm befinden sich bohnengroße Chalkopyrit CuFeS₂ (alt: Kupferkies) enthaltende Jarositknollen (alt: Gelbeisenstein) (vgl. Abb. 4). Chalkopyrit ist eines der bedeutendsten Kupfererze, nicht so sehr wegen seines Kupfer-Gehaltes (etwa 33 Gew.%), sondern wegen seiner weiten Verbreitung.⁵

Abb. 4: Jarositknolle

Kupferentstehung

Während des magmatischen Erstarrungsvorganges und des Erkaltens entstanden Risse und Spalten im Gestein. Aus großen Tiefen stiegen heiße Dämpfe mit unter kupferhaltigen Lösungen nach oben (hydrothermale Vererzung). Diese Dämpfe (Gase) wurden in den Rissen und Spalten des bereits erkalteten Gesteins eingepresst, verflüssigten sich und schieden u.a. ihren Kupfermetallgehalt aus.⁶

Verwitterung einer zutage tretenden Kupferlagerstätte

Bei der Verwitterung eines zutage tretenden Erzganges bildet der Schwefel wasserlösliche Sulfate, die bis zum Grundwasserspiegel versickern. Diese Lösungen führen einen Teil des Metallgehaltes mit sich in die Tiefe. Der Rest bildet mit Wasser und Sauerstoff sowie der Kohlensäure der Luft neue Mineralien: Oxide, Hydroxide und Carbonate. So entstehen der grüne (in erdigen Massen hellgrüne) Malachit Cu₂(OH)₂CO₃ und das blaue (in erdigen Massen hellblaue) Azurit Cu₃(OHCO)₃, Mineralien, die sehr wahrscheinlich das Ausgangsmaterial der frühen Kupferschmelzer waren. Diese "oxidischen", nur Kupfer enthaltenden Erze lassen sich nämlich einfacher zu Metall reduzieren als die obendrein tiefer liegenden sulfidischen und eisenhaltigen Erze. Aus ihnen gewonnenes Kupfer kann recht rein sein, da die Auslaugung bei der Verwitterung viele andere Metalle aus den Erzen entfernt.^7,

Abb. 5: Malachitimprägnation

Der eben beschriebene Vorgang wird als Bioleaching (deutsch wörtlich: Biolaugung, genauer: mikrobielle Erzlaugung) bezeichnet. Eisen- und Schwefel-oxidierende Bakterien und Archaeen tragen durch ihre oxidativen Energiestoffwechselprozesse entscheidend dazu bei, schwerlösliche Sulfide wie Kupfereisendisulfid (Kupferkies = Chalkopyrit, CuFeS₂) in wasserlösliche auslaugbare Sulfate (Kupfersulfat und Eisen(II)sulfat) umzusetzen.⁸

Der erste und wichtigste Schritt zur Auflösung schwer wasserlöslicher Schwermetallsulfide ist die abiotische Oxidation des Sulfidschwefels durch Eisen(III)-Ionen (Fe³⁺) zu elementarem Schwefel (S) oder Thiosulfat (S₂O₃²⁻), wodurch die Schwermetalle als Ionen frei werden und in der wässrigen Lösung gelöst sind. Die Eisen(III)-Ionen werden dabei zu Eisen(II)-Ionen (Fe²⁺) reduziert. Die Rolle der Eisen- und Schwefel-oxidierenden Bakterien und Archaeen besteht darin, (1) die Eisen(II)-Ionen wieder zu Eisen(III)-Ionen zu reoxidieren und damit für die abiotische Oxidation weiteren Schwermetallsulfids zur Verfügung zu stellen, und (2) den entstandenen elementaren Schwefel bzw. das entstandene Thiosulfat zu Schwefelsäure zu oxidieren, wodurch die wässrige Lösung angesäuert wird und die Auflösung der Schwermetallsulfide begünstigt wird. Durch die abiotische und biotische Oxidation des Sulfids werden also die Schwermetalle aus den Sulfidmineralen als gelöste Ionen frei. Eisen- und Schwefel-oxidierende Bakterien arbeiten auf diese Weise eng zusammen.⁸

Kupfergewinnung in Roßdorf

Wirtschaftlich bedeutender als diese Kupfergrube war jedoch das Kupferbergwerk an der Goldkaute in Roßdorf. Von 1500 bis 1514 wurde hier zum ersten Mal, von 1577 bis 1586 zum zweiten Mal abgebaut. 1854 ließ dann Berginspektor Storch einen neuen Schacht graben, in dem er Kupfererze fand. Die Grube war dann bis 1859 unter wechselnden Besitzern mit 10-12 Arbeitern in Betrieb. Das bei der Grube gemahlene Erz wurde zur Schmelze nach Reichenbach gebracht. Als die Schmelze stillgelegt wurde, kam auch der Roßdörfer Bergbau zum Erliegen.⁹

Fragen:

Bitte schlagt kein Material aus den Wänden und verwendet für eure Untersuchungen das bereits am Boden liegende Gestein.

[Edit 09.06.2019]: Für die Beantwortung der Fragen könnt ihr auch den im Listing genannten Waypoint (Zweiter Aufschluss) nutzen. Dieser führt euch zu einem weiteren Aufschluss, der im Regelfall freigemacht und wesentlich leichter zugänglich ist als die Listing-KOs.

Frage 1: Im Listing ist davon die Rede, dass Schieferton neben seinem Hauptbestandteil auch z.B. Beimengungen von Quarz enthalten kann. Welche winzigen Beimengungen könnt ihr noch feststellen, wenn ihr euch einen Brocken vor Ort genauer betrachtet?
Frage 2: Der Schieferton ist in vielen Bereichen durch einen oxidativen Vorgang eingefärbt. Welche Farbe weist diese Färbung auf und was wurde hier oxidiert?
Frage 3: Im Listing ist von magmatischen Vorgängen die Rede. Findet ihr vor Ort Indizien für diese?

Logbedingungen:

Bitte schickt uns die Antworten auf die Fragen an unsere GC-Adresse. Bilder zum Log sind natürlich willkommen . Wie in den EarthCache-Guidelines beschrieben, darf direkt geloggt werden. Wir melden uns, sollte etwas nicht stimmen.

Quellenangaben:

¹https://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/RockData?lang=de&language=german&rock=Schieferton
²Handbuch der Baugrunderkennung: Geräte und Verfahren
³Dyas oder die Zechsteinformation und das Rothliegend: Die Pflanzen der Dyas und Geologisches, Band 2
⁴Naturhistorische Abhandlungen aus dem Gebiete der Wetterau
⁵Die Nutzbaren Mineralien Und Gebirgsarten Im Deutschen Reiche
⁶http://www.fischbach-nahe.de/ortsgemeinde-fischbach/wissenswertes/164-der-raum-fischbach
⁷Erze und Metalle: ihre Kulturgeschichte im Experiment
⁸https://de.wikipedia.org/wiki/Bioleaching
⁹http://epic.awi.de/34561/1/Mineralien-Gesteine_Odenwald_1975.pdf