Geotop - flächenhaftes Naturdenkmal
Der Schwarze Felsen oberhalb der Ortschaft Todtmoos, ist als Geotop vom LGRB (Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau) Baden-Württemberg offiziell ausgewiesen.
Geotope sind ganz besondere erdgeschichtliche Gebilde der unbelebten Natur, die mit ihrer Einzigartigkeit und Schönheit für bestimmte geologische Phasen und Prozesse stehen und diese als Fenster in die Erdgeschichte uns heute dokumentieren. Daher sind sie unter besonderen Schutz gestellt. Bitte nehmt keine Veränderungen am Schwarzen Felsen vor. Das Herausbrechen von Gesteinen und Mineralien aus Aufschlüssen bedarf einer besonderen naturschutzrechtlichen Ausnahmegenehmigung.
Ich mag Gesteine und die Geschichten, die sie uns erzählen.
Der Schwarze Felsen ist ein besonderer Ort und birgt eine interessante Geschichte, die ich euch hier erzählen möchte.
Doch zuvor sollt ihr aber wissen,
dass Gesteine und Mineralien nicht dasselbe sind. Mineralien sind grundsätzlich chemische Verbindungen (bsp. Siliziumkristalle = Quarz) und Gesteine eine Mischung oder Aggregation von Mineralien (bsp. Quarz-, Feldspat und Glimmerminerale = Granit). Obwohl Mineralien viel hübscher als Gesteine sind, ist es das Gestein, das im Allgemeinen die interessantere Geschichte erzählt; somit entscheide ich mich für diese Geschichte.
Mineralien neigen dazu, sich dort zu bilden, wo es eine Flüssigkeit irgendeiner Art (einschließlich magmatischer Gesteinsschmelze) und einen offenen Raum (möglicherweise gefüllt mit einer mineralischen Flüssigkeit) gibt, in den das feste Kristall des Minerals hineinwachsen kann. Das Ergebnis kann ganz nett sein (bsp. Diamanten oder Katzengold) und wiederholt sich immer wieder, man spricht dabei von einem kristallinen Wachstum aus einer Flüssigkeit.
Gesteine hingegen erzählen uns interessantere Geschichten. Den Zusammenprall der Kontinente, die Prozesse der Gebirgsbildung, von unvorstellbaren Extremen unseres Klimas, von vernichtenden Erdbeben, von Vulkanausbrüchen, Asteroideneinschlägen, Gletschern und Überschwemmungen; auch die Geschichte der Atmosphäre ist in den Gesteinsschichten konserviert, und so weiter.
Doch die größte Geschichte von allen ist die Geschichte, wie das Leben hier auf der Erde begann und dass diese Geschichte eng mit einem Gestein verbunden ist, das Peridotit genannt wird.
Peridotit ist kein spezifischer Gesteinstyp, sondern eine Familie von Gesteinsarten (Ultramafite), die grün bis dunkelgrau oder fast schwarz sind. Was diese Gesteine gemeinsam haben, ist ein ähnlicher Chemismus mit viel Magnesium und Eisen und anderen Metallen, aber mit einem niedrigen Siliziumgehalt. Dies macht sie dicht, so dass sie in der Erde versinken und deshalb unter den Kontinenten (meistens Granit) und unter den Meeresboden (meistens Basalt) liegen.
Peridotit ist der Hauptbestandteil des oberen Erdmantels und ist daher das häufigste Gestein der Erde - oder sollte ich in der Erde sagen. Sie werden selten an der Erdoberfläche gefunden; wenn Landmassen jedoch aufgrund von tektonischer Bewegung kollidieren, kann dadurch Peridotit an die Oberfläche gelangen.
Was ist so besonders am Peridotit?
Einige Wissenschaftler denken, dass Peridotit an der Entstehung des Lebens auf der Erde beteiligt ist und die Geschichte des Peridotits klingt so, als hätte sie alles, was sie braucht.
Das Leben benötigt Chemikalien, damit es sich entwickeln kann, und es braucht Energie, um bestimmte chemische Reaktionen zu bewirken.
Unter den Bedingungen der Ozeane vor vielen, vielen Millionen von Jahren hat Peridotit beides geliefert. Während sich an den Ausbreitungszonen ozeanische Kruste (Mittelozeanischer Rücken) bildete, riss sie auf und ermöglichte es, dass Meereswasser zum Peridotit in die Tiefe gelangte. Da der Peridotit ebenfalls Risse aufwies, durchströmte das Wasser ihn und konnte so mit dem Gestein langsam reagieren.
Habt ihr gewusst,
dass das an den Ausbreitungszonen ozeanischer Kruste entstehende Gestein in seiner mineralischen Zusammensetzung dem Basalt sehr ähnlich ist. Es wird daher als mid-ocean ridge basalt (abgekürzt MORB) bezeichnet. Die untere Schicht besteht aus dem Tiefengestein Gabbro, dessen Mineralbestand dem des MORB identisch ist und die langsam abgekühlte und kristallisierte Schmelze der Magmakammer repräsentiert. Weiter tiefer im Erdmantel, befindet sich der Peridotit.
Damals beinhaltete das Meereswasser viel Kohlendioxid, das mit dem Peridotit reagierte, um einfache organische Chemikalien herzustellen, mit denen das Leben aufgebaut werden konnte.
Der Peridotit gab auch verschiedene Sulfide und Wasserstoff ab, Materialien, die leicht in Energie umgewandelt werden können, um von Lebewesen verwendet zu werden. Tatsächlich gibt es heute viele lebende Bakterien, die immer noch Sulfide umwandeln, um dadurch Energie zu gewinnen.
Wie aus dem Peridotit ein Serpentinit wurde
Wenn der Peridotit mit dem Meerwasser reagierte, verwandelte er sich in ein anderes Gestein, Serpentinit genannt. Da das Mineralkorngefüge des Serpentinits größer als das des Peridotits ist, ersetzt er ihn, lässt das Gestein aufschwellen, reißt es weiter auf und ermöglicht es, dass Meereswasser tiefer und tiefer in den Gesteinskörper eindringen kann.
Infolge dessen sich ständig erweiternden Netzwerks an Rissen im Gestein war dieser Bereich am Meeresboden stabil und es konnte sich durch die stetige Zirkulation von mineralischem Meereswasser über viele Millionen von Jahren das Leben entwickeln.
Somit hat der Peridotit offensichtlich dazu beigetragen, das Leben auf der Erde zu erschaffen.
Zweifelsfrei eine der großen Geschichten der Erdgeschichte.
Doch wie kam nun das Gestein an die Oberfläche?
Peridotit erscheint uns in der Landschaft als dunkles Gestein. Wie ihr bereits erfahren habt, so sind Peridotite, dunkelgrüne bis schwarze, dichte Tiefengesteine des oberen Erdmantels, die nicht selten durch eine retrograde Metamorphose in Serpentinit umgewandelt wurden.
Der Peridotit, das ausgehende Gestein der Schwarzen Felsen, entstand während des Erdaltertums – genauer gesagt im erdgeschichtlichen Zeitabschnitt zur Wende Devon/Karbon an den Ausbreitungszonen ozeanischer Kruste (Mittelozeanischer Rücken).
Während der darauf folgenden Phase der Gebirgsbildung (variszische Orogenese) im Unteren Karbon, vor etwa 330 Millionen Jahren, wurde der Peridotit hochgeschleppt. [1]
Dadurch erfuhr das Gestein eine weitere strukturelle Umwandlung in seinem Gefüge. Entlang tektonischer Gleitflächen (Harnischen) wurde es in die umgebenden metamorphen Gesteine (Gneise) als Linsen eingeschuppt.
Daher finden wir heute Serpentinite in Form schmaler Streifen oder Linsen von oft nur wenigen Metern bis Zehnermetern Breite an tief reichenden Störungen (tektonischen Grenzen) in der Landschaft. [5]
Die in Umgebung von Todtmoos vorkommende Gneisanatexit-Formation wird überwiegend aus hellen Gneisen aufgebaut. Diese metamorphe Gesteine und magmatische Gesteine wie Quarzporphyre, die eine andere Geschichte geologischer Entstehung haben, können direkt an Serpentinite grenzen. Entlang des Wanderweges könnt ihr dies sehr gut beobachten. Die geologische Besonderheit ist, dass die Grenze der schwarzen Gesteine (Serpentinit) zu den Nebengesteinen (Quarzporphyr und Gneis) tektonischen Ursprungs ist.
Eure Aufgaben
Nach dem ihr nun vieles über die Gesteine und deren Entstehung erfahren habt, dürft ihr euch mit den anstehenden schwarzen Felsgestein befassen und hierzu Fragen beantworten.
Bitte keine Gesteine aus der Felswand herausbrechen!
(1) Schaut euch das schwarze Gestein näher an und beschreibt dessen Aussehen, Struktur - welche Details könnt ihr erkennen?
(2) Könnt ihr Kristalle erkennen? Benutzt dazu eure Lupe. Wenn ja, beschreibt ihre Form und Größe.
(3) Am Wegesrand findet ihr geeignete Handstücke des schwarzen Gesteins. Nehmt eure UV-Lampe zu Hilfe. Wie erscheint das Gestein unter der Beleuchtung?
(4) Nehmt euren Magneten an einer langen Pendelschnur zur Hand und findet heraus ob das Gestein magnetisch ist. Wenn ja, was denkt ihr woran das liegen könnte?
(5) Vergleicht nun die 6 Abbildungen im Listing mit dem Gestein am Schwarzen Felsen. Welche Abbildung(en) kommt in etwa dem Gestein am nächsten? – bitte begründet eure Entscheidung und beschreibt uns mit eigenen Worten kurz eure Beobachtungen.
Abbildung 1
Abbildung 2
Abbildung 3
Abbildung 4
Abbildung 5
Abbildung 6
(optional) Falls ihr möchtet, könnt ihr noch ein Bild von euch selbst und/oder eurem GPS mit den Schwarzen Felsen im Hintergrund machen und es zusammen mit eurem Log hochladen.
Bitte sendet eure Antworten per E-Mail an uns und logged diesen EarthCache. Falls es ein Problem mit eurer Antworten geben sollte, so melden wir uns, um es zu lösen.
Habt ihr gewusst,
dass die uns heute aufgeschlossenen Gesteine am Wegesrand, alle das Ergebnis einer Jahrmillionen währenden Geschichte aus Entstehung, Umformung und Erneuerung sind – und dass diese geologischen Prozesse weiterhin passieren?
Hier möchte ich euch eine kurze Erläuterung zur Verständlichkeit der im Listing verwendeten Begriffe geben. Zur Beantwortung der Fragen, müsst ihr das aber nicht alles wissen.
Als Olivin wird eine Gruppe von Silikat-Mineralen ähnlicher Zusammensetzung bezeichnet sowie auch eine Magnesium-, Eisen-Mischserie innerhalb der Olivin-Gruppe. [2]
Pyroxene sind ebenfalls eine Gruppe dunkler, gesteinsbildender Silikat-Minerale. Über ihre Eigenschaften und Merkmale erhalten Geowissenschaftler wichtige Informationen über die Herkunft und die thermische Geschichte der Gesteine, in welchen sie vorkommen. Pyroxene sind, nach den Feldspäten, die häufigsten Bestandteile quarzarmer magmatischer Gesteine. [2]
Serpentinite sind metamorphe Gesteine, die sich hauptsächlich aus der Umwandlung von Peridotiten unter Wechselwirkung mit wässrigen Fluiden bilden. Dies geschieht bei Temperaturen zwischen 300 und 500 °C und erhöhtem Druck im lithosphärischen, oberen Erdmantel.
Als Serpentinisierung wird in den Geowissenschaften die Umwandlung von Olivin enthaltenden Gesteinen zu Serpentiniten, bzw. die Bildung von Serpentin-Mineralen aus Olivinen bezeichnet. [3]
Metamorphose (metamorphisiert) bezeichnet die durch Druck und Temperatur beeinflusste Umwandlung der mineralogischen Zusammensetzung und Gefüge eines Gesteins.
Geowissenschaftler sprechen von einer prograden Metamorphose, wenn Druck und Temperatur während der Metamorphose zunehmen, und von einer retrograden Metamorphose, wenn Druck und Temperatur während der Metamorphose abnehmen.
Als Ultramafit bezeichnen sie ein magmatisches Gestein, das reich an Magnesium- und Eisenmineralien (Olivin, Pyroxene) ist und weitere metallische Minerale enthält, beispielsweise das magnetische Mineral Magnetit. Aus diesem Gestein besteht der größte Teil des Erdmantels.
Der lithosphärische Erdmantel umfasst den äußersten Teil des oberen Erdmantels. Er liegt über der teilweise aufgeschmolzenen Asthenosphäre und unterhalb der Erdkruste. Zusammen mit der Erdkruste bildet er die Lithosphärenplatten, die die Erdoberfläche umspannen und sich auf der Asthenosphäre gegeneinander verschieben. Der lithosphärische Erdmantel erreicht unterschiedliche Tiefen, die unter ozeanischen Gebieten insbesondere durch die Abkühlung der neu gebildeten ozeanischen Kruste beeinflusst wird und daher primär von deren Alter abhängt. [4]
Quellen und weiterführende Literatur:
[1] Dieter Günther: Der Schwarzwald und seine Umgebung: Geologie - Mineralogie - Bergbau - Umwelt und Geotourismus (Sammlung geologischer Führer). Borntraeger Verlag, 2010
[2] „Olivin“, in: Mineralienatlas, unter: https://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/MineralData?lang=de&mineral=Olivin, (aufgerufen am 17.10.2017)
[3] Wolfhard Wimmenauer: Petrographie der magmatischen und metamorphen Gesteine. Enke Verlag, 1985.
[4] „Lithosphärischer Mantel“, in: Wikipedia, unter: https://de.wikipedia.org/wiki/Lithosphärischer_Mantel, (aufgerufen am 17.10.2017)
[5] Roland Vinx: Gesteinsbestimmung im Gelände. Spektrum Akademischer Verlag, 2011
sowie meine eigenen Beobachtungen an den Gesteinen am Schwarzen Felsen bei Todtmoos.
Wegbeschreibung:
Bitte beachtet die Wegpunkte. Fahrt über die Hauptstraße in den Ort Todtmoos, dann die Forststraße rechts ab in Richtung Kirche. Dort könnt ihr Parken (Parkscheibe 2 Stunden). Von dort geht ihr weiter die Forststraße hinauf. In der zweiten Spitzkehre (Linkskurve) auf den Karl-Schnorr-Weg rechts abbiegen. In einer weiteren Spitzkehre biegt nach rechts ab (Wegweiser „Zum Schwarzen Felsen“). Nach etwa 400 Meter Wanderweg erreicht ihr die aufgeschlossenen schwarzen Felsgesteine.
Auf dem Weg dorthin (Stage S5) stehen schön kristallisierte Granitporphyre mit teilweise idiomorphen (idiomorph = der Kristall eines Minerals konnte sich in seiner Gestalt voll entwickeln) Feldspat- und Quarzeinsprenglingen in feiner rotbrauner Grundmasse an - doch dies ist eine andere Geschichte ;-)
Ihr könnt auch weiter den Wanderweg hinauf zum Schwarzen Felsen gehen – doch Vorsicht! Oben angekommen besteht Absturzgefahr, falls man zu nahe an die Felskannte herantritt. Der Felsen fällt senkrecht ins Tal und ist von oben nicht einsehbar. Entsprechende Schilder warnen euch davor. Zur Beantwortung der Fragen, müsst ihr zu keiner Zeit den Wanderweg verlassen. Zu eurer eigenen Sicherheit - bitte klettert nicht auf den Felsgesteinen herum. Oben am Weg gibt es Möglichkeiten, die zu einer Verschnaufpause einladen.