Nordöstlich von Halle, auf der sogenannten Halle-Wittenberger Scholle erstreckt sich der Hallesche Rhyolitkomplex. Dieser ist ein im Karbon/Perm durch vulkanische Tätigkeit entstandenes Gebiet, das etwa 500 km2 groß ist. Über weite Bereiche ist es von späteren Ablagerungen überdeckt. Jedoch ragen noch heute einige dieser früheren Vulkane aus den tertiären und quartären Ablagerungen heraus. Die markanteste Erhebung dieser Kuppenlandschaft ist der Petersberg. Der Rhyolith entstand hier vor etwa 301 - 294 Mio. Jahren. Da sich die Lava nach ihrem Austritt an der Erdoberfläche relativ schnell abkühlte, erfolgte eine nur unvollständige Auskristallisation. Damit liegen in der sehr feinkristallinen, meist rötlichen Grundmasse sehr kleine Quarz- und Feldspatkristalle vor. In der oberen Kreidezeit und auch im Paläozän erfolgte im Gebiet unter überwiegend feuchtwarmem Klima eine tiefgründige Verwitterung dieser riesigen Rhyolithmassen. Als Folge der chemischen und physikalischen Erosion entstand vor etwa 100 - 56 Mio. Jahren unter anderem Kaolin. Diese nahezu wasserundurchlässigen tonigen Kaoline begünstigten später Wasseransammlungen in Beckenlagen und damit die Bildung von Braunkohlenmooren.
Beim Kaolinabbau am Fuchsberg sind sehr interessante Tertiärprofile geöffnet worden.
Dieser Aufschluss zeigt die transgressive Überlagerung des Kaolins durch marine Sande und Braunkohleflöze. [1]
Von transgressiver Überlagerung spricht man, wenn durch landwärtiges Vorrücken einer Küstenlinie Veränderungen in der Sedimentationsdynamik des Sedimentbeckens stattgefunden haben, wodurch marine Ablagerungen entstanden.
Dem Rhyolith bzw. dem Kaolin am Fuchsberg liegen obereozäne bis unteroligozäne (vor etwa 33-34 Mio. Jahren) Sedimentschichten auf. An der Basis sind Sande aufgeschlossen, die am Top ein geringmächtiges Braunkohleflöz enthalten. Unter dem Flöz ist ein Horizont mit mächtigen Einkieselungen ("Tertiärquarzit") entwickelt. Über dem Flöz beginnt ein neuer Zyklus mit Sanden. Er enthält einen kohligen Horizont. Die ganze Abfolge endet am Top mit einem weiteren Flözhorizont (Hallesches Oberflöz). Darauf folgen marine Ablagerungen aus dem Rupelium (vor etwa 34 bis 28 Mio. Jahren) und derzeit nicht aufgeschlosse, tonige Sedimente, in die die namensgebenden Mergelstein-Konkretionen (Septarien) eingelagert sind. [2]
Diese großen zeitlichen Dimensionen der Entstehungs- und Ablagerungsgsgeschichte verdeutlichen besonders an solchen Fenstern der Erdgeschichte einmal mehr die geringen Geschwindigkeiten mit denen geologische Prozesse meist ablaufen.
Entstehung (Genese) des Kaolins
Kaolin ist ein feines, eisenfreies Gestein, das aufgrund seiner Konsistenz ebenso wie andere Tone zur Kategorie der Lockergesteine gehört. Sein Hauptbestandteil, das Kaolinit, hat als Ergebnis eines Verwitterungsprozesses an der Erdoberfläche keine Verfestigung wie andere Gesteine erfahren.
Das hier vorliegende Ausgangsgestein Rhyolith ist reich an Feldspat. Das Silikat verwittert unter bestimmten klimatischen Bedingungen und unter Einwirkung von Grundwasser, Oberflächenwasser oder hydrothermaler Lösungen. Diese Hydrolyse ist Teil eines komplexen Verwitterungsprozesses, bei dem das Wasser Metall-Ionen aus dem Kristallgitter der Silikate herauslöst, die ihrerseits weiter zu Alkali- und Aluminiumverbindungen reagieren. Das zurückbleibende Gitter wird instabil und zerfällt schließlich zu Kieselsäure. Während die wasserlöslichen Alkaliverbindungen ausgewaschen werden, bilden Kieselsäure und Aluminiumverbindungen wesentliche Bestandteile des über dem zerstörten Gestein angesammelten Lockergesteins. [3]
Nach seiner Genese unterscheidet man Vorkommen von primären und sekundären Kaolinen. Kaolin, das durch Wassereinwirkung chemisch verwittert und unter Erhaltung der Struktur des Ausgangsgesteins am Ort seiner Entstehung verbleibt, wird als primäres Kaolin bezeichnet. Zur Tiefe hin ist ein kontinuierlicher Übergang ins Ausgangsgestein zu beobachten. Durch unterschiedlich tiefe Kaolinisierung bilden sich flächenhaft verbreitete, zusammenhängende wannenartige Lagerstätten, was man hier am Fuchsberg teilweise noch gut beobachten kann.
Sekundäre Kaoline sind zumeist umgelagerte primäre Kaoline. Am Ort der Entstehung wurden sie erodiert, anschließend transportiert und gemeinsam mit anderem Material abgelagert. [4]
Eigenschaften und Verwendung des Kaolins
Kaolin ist Gestein mit überwiegend weißer Farbe. Durch Verunreinigungen kann seine Farbe aber auch rötlich oder beige bisweilen auch gelblich erscheinen. Kaolin weist einen matten, manchmal auch perlmuttartigen Glanz auf und ist von vollkommener Spaltbarkeit sowie von unebenem oder muscheligem Bruch. Das ungiftige Pulver ist von trockener Konsistenz und kann leicht mit den Fingern zerrieben werden.
Als weißes Pigment zeichnet es sich durch eine hohe Deckkraft und gutes Reflexionsvermögen aus. Kaolinit ist ein vergleichsweise weiches Mineral (Mohssche Härte 2 - 2,5) und nicht abrasiv. Seine Korngrößen sind gering. Es zeichnet sich weiterhin durch hohe Plastizität aus. Sein Schmelzpunkt liegt bei etwa 1450°C und es brennt weiß. Weitere Eigenschaften sind seine chemische Reaktionsträgheit sowie eine geringe elektrische und thermische Leitfähigkeit.[5]
Kaolin ist aus dem Alltag kaum mehr wegzudenken. Obwohl das weiße Gestein einmal aus Rhyolith entstanden ist, hat es nur noch wenig mit diesen Hartgesteinen gemeinsam. Vielmehr bietet es beste Voraussetzungen, um in einer Vielzahl von Materialien und Produkten als Farbstoff, Trägersubstanz oder Trennmittel eingesetzt zu werden.
Hauptsächlich verbindet man mit dem Rohstoff die Porzellanherstellung, worauf auch die Bezeichnung "Porzellanerde" hinweist. Tatsächlich wird jedoch der größte Teil des in Deutschland produzierten Kaolins für andere Zwecke eingesetzt. Etwa 50% für die Papierbeschichtung, 35% als Füllstoff für Papier und Gummi, 8% für sonstige Füllzwecke und lediglich etwa 6% für die keramische Industrie.
In der Kosmetikindustrie kommt Kaolin als Basis für Puder und Gesichtsmasken zum Einsatz. Sogar in Lebensmitteln findet sich das Tongestein unter der Bezeichnung E559 als Trennmittel sowie als Basis für Farbstoffe.
Um den Earthcache loggen zu dürfen, erfülle folgende Aufgaben und beantworte diese Fragen:
- Nimm am Referenzpunkt 1 eine kleine Probe des Kaolins und zerreibe sie zwischen den Fingern.
a) Wie fühlt es sich an?
Nun versetze das in einem Schraubdeckelglas mitgebrachte Wasser mit einigen Stücken Kaolin.
b) Beschreibe deine Beobachtung beim Einbringen der Probe in das Wasser und nenne eine mögliche Ursache für diesen Effekt.
Beobachte weiter und beschreibe unter c), wie sich die Probe verhält.
- Stelle das Gefäß mit der eben angefertigten Aufschlämmung an einen ruhigen Ort, um später weitere Beobachtungen anzustellen. Begib dich nun zum Referenzpunkt 2 und wende dich nach Norden. Von hier aus kannst du sehr schön die zyklische Sedimentation am Tertiärprofil erkennen.
a) Benne und beschreibe mit eigenen Worten die verschiedenen Schichten bezüglich ihrer Farbe und schätze deren Mächtigkeit. Nutze dabei die im Bild des Profils vorhandene Nummerierung und die im Listing gegebenen Information sowie auch deine eigenen Beobachtungen.
b) Was glaubst du, worauf die sich abwechselnden Schichten von marinen Sedimenten und eingeschalteten Braunkohleflözen hindeuten könnten?
- Gehe auf dem Rückweg wieder zum Referenzpunkt 1, wo du die Probe mit Wasser im Schraubdeckelglas hast ruhen lassen.
a) Wie verhält sich das Gemisch nach der Ruhezeit? Wurde die Probe vollständig in Wasser gelöst?
b) Was glaubst du, warum dieses Ergebnis zustande gekommen ist?
- Kaolin findet als Rohstoff in vielen Bereichen des täglichen Lebens Verwendung. Nenne drei Beispiele und die ausgenutzte Eigenschaft des Minerals.
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Nun wünschen wir viel Spaß in der Natur!
Quellen: