Einleitung

Am 25.5.2014 wurde der Rund w e g Winterthur eröffnet, bis Ostern 2017 haben wir genau 50000 Fundlogs erhalten und gelesen. Vielen Dank für die vielen individuellen Logs! Hier kommt der nächste Jubicache! Dieser ist allerdings nicht in 5min. absolviert....

Anhand der Gesteine in der Altstadt von Winterthur lernst du das 1x1 der Gesteinskunde (Petrographie) kennen, so wie es auch etwa Maturstoff am Gymnasium wäre...

Es ist unumgänglich, dass du das erste Kapitel (Grundlagen der Gesteinskunde) vorgängig liest. Es hat keine Infotafeln zum einfachen Spicken! Ungenügende Antworten („Schulnoten unter 4“) haben das Löschen deines Fundlogs zur Folge! Es muss aber nicht die Note 6 erreicht werden :-)

Schicke deine Lösungen über die Messengerfunktion. Ihr könnt sofort loggen. Wir melden uns, wenn etwas nicht stimmt. Ein Photo ist wie immer bei einem Earthcache hochwillkommen aber völlig freiwillig

Grundlagen der Gesteinskunde

Ursprung aller Gesteine ist das flüssige Gestein aus dem Erdinnern (Magma).

Jegliche Struktur geht beim totalen Aufschmelzen eines Gesteins verloren, allerdings nicht die chemische Zusammensetzung der Gesteinsschmelze. Dies erklärt, neben der Abkühlungsgeschwindigkeit, die unterschiedlichen Gesteine, die bei der Abkühlung von Magma entstehen können. Die Erde hat sich seit ihrer Entstehung noch nicht soweit abgekühlt, dass es im Erdinnern kein flüssiges Gestein mehr gäbe. Der Vulkanismus zeigt uns das sehr deutlich: Sogar an der Erdoberfläche kann das Gestein flüssig sein! Folgende Prozesse tragen zusätzlich dazu bei, dass die Erde heiss bleibt:

• Radioaktiver Zerfall im Erdinnern setzt Wärme frei. Das ist ganz natürlich und für uns ungefährlich.
• Kompression der Erde wegen der Gravitation (wie die Luft in der Velopumpe beim Pumpen wärmer wird (nicht mit der Reibung zu verwechseln!)).

Die Gesteine lassen sich in 3 Gesteinshauptgruppen einteilen:

1. Gesteine, die direkt aus flüssigem Gestein (Magma) entstehen, werden magmatische Gesteine genannt. Sie bestehen aus Kristallen, die sich bei der Abkühlung aus/in der Gesteinsschmelze bilden. Langsame Abkühlung führt zu Plutoniten mit grossen (= von Auge sichtbaren) Kristallen, schnellere Abkühlung ergibt Vulkanite mit kleineren Kristallen. Bei einer schockartigen Abkühlung (wenn Magma z.B. an der Erdoberfläche direkt ins Meer fliesst) hat das Material keine Zeit für Kristallbildung, es ist amorph (griechisch „ohne Form“). Es sieht dann ganz glasig aus und wird deshalb auch vulkanisches Glas genannt (Fachbegriff Obsidian).
   Typische Vertreter der magmatischen Gesteine sind der Granit (langsame Abkühlung, grosse Kristalle)
   
   

   oder der Quarzporphyr. Ein Porphyr ist ein Ganggestein: Grössere Kristalle wachsen in einem mit Magma gefüllten Gang und brechen los. Resultat ist bei weiterer Abkühlung ein Gestein mit grösseren Kristallen (Einsprenglinge, im Photo unten heller) in einer homogenen, feinkörnigen Grundmasse.

   
   
2. Wenn ein Gestein (egal welches!) nochmals unter Druck kommt oder erneut erwärmt (aber nicht aufgeschmolzen!) wird, dann wandelt es sich um, macht eine Metamorphose durch, wird also ein metamorphes Gestein. Dafür gibt es zwei Prozesse: Einerseits kann Hitze das Gestein wie in einem Backofen umwandeln. Als Resultat entstehen Mineralien, die es nur in einem metamorphen Gestein haben kann, z.B. Pyrit (auch Katzengold genannt)
   
   oder Granat (rötliche Kügelchen).
   
   

   Andererseits wirkt häufig auch Druck, z.B. bei der Alpenfaltung oder bei Plattenbewegungen. Typisches Resultat ist dann der Gneis, der wegen seiner guten Spaltbarkeit in cm bis dm dicke Platten, die Steindächer z.B. im Tessin bildet.

   
   
   

   Ist der Druck stärker, entstehen dünnere Schiefer:

   
   
   
3. Aus allen Gesteinen kann aber auch durch Abtragung (Erosion) und Ablagerung (Akkumulation) ein Sediment entstehen. Kräfte wie fliessendes Wasser, Wind, Gletscher, die Schwerkraft oder auch stehendes Wasser (See/Meer) lagern Material ab (es sitzt ab= Sediment), das sich dann im Verlaufe der Zeit verfestigt (= Diagenese). Massgebender Prozess ist dabei häufig das Ausfällen von Kalk (CaCO3) vom gelösten in den festen Zustand (weil meist Wasser vorhanden ist).
   Flüsse lagern z.B. Kies jeglicher Art ab, der zu Konglomerat (Nagelfluh) wird.
   
   

   Ist die Korngrösse kleiner und die Körner durch einen Fluss sortiert, dann entsteht Sandstein. Homogener Sandstein ist einfach zu bearbeiten und deshalb ein beliebter Baustein und auch in Winterthur sehr häufig zu finden.
   

   
   

   Fällt wegen einer pH-änderung in einem stehenden Gewässer viel Kalk aus, sinkt dieser auf den Boden und bildet dicke Kalksedimente, je nach Verunreinigungen in verschiedenen Farben, aber immer mit Salzsäure schäumend und mit charakteristisch muschelartigem Bruch recht gut zu erkennen.

   
   Kalk fällt aber auch bei Kontakt mit dem CO2 der Luft oder bei Temperaturänderung aus, so entstehen z.B.
   
   von links nach rechts: Sinterterrassen, Quelltuff, Tropfsteine (Stalaktiten von der Decke oder Stalagmiten vom Boden)

Aufgabe A: Fülle passende Begriffe in die Kästchen 1-8 von Graphik 1 resp. sende die Antwort z.B. in der Form A1Sandstein, A2Magma, etc.

Graphik 1: Gesteinskreislauf

Graphische Zusammenfassung:

Graphik 2: Die Prozesse im Gesteinskreislauf

Gesteine in der Altstadt von Winterthur

(Es wird empfohlen, die Waypoints in der angegebenen Reihenfolge abzulaufen.)

1 Türme der Stadtkirche

Obere Süsswassermolasse

Molasse werden diejenigen Gesteine bezeichnet, die den Erosionschutt der Alpen darstellen. Sobald bei der Alpenfaltung die Berge aus dem Urmittelmeer (der sog. Thetys) auftauchten, begann das fliessende Wasser der Flüsse die Berge auch gleich wieder zu erodieren. Dieser Erosionsschutt liegt heute südlich (Poebene) und nördlich der Alpen. Es sind alles Sedimente.

Aufgabe B1: Woran erkennst du , dass dieses Gestein weich oder hart ist?

Quelltuff

An einem der beiden Türme der Stadtkirche sind ein paar Blöcke Quelltuff eingebaut. Dies ist Kalk, der in Sinterterrassen (s.o.) entstanden ist. Man kann sogar noch die mit Kalk verkrusteten Moose mit Hohlräumen sehen. Es ist anzunehmen, dass dieser Quelltuff von Quellen an den Hängen rund um Winterthur stammt, z.B. aus den Tüfelschilen bei Sennhof. Dies ist ein biogener (von Lebewesen gemachter) Kalk.

Aufgabe B2: An welchem Turm entdeckst du den Quelltuff (etwa auf Kopfhöhe)? Nord- oder Südturm?

Kimmeridge (Brunnen)

Am Brunnen in der Nähe der Türme (etwas östlich) kann man schön sehen, dass das Gestein im stehenden oder langsam fliessenden Wasser entstanden ist. Der Stein wurde im Erdmittelalter (Jurazeit) gebildet.

Aufgabe B3: Welche Lebewesen resp. Fossilien sind erkennbar? (Es ist nicht der Löwe des Wasserspeiers! Das ist das Wappentier der Stadt... Aber die Form des Brunnentroges ist nicht zufällig!)

2 Kirchplatz

Die Gesteine des Kirchenvorplatzes bestehen aus folgenden 3 Gesteinen:

Gneis von Cresciano

Dieser Gneis stammt aus einem Steinbruch in der Gemeinde Osogna (Leventina, Tessin). Er besteht aus 60% Feldspat, 20 % Quarz und 20% Glimmer (mehr Biotit (dunkler Glimmer) als Muskovit (silbriger Glimmer)). Dieser sehr widerstandsfähige Stein wird in vielen Bodenbelägen eingebaut (z.B. beim Bundeshaus in Bern oder beim Flughafen Zürich). Hier besteht der Bereich unter dem Vordach aus dem Gneis.

JedeR SuS (Schülerin und Schüler) muss das folgende Sprüchlein kennen: „Feldspat, Quarz und Glimmer – die drei vergess ich nimmer.“ Dies, weil diese drei Mineralien die Hauptbestandteile magmatischer Gesteine bilden.

Die Pflästerung der Strasse besteht aus folgenden 2 Gesteinen:

Schärdinger Granit

Im Gegensatz zum Gneis aus Cresciano wurde der Granit nicht metamorphisiert, ist also ein magmatisches Gestein. Er stammt aus Oberösterreich am Inn. Es ist ein fein- bis mittelkörniger Biotit-Granit mit hellgrauer bis bläulicher Farbe. Er ist in grosser Tiefe langsam abgekühlt und wurde u.a. beim Stein der Republik in Wien verwendet. Er hat weite Verbreitung als Pflasterstein. Da er mehr Quarz hat, ist er heller als der ...

Andesit

Dieses Gestein stammt aus Cluj (Rumänien). Andesit, auch Islandit genannt, ist ein vulkanisches Gestein mit mittlerem SiO2-Gehalt (durchschnittlicher Quarzgehalt). Vulkanische Gesteine sind rasch abgekühlt. Bei gleicher Zusammensetzung der Magma entstünde bei langsamer Abkühlung in der Tiefe der Erde ein Diorit. Andesit ist ein Gestein, das insbesondere in Subduktionszonen (wenn eine Platte unter eine andere abtaucht: berühmtestes Beispiel ist bei den Anden, wo die Nazca Platte unter die Südamerikaplatte abtaucht) und in den vulkanischen Zonen der ozeanischen Rücken (beispielsweise auf Island) auftritt. Das Gestein tritt bei Temperaturen von etwa 950 bis 1.000 Grad Celsius als Lava aus.

Aufgabe B4: Beschreibe in 1-2 Sätzen, wie die Diagonaloptik am Boden unter dem Vordach erreicht wurde (auf dem Gneis)

3. ZKB

Das Gebäude der Zürcher Kantonalbank wurde mit zwei sehr verschiedenen Steinen verkleidet:

Muschelkalk

Es handelt sich hier um Kirchheimer Muschelkalk, ca. 230 Mio Jahre alt, aus der Gegend von Würzburg (Franken, Deutschland). Chemisch betrachtet setzt sich Kalkstein aus Calcit und Aragonit als Hauptbestandteilen, aus Tonmineralien, Quarz, Gips und Dolomit zusammen, verfestigt durch den Druck der sich später über dem Kalksediment ablagernden Gesteinsschichten (Diagenese). Eiseneinschwemmungen, oxidierte Eisenverbindungen und Calcitablagerung (Stylolithen, weiße Aderungen) verursachen Farbunterschiede und Schattierungen im Stein. Zur Besonderheit „Muschelkalk" wird Kalkstein aber erst durch die Vielzahl der enthaltenen Fossilien und Muscheln, die vor über 250 Millionen Jahren das fränkischen Urmeer bevölkerten.

Porphyr

Dieser porphyrische Granit aus Finnland (Karelien an der Grenze zu Russland) mit Handelsname Baltic Brown wird auch als Rapakiwi bezeichnet. Die Bezeichnung (finn. rapakivi „Bröckelstein“ oder „schlechter Stein“) leitet sich von der auffälligen Verwitterungsform der Minerale ab, die sich vor allem oberflächennahe vollzieht. Lokal begrenzt zerfällt das Gestein an der Oberfläche in scharfkantigen Schutt. Solider Stein und Gesteinsgrus liegen kleinräumig nebeneinander. Jakob Johannes Sederholm übersetzte diesen im südfinnischen Volksmund gängigen Begriff 1891 als "fauler Stein".

Der Rapakiwitypus Wyborgit (auch: Wiborgit) besitzt grobkörnige Alkalifeldspateinsprenglinge (Orthoklas oder Mikroklin), die von einem oder seltener mehreren parallel gelagerten Säumen aus Oligoklas umgeben sind. Deshalb erinnert das Gesamtbild an Bälle. Manche Feldspateinsprenglinge sind miteinander verwachsen und haben einen gemeinsamen Saum. Die feinkörnige Matrix bilden Quarz, Biotit, Hornblende und Plagioklas.

Aufgabe B5: Ordne die beiden Bilder anhand der beiden Beschreibungen den zwei Gesteinen zu UND überlege dir, weshalb das eine Gestein am Boden und das andere an der Wand sein sollte. Stimmt es vor Ort? Ausnahme?

4. Untertor

Quarzporphyrplatten

Nach vielen Umgestaltungen wurde um die Jahrtausendwende der heutige Plattenbelag mit vergrösserten und die schweren Lastwagen der Anlieferung aushaltenden Porphyrplatten verlegt.

Es handelt sich um die Etschtaler Vulkanit-Gruppe, welche früher auch Bozener Quarzporphyr genannt wurde. Die im unteren Perm nach Datierungen an Zirkonen vor etwa 285 bis 275 Millionen Jahren entstandenen Gesteine haben eine Mächtigkeit von bis zu 4000 Meter und eine Ausdehnung von über 2000 Quadratkilometern. Dies ist ein magmatisches Ergussgestein, also ein Vulkanit. Ein Fliessgefüge ist erkennbar, die hellen Porphyre sind in der feinkörnigen bis glasigen Grundmasse klar sichtbar.

Aufgabe B6: In den letzten Jahren haben sich auf den Platten ganz viele neue „Porphyre“ gebildet. Beschreibe und erkläre sie!

5 Schwarzes Portal von (ex) Siro Sport, Haus Nr. 64/66

Labradorit

Auffällig beim Labradorit ist das irisierende Farbenspiel in metallischem Glanz, die sogenannte Labradoreszenz (Verb: labradorisieren), welches durch Interferenz und Spiegelung des Lichtes an den submikroskopischen Entmischungslamellen verursacht wird (kein Maturstoff ☺). Dieser Schimmer ist vorwiegend blau, violett und grün, aber gelegentlich auch in anderen Farben zu finden. Mineralogisch ist es ein Plagioklas (Feldspat).

Dieser Stein ist vor 260 Mio Jahren entstanden und ein Ignimbrit der Bozener Vulkanitgruppe. Diese finden vielfache Verwendung als Bau- und Dekorationsmaterial, etwa für Fliesen, Platten oder Randsteine. Ein Grund dafür ist neben ihrer meist attraktiven Farbe ihre leichte Spaltbarkeit.

Aufgabe B7: Welche Eigenschaft erleichtert die spezielle Form der Säule beim Hauseingang? Oder anders gefragt: Warum wäre hier ein Gneis nicht geeignet?

6. Rathaus (Marktgasse 20)

Inschriftstein

Im Rathausdurchgang befindet sich der Inschriftstein. Diese Inschrift belegt die Präsenz der Römer um 294 n. Chr. in Vitudurum, dem heutigen Oberwinterthur. Er besteht aus Jurakalk, möglicherweise aus den Lägern. Näheres ist nicht bekannt.

Hausfassade

Der im Stil der Neurenaissance ausgebildete Rathaus-Durchgang (1872-1874) verbindet die Stadthausstrasse mit der Marktgasse. über den eleganten, von Arkaden gesäumten Lichthof erfolgt heute der Aufgang zum Gemeinderatssaal.

Das Rathaus besteht aus dem lokalen Sandstein, wie er früher rund um Winterthur an allen Hängen lokal abgebaut wurde. Davon ist heute kaum mehr etwas sichtbar, allerdings befindet sich z.B. das Schwimmbad Wolfensberg in einer ehemaligen Sandsteingrube.

Das ganze geologische Fundament von Winterthur besteht aus Molasse von etwa zwei bis drei Kilometern Mächtigkeit. Die Schichten, welche an der Oberfläche zu sehen sind, gehören zur Oberen Süsswassermolasse und sind Ablagerung miozäner alpiner Flüsse und kleiner lokaler Seen. Sie sind also mindestens 5,3 Millionen Jahre alt. Verkittungen mit Kalk aus Sickerwasser führte zur «Versteinerung» des Lockermaterials. Die Molasse besteht daher heute hauptsächlich aus bunten Mergeln und grauem oder braunem Sandstein. In seltenen, dünnen Bänken findet man ferner etwas Nagelfluh, Süsswasserkalk, kohlige und bituminöse Mergel.

Die oberste Gesteinsschicht ist in Winterthur vielerorts die Obere Süsswassermolasse, das älteste aller hier vorhandenen Oberflächengesteine. So zum Beispiel an den Südhängen des Lindbergs und des Eschenbergs, aber auch am Nordhang des Dättnau, am Brüelberg und sogar auf dem Hochplateau des Eschenbergs.

Die Molasse wird in folgende Gruppen unterteilt:

• Untere Meeresmolasse (UMM), vor etwa 34 bis 28 Mio. Jahren
• Untere Süsswassermolasse (USM), vor etwa 28 bis 22 Mio. Jahren
• Obere Meeresmolasse(OMM), vor etwa 22 bis 16 Mio. Jahren
• Obere Süsswassermolasse (OSM), vor etwa 16 bis 5 Mio. Jahren

Aufgabe B8: Welchem Stein begegnen wir auf der Innenseite am Fuss des Torbogens an der Marktgasse wieder? (direkt unterhalb des Photos)

7. Graben

Gneis

Die harten aber gut spaltbaren Platten eignen sich sehr gut als Bodenbeläge. Sie sind in den Alpen früher an vielen Orten abgebaut gebaut worden, v.a. im Tessin. Heute stammen viele Steine im Tiefbau aus dem kostengünstigeren Fernost.

Quarzporphyr

8. Stadthaus

Berner Sandstein

Der Berner Sandstein ist ein Sedimentgestein, das im Raum von Bern in der Schweiz und vor allem in der Berner Altstadt an zahlreichen Bauwerken verwendet wurde. Er hat grosse kulturhistorische Bedeutung für die Schweiz. Das Gestein, ein Molasse-Sandstein, entstand vor 25 Mio. Jahren im Miozän aus Schuttablagerungen von Alpengeröllen in einem Flachmeer.

Dieser Sandstein ist je nach Abbaustelle ein graues Gestein mit Farbtendenzen nach olivgrün oder blaugrün und gelb. Die unterschiedlichen Grüntöne des Gesteins hängen vom Grad der Oxidation des Minerals Glaukonit ab. Der ehemals grösste Steinbruch in Ostermundigen lieferte auch den Sandstein für das Stadthaus.

Der lokale Berner Sandstein aus der Oberen Meeresmolasse ist mit seinen 25 Millionen Jahren ein eher junges Gestein. Flüsse transportierten aus den jungen Alpen Sedimentmaterial ins Vorland, wo es im Meer zur Ablagerung gelangte. Ein Hinweis auf den marinen Ursprung ist das Mineral Glaukonit – welches sich nur in Meeressedimenten bildet. Das grünliche Schichtsilikat entsteht durch Umwandlung von anderen Mineralen – u.a. Biotit (dunkler Glimmer) – im Flachmeer unter sauerstoffarmen Bedingungen.

Der feinkörnige Sandstein ist relativ weich und lässt sich gut mit Steinmetzwerkzeug bearbeiten. Deshalb fand er häufig Verwendung als Baustein – nicht selten mit schönen Verzierungen.

Die heute noch in einem Steinbruch in Ostermundigen abgebauten Steine werden vor allem für Renovationsarbeiten an älteren Gebäuden verwendet.

Neben dem Hauptgestein Sandstein wurden hier auch Aaregranit (aus Findlingen aus Mellingen), Kalkstein (aus St. Triphon VD) und Kunststein verbaut.

Aufgabe B9: Wo vermutest du den Granit? Begründe deine Vermutung! Dein bisher gesammeltes Wissen hilft dir sicherlich für diese letzte Frage!

Verfasser
coordinatius

Dank

• Vielen Dank an Sandra Scherrer für die überlassung der Präparationen zur „Geologischen Stadtführung“ von Winterthur Tourismus/Naturmuseum Winterthur! Ohne diese gäbe es diesen Earthcache nicht!
• Herzlichen Dank auch an prû für das Umsetzen meines Wordfiles in html, und natürlich für die gemeinsamen 3 Jahre am Projekt „Rund w e g Winterthur“

Quellen:

• Scherrer, S, unpubl.: Geologische Stadtführung Winterthur. Naturmuseum Winterthur.
• Wikipedia.de: div. Infos zu den einzelnen Gesteinen
• www.Waldzeit.ch
• de Quervain, F., 1969: Die nutzbaren Gesteine der Schweiz. Kümmerly & Frei, Bern.
• Inhalt und Formulierungen weitestgehend aus dem Lehrerwissen des Verfassers

Alle Fotos © coordinatius, flickr (creative commons Lizenz) oder wikipedia.de

Graphiken und Grundlagenkapitel aus dem Schulalltag von coordinatius

Edit 9.6.2021: Alle Fragen sind nun auch in den Waypoints (Dank an Hegaubiker für den Hinweis)