Abb. 1: "Wüstenbahnhof" Wildberg
Diese Exkursion führt Euch zum historischen Empfangsgebäude des Bahnhofs Wildberg. Dieses ist aus unterschiedlichen Sandsteinen des Buntsandsteins gebaut, vor allem aus dem einschlußarmen Badischen Bausandstein. Und damit sind wir auch schon beim Thema:
Buntsandstein ist die untere der drei lithostratigraphischen Gruppen der Germanischen Trias. Er lagert der Zechstein-Gruppe auf und wird von der Muschelkalkgruppe überlagert.
Abb. 2: Germanische Trias und Buntsandstein
Unter Sandstein versteht man ein Festgestein aus gerundeten bis kantigen Körnern, deren Durchmesser nach der DIN 4022 im Größenbereich zwischen 0,063 mm und 2 mm liegen. Mit dem Begriff Sand wird also ein definiertes Körngrößenintervall bezeichnet. Im Gegensatz zu den meisten anderen Gesteinen ist der Sandstein nicht durch einen bestimmten Mineralbestand definiert. Als Hauptmineral wird im allgemeinen der Quarz angesehen. Die einzelnen Sandkörner, die Komponenten, können auch aus anderen Mineralien oder Gesteinsbruchstücken bestehen.
Sandsteine sind Ablagerungs- oder Sedimentgesteine, die aus lockerem Sediment durch Vefestigung entstanden sind. Sedimente sind nach Transport abgelagerte Produkte mechanischer und chemischer Verwitterung. Transportmittel sind im wesentlichen Wasser, Wind und Eis. Die Ablagerung des Sandes erfolgt aufgrund der Schwerkraft durch mechanischen Absatz. Alle nach Transport mechanisch abgesetzten Komponenten eines Sandsteins werden als Detritus bezeichnet. Kennzeichnendes Merkmal aller Sedimentgesteine ist die Schichtung. Sie entsteht durch Änderung der Sedimentationsbedingungen, z.B. der Zufuhr von stofflich unterschiedlichem Detritus oder dem Wechsel der Korngröße der sich absetzenden Substanzen. Die in Sandsteinfolgen zu beobachtende Bankung ist auf wiederholte Sedimentationsunterbrechungen zurückzuführen. Die Entstehung von Sandsteinen ist in verschiedenartigen Ablagerungsräumen möglich. Durch Wasser kann die Ablagerung von Sanden in von Flußläufen durchzogenen Tiefebenen, im Mündungsbereich von Flüssen (Delta-Ebenen) sowie im Meeresbereich in unmittelbarer Nähe der Küste oder auf Untiefen erfolgen. Mittels Wind sei beispielhaft auf die Dünen in den Wüsten hingewiesen.
Sandsteine können einen sehr vielfältigen Mineralbestand haben. Neben Quarz ist vor allem der Feldspat zu nennen, dessen Anteil den des Quarzes erreichen oder übertreffen kann.
Tonmineralien können fein verteilt, in Form von Schlieren oder Tongallen genannten Konkretionen im Gestein vorkommen (siehe unten).
Zum Mineralbestand eines Sandsteins gehören auch der blasse, hell glänzende Muskovit und der grüne Chlorit, beides Schichtsilikate. Insbesondere der Hellglimmer Muskovit tritt in Gestalt kleiner Schuppen auf Schichtflächen auf und verleiht diesen einen silbrigen Glanz. Oxydische Eisenverbindungen wie Hämatit und Limonit sind für die Farbe des Gesteins von Bedeutung. Sulfidisch gebundenes Eisen in Form von Pyrit und Markasit erweist sich als sich störende Beimengung, weil beide Mineralien unter atmosphärischen Bedingungen instabil sind und in Gegenwart von Wasser und Luftsauerstoff unter Bildung von Limonit (ausrosten!) und Schwefelsäure zerfallen. Unter dem Begriff Schwermineralien werden eine große Anzahl von Mineralien zusammengefaßt. Es handelt sich dabei um Schwermetalloxyde und silikatische Verbindungen, die der chemischen Verwitterung wiederstanden und in unterschiedlichen Gehalten im Gestein vorkommen können. Häufig auftretende Schwermineralien sind Apatit, Granat, Rutil, Turmalin und Zirkon.
Zur Diagenese
Die Sandkörner bilden nach ihrer Ablagerung ein Lockersediment. Die einzelnen Körner lagern sich nach Art einer Kugelpackung aneinander, so daß zwischen den Mineralkörnern ein zumeist wassergefüllter Raum verbleibt, der Porenraum. Dieser Porenraum beträgt bei lockeren Sanden 30 bis 50 % des Volumens. Aus einem solchen Lockersediment wird durch Diagenese ein Festgestein. Diagenese ist die Bezeichnung für die Umbildung lockerer Ablagerungen zu festen Gesteinen durch mehr oder weniger langzeitige Wirkung von Druck, Temperatur, chemischer Lösung und Abscheidung. Der Verlauf der Diagenese und die Intensität der diagenetischen Verfestigung hängen von der mineralogischen Zusammensetzung des Lockersediments, dem Auflastdruck und den im Porenwasser gelösten Stoffen ab. Zunehmender Auflastdruck durch überlagernde Sedimente führt zunächst zu einer Kompaktion, der lockere Sand wird verdichtet und das Porenvolumen verringert. Gleichzeitig erfolgt eine Entwässerung des Sediments. Ein Teil des reichlich vorhandenen Porenwassers wird aus dem Sediment nach oben herausgepresst. Die Kornbindung wird durch das Bindemittel bewirkt, das karbonatisch, tonig, quarzitisch oder eine Kombination dieser drei sein kann. Das Bindemittel wird auch als Zement, die Bindung als Zementation bezeichnet. Die Bildung des Zements errfolgt durch Ausfällung der gelösten Stoffe aus der Porenlösung. Chemische Vorgänge lassen in Verbindung mit der Verdichtung des Gefüges aus einem Lockersediment ein Festgestein entstehen.
Zur Färbung
Ein Sandstein aus reinem Quarzsand ist entsprechend der Farbe der Quarzkörner im Gesamtbild hellgrau bis weiß. Die Färbung von Sandsteinen wird meistens von mineralischen, seltener organischen Beimengungen hervorgerufen.Insbesondere eisenhaltige Mineralien bewirken eine Färbung. Die Rotfärbung des Buntsandsteins wird durch das Eisenmineral Hämatit bewirkt, das als dünne Häutchen die Quarzkörner umhüllt. Auffällig in roten Sandsteinen sind weiße fleckenartige Bleichungszonen, deren Entstehung auf organische Bestandteile zurückzuführen ist. Durch die Zersetzung entstehen um die organischen Partikel herum sogenannte Reduktionshöfe, innerhalb derer das Gestein gebleicht wird. Innerhalb der Reduktionshöfe wird das dreiwertige Eisen in sene wasserlösliche zweiwertige Form über- und mit dem Wasser abgeführt und das Gestein somit entfärbt. Solche Bleichungszonen können einen Durchmesser von wenigen Millimetern, aber auch einigen Zentimetern erreichen.
Silikatische Mineralien, die zweiwertig gebundenes Eisen enthalten wie Chlorit oder Glaukonit, verleihen dem Gestein grünliche Farbtöne. Gelblichbraune bis braune Färbungen beruhen auf der Anwesenheit von Limonit, der häufig in Form von Schlieren und konzentrisch angeordneten Ringen, aber auch fein verteilt oder in kleinen Nestern im Gestein vorkommt. Organische Einschlüsse, die von Pflanzenresten stammen, erzeugen schwarze bis schwarzbraune Flitter, Überzüge oder Häutchen.
Zur Schichtung
Schrägschichtung ist ein Begriff der Sedimentologie und bezeichnet die Ablagerung von körnigem Sediment in schrägeinfallenden Schichtungen. Diese Art der Ablagerung findet sich an der Leeseite von Dünen sowie von Strömungs- und Wellenrippeln in Gewässern. Die Schrägschichtung in übereinanderliegenden Schichten kann durch wechselnde Strömungsverhältnisse bei der Ablagerung unterschiedllich oder gegensätzlich orientiert sein (Kreuzschichtung).
Der Einfallswinkel der Schrägschichtung ist abhängig von der Kohäsion des transportierten Materials und beträgt aufgrund der häufigen statischen Aufladung der Sandkörner in Dünen etwa 30 Grad, im Wasser wegen der geringeren Kohäsion aufgrund des Transportmediums etwa 15 Grad. Die Orientierung der Vorschüttung kann dafür benutzt werden, die Richtung der verursachenden Strömung zu ermitteln und spielt eine Rolle bei der Rekonstruktion von Oberflächengestalt und Ablagerungsvorgängen vergangener Zeitalter.
Zu Tongallen / Tonschmitzen
Eine bekannte Erscheinung in der Petrographie des Buntsandsteins ist die Führung rundlicher oder eckiger Einschaltungen von Ton. Namentlich werden solche sogenannte Tongallen in der mittleren Abteilung der Formation (Abb. 1) angetroffen und gehören hier zu einer charakteristischen Eigentümlichkeit des bunten Sandsteins.
Abb. 3: Tongallen
Die Bezeichnung Tongalle, der Sprache der Steinarbeiter entnommen, schließt den Begriff des Schlechten, Minderwertigen in sich ein, denn vom bautechnischen Gesichtspunkt betrachtet, erweisen sich Sandsteine mit derartigen Toneinschlüssen behaftet als wenig geeignet für Bausteine. Infolge der Fähgkeit des Tons, leicht Wasser aufzunehmen und dieses entsprechend den Witterungsverhältnissen abzugeben oder zu halten, vermag die Tonkonkretion im Sandstein bei eintretendem Frostwetter den umschließenden Sandstein zu lockern und zu zersprengen.
Der Dünensand ist durch Windselektion aus einem tonhaltigen und sandigen Verwitterungsgrus entstanden, und wenn auch die Hauptmengen der tonigen Verunreinigungen daraus entfernt sind, so ist doch immer noch eine gewisse Menge Tonstaub in dem Dünensand enthalten, der durch winterliche Schnee- und Regenfälle zusammengeschwemmt und hierbei als tonige Zwischenschicht dem Sande eingeschaltet wird.
Gleichermaßen wie auf der Erde konnten auch auf dem Mars teilweise riesige Sanddünen und Sandwellen beobachtet werden. Der häufig durch Eisenoxide rötlich gefärbte Sand des Mars ist dort viel in Bewegung. Die Winde können sich zu Staubstürmen entwicklen, die mehrere Wochen andauern können. Durch die dort herrschende dünne Armosphäre können Sanddünen leichter als auf der Erde geformt werden. Die Erwärmung am Nachmittag erzeugt Luftströmungen, aus denen sich Windhosen bilden können. Aufnahmen der Raumsonde Mars Global Surveyor zeigen Bilder, wie gleich mehrere solcher Staubwirbel gleichzeitig über eine Region ziehen. Diese Staubwirbel verändern das Aussehen der Marsoberfläche auch in anderer Weise. Sie fege den helleren Sand weg und lassen das dunklere Gestein darunter zum Vorschein kommen. Dadurch werden mit dem Wechsel der Jahreszeiten große Regionen heller oder dunkler asl Auswirkung von Windhosen und Stürmen, die den roten Marssand neu verteilen.
Abb.4: Erodierte Marslandschaft
Obige Abbildung zeigt eine erodierte Landschaft mit geschichtetem Gesteinsaufbau. Der Bildausschnitt umfasst ein Gebiet von etwa 1,7 mal 3 Kilometern und stammt von einer Forschungssonde auf der Marsumlaufbahn. Das Bild könnte auch auf der Erde entstanden sein, denn auch hier existieren sehr ähnliche Formen.
Abb. 5: Riesendüne auf dem Mars
Noch mehr sieht man sich bei Abb. 5 auf die Erde versetzt, beispielsweise zu den Riesendünen bei Sossusvlei in Namibia. Gerade in der jüngeren Vergangenheit wurden zum ersten Mal große Wellen von Mars-Sand entdeckt, die wandern.
Der Sand entstammt den Gesteinen des Planeten. Wie auf der Erde sind vor allem silikatische Gesteine zu erwarten. Diese können vulkanisch-plutonisch, metamorph oder sedimentär sein. Als Besonderheit sind auf dem Mars bedeutende Massen von Regolith vorhanden. Es handelt sich dabei um eine Decke aus Lockermaterial, die sich über einem darunter liegenden Ausgangsmaterial gebildet hat. In der Geomorphologie bezeichnet Regolith irdisches Material, das infolge physikalischer und chemischer Verwitterung ausschließlich an Ort und Stelle (in situ) aus anstehendem Ausgangsgestein hervorgegangen ist. Eine Umlagerung fand nicht oder nur über kürzeste Distanzen beispielsweise durch Hangkriechen statt. Regolith unterscheidet sich hierin von Sediment, das heißt von Absatzmaterial, das zuvor durch strömende Flüssigkeiten oder Gase oder durch Schwerkraft über eine gewisse Distanz transportiert wurde.
Durch die auf dem Mars üblichen, heftigen atmosphärischen Bewegungen werden Sand- und Staubmassen verschoben. Schon aus dem Orbit sind ausgedehnte Dünenfelder (Wüsten) zu erkennen.
Seit den neuesten Entdeckungen der US-amerikanischen Roversonde Opportunity am Boden, ist bekannt, dass der Mars überraschenderweise auch Sedimentite beherbergt, die in offenem Oberflächenwasser entstanden sind. Dabei kommen sowohl klastische Lagen mit Rippelmarken (ähnlich irdischen Sand- oder Siltsteinen) als auch offensichtlich aus dem Wasser ausgefällte chemische Sedimente (Sulfate) vor.
Damit sind auch auf dem Mars Gesteinsbildungen unter Wüstenbedingungen zu erwarten, wie wir diese in unterschiedlicher Ausprägung an unserem Wüstenbahnhof vor Ort vorfinden. Und mit diesen wollen wir uns nun im Rahmen der Logaufgaben näher befassen:
Abb. 6: Aufgabe 1
Abb. 7: Aufgabe 2
Um diesen Earthcache zu loggen sende mir die Antworten auf die nachfolgenden Fragen über mein Profil. Es kann danach sofort geloggt werden. Sollte etwas nicht stimmen, werde ich mich melden.
1. WP 1 Straßenseite des Gebäudes nach Abb. 1: In Abb. 6 sind drei Bausandsteine mit A, B und C gekennzeichnet. Betrachte diese genau und ordne zu: 1. Bausandstein mit Kreuzschichtung 2. Bausandstein mit Tongallen 3. Bausandstein mit Verfärbungen
2. WP 2 Giebelseite des Gebäudes nach Abb. 1: In Abb. 7 sind zwei weitere Bausandsteine mit D und E gekennzeichnet. Welche Verfärbungen sind hier zu sehen ? Worauf sind diese zurück zu führen ? In welchem der beiden Blöcke sind Tongallen zu sehen ? Welche Größe erreichen diese ? Wie sind diese zur Schichtung angeordnet ? Worauf ist dies zurück zu führen ? Sind auch Reduktionshöfe (siehe Listing) zu erkennen ?
Quellen:
Dillmann Olaf: Petrographie des Sandsteins
Blanck Edw.: Ein Beitrag zur Chemie und Physik der Tongallen im Buntsandstein
Böhm Matthias: Geologie des Mars
Linke Stefan: Die Geologie des Planeten Mars
Naturpark Schwarzwald Mitte/Nord: GeoTour Wildberg: Von der Wüste zum Meer und zurück
Wikipedia