Bleiben wir auf unserer im zweiten Teil virtuellen Tour zunächst zu Hause auf Mutter Erde. Hier hatte ich zunächst die Frage aufgeworfen, ob es sich bei dem Rotliegenden im übertragenen Sinne auch um ein Gestein mit Sonnenbrand handeln könne. Doch zunächst hierezu im Einzelnen:
In der geologischen Zeitskala führt uns unsere Exkursion in das Zeitalter des Perm, das vor etwa 298,9 Millionen Jahren begann und vor etwa 251,9 Millionen Jahren endete. Für dieses Zeitalter gibt es auch eine alternative Bezeichnung, auf die vor der Grundlage dieses Earthcaches kurz einzugehen ist. So wurde diese Zeitepoche auch als "Dyas" - das Zweigeteilte bezeichnet. Besonders in Mitteleuropa ist diese Zweiteilung in "Rotliegend" und "Zechstein" ausgeprägt. Die Typregion des bis über 3000 Meter mächtigen Rotliegenden ist Mittel- und Westeuropa. Eine Übersicht findet sich in Abb. 1.
Abb. 1: Dyas und Rotliegendes
Die auffällig rote Farbe verrät Ablagerungen unter tropischer Hitze (Sonnenbrand ?). Europa lag vor 270 Millionen Jahren viel weiter im Süden, in der Nähe des Äquators. Unter den hohen Temperaturen einerseits und dem Einfluss von Feuchtigkeit und Luftsauerstoff andererseits verwandelte sich der harte Feldspat - wie auch die Glimmerblättchen - in weichen Ton. Die eigentliche Rotfärbung dieser Ablagerungen wird durch fein verteilte Hämatit-Schüppchen (Roteisenstein) verursacht. Diese Gesteinsumwandlungen finden auch heute noch unter "Sonnenbrandbedingungen" in tropischen Gebieten statt. Das Rotliegend verdankt seinen Namen den vielfach auffällig rot gefärbten Gesteinen, aus denen diese Gesteinseinheit aufgebaut ist. Das Zeitalter der Bildung dieser Ablagerungen im Erdaltertum wird in Anlehnung an die vorherrschenden Gesteine "Rotliegendes" genannt.
Abb. 2: Beispielhafter Aufschluss eines Rotliegenden
Die Gesteinseinheit Rotliegend kann Sedimente jeglicher Herkunft aufweisen und Körnungen von groben Konglomeraten und Brekzien über Sandsteine bis zu feinkörnigen Tonen und Kalken beinhalten.
Traditionell wurde das Rotliegend in das Unterrotliegend (Unt. in Abb. 1) und das Oberrotliegend (Ob.I und Ob. II in Abb. 1) unterteilt. Diese Unterscheidung scheint gerade für unsere Exkursion interessant, deshalb soll in Kürze hierauf weiter eingegangen werden.
Das Unterrotliegend ist durch "gemischte" Schichten definiert, d.h. die Schichten (oder Formationen) wechsellagern mit grauen, roten oder vulkanischen Ablagerungen.
Das Oberrotliegend umfasst dagegen nur Rotsedimente, die oft mit grobklastischen Schüttungen beginnen. Dabei handelt es sich um grobkörnige Ablagerungen von Material, das aus der Zerstörung anderer Gesteine stammt. Man unterscheidet:
1. grobklastische Sedimentgesteine mit Korngrößen über 2 mm (Psephite). Dies entspricht den Steingrößen von Kies sowie Konglomeraten und Brekzien. (Beim Kies beträgt der mittlere Durchmesser der Steine 2 bis 63 mm.)
2. mittelklastische Sedimentgesteine mit Korngrößen von 0,02 bis 2 mm(Psammite).
3. feinklastische Sedimentgesteine mit Korngrößen unter 0,02 mm, also Ton- bis Mittelschluff (Pelite).
Die Begrifflichkeiten Psephit, Psammit und Pelit finden zwar materialunabhängig Verwendung, werden aber fast nur auf klastische Silikatgesteine angewendet.
Das Rotliegend wurde in Deutschland in einer ganzen Reihe voneinander getrennter Becken abgelagert, die daher jeweils ihre eigene Sedimentationsgeschichte haben. Konkret haben wir es vor Ort mit dem Schramberg-Becken, einem Permokarbon-Becken in Baden-Württemberg zu tun.
Das Schramberg-Becken ist die geologische Bezeichnung für ein sich etwa Nordost-Südwest erstreckendes, ca. 160 km langes und ca. 50 km breites, intramontanes Molassebecken, das am Ende der variskischen Gebirgsbildung im mittleren Baden-Württemberg und westlichen Bayern entstanden ist. Der Begriff Molassebecken wird allgemein auf ein Sedimentbecken bezogen, das den Verwitterungsschutt eines aufsteigenden Gebirges aufnimmt.
Einen eindrucksvollen Einblick in die Bildungsabläufe innerhalb dieses Molassebeckens und damit die Ablagerng "unseres" Rotliegenden erhalten wir bei WP 2 unserer Exkursion. Hier wird deutlich, dass das Material nicht in einem fließenden Gewässer abgelagert wurde. Ungewöhnlich ist das wirre Durcheinander von kleineren und größeren, nur leicht abgerundeten Gesteinstrümmern. Diese "schwimmen" in einer tonigen Grundmasse. Das Material wurde demnach offensichtlich nicht in einem Gewässer abgelagert, denn Bäche und Flüsse lagern ihre Fracht immer nach der Größe ab. Es handelt sich um Gesteinsschutt, der vor langer Zeit nach gelegentlichen Starkregen von einem Brei aus Schlamm verfrachtet wurde. Solche Schlammströme können auch bei geringem Gefälle größere Brocken verfrachten.
Bei genauerer Untersuchung lassen die kleineren Gerölle Feldspat, Quarz und Glimmer, d.h. die Bestandteile des Granits, erkennen. Im Zeitalter der niedergehenden Schlammströme gab es somit in der Nähe Erhebungen aus Granit, die der Verwitterung ausgesetzt waren und abgetragen wurden.
Die maximale Mächtigkeit der permokarbonischen Sedimente und Vulkanite erreicht in Aufschlüssen bis 500 Meter. Es ist das zweitgrößte Permokarbon-Becken in Baden-Württemberg.
Mit der Ablagerung der Sedimente der Schramberg-Formation ist die Entwicklung des Schramberg-Beckens als eigenständiges Sedimentationsbecken abgeschlossen. Darüber lagert diskordant (unregelmäßig) die Kirnbach-Formation des Zechsteins (Siehe wiederum Abb. 1).
Wie stellen sich nun die Verhältnisse auf dem roten Planeten nach dem gegenwärtigen Kenntnisstand dar ?
Wie wir oben gesehen haben, wurde das Rotliegende auf der Erde weitgehendst durch exogene Kräfte gebildet. Abgesehen von Verwitterungskräften und Meteoriteneinschlägen ist heute der Wind die aktivste exogene Kraft, die die Oberfläche des Mars verändert. Regelmäßig werden starke Stürme beobachtet, die den ganzen Planeten wochenlang in Staub hüllen können. Aber auch lokalere Phänomene wie Windhosen sind häufig.
Abb. 3: Erodierte Marslandschaft mit Sedimentablagerungen
Allerdings muss es in der Vergangenheit noch andere Mechanismen gegeben haben, die riesige, hunderte Kilometer lange Kanäle geformt und dabei wie auch auf der Erde große Mengen Material transportiert haben, vor allem in das nördliche Tiefland. Diese Kanäle haben sich auf dem Mars in den sogenannten Regolith eingeschnitten, ein relativ unverfestigtes Gemisch aus Staub und Eis, das wahrscheinlich mehrere hundert Meter mächtig sein kann. Ebenso gibt es viele kleinere Kanäle, die zum Beispiel von Kraterrändern oder tektonischen Abbrüchen ausgehen und häufig in Schuttfächern enden. In den größeren Kanälen gibt es Fließstrukturen, z.B. tropfenförmige Inseln. Im Vergleichsschluss zur Erde lassen die Beobachtungen nur die Erklärung durch Wasser zu. Viele Forscher glauben, dass der Mars in seiner Vergangenheit ein warmes und feuchtes Klima unter einer dichteren Atmosphäre hatte. Diese Atmosphäre könnte der Mars später verloren haben, etwa durch den Sonnenwind.
Es ergeben sich jedoch auch Widersprüche wenn man versucht, die Beobachtungen allein auf flüssiges Wasser zurückzuführen.
Abb. 4: Entstehung eines kryoklastischen Stromes
In einem anderen Ansatz wird die Bildung einzelner Marslandschaften auf sogenannte kryoklastische Ströme zurückgeführt. Demzufolge ist der poröse Untergrund im Ursprungsgebiet der Kanäle nicht mit Wasser, sondern mit einer Mischung aus Trockeneis und einem Klathrat, einer Mischung aus Wasser und Kohlendioxid, gefüllt. Teilweise wird der Regolith von diesem Feststoff zementiert. An Kraterrändern, tektonischen Brüchen oder anderen steilen Abhängen kann es zu Bewegungen von bis zu mehreren hundert Meter mächtigen Blöcken kommen, die auf besonders klathratreichen Horizonten gravitativ abgleiten. Während dieser Bewegung beginnen die Blöcke zu zerbrechen. Dabei wird das Trockeneis-Klathratgemisch im unteren Bereich der Blöcke plötzlich druckentlastet und das Trockeneis entgast sehr schnell. Durch die starke Volumenvergrößerung bei diesem Prozess entsteht ein Materialstrom, der von Kohlendioxid-Gas getragen wird. An der Stelle, an der der Block abgebrochen ist, wird weiteres Trockeneis durch Druckentlastung instabil und es brechen immer neue Blöcke ab, die in sich zerbrechen und neues Material für den Strom liefern. Dieser Strom ist sehr dicht und stark erosiv. Er ist in der Lage, Hindernisse zu überwinden, Fließstrukturen im Gelände zu hinterlasse und große Mengen Material zu transportieren. Im Anfangsstadium wird Klathrat als Feststoff mit transportiert. Durch die Druckentlastung und die innerhalb des Stroms durch Reibung erzeugte Wärme wird es jedoch auch instabil und zerfällt relativ langsam in gasförmiges Kohlendioxid und Wassereis, das weiterhin als feste Komponente mittransportiert wird. Nun wird laufend Kohlendioxid freigesetzt, das dazu beiträgt, den Strom in Bewegung zu halten. In der Ursprungsregion der Ströme bleibt ein chaotisches Terrain zurück.
Abb. 5: Rötlich Liegendes Terrain auf dem Mars
Mit Hilfe von Spektrometern könen Minerale und Mineralgemische auf der Marsoberfläche identifiziert werden. Die Viking- und Pathfinder-Landesonden haben auf dem Mars Lockergesteine untersucht, die durchgehend relativ hohe Schwefelgehalte aufweisen. Die rote Farbe allerdings, die die Färbung des gesamten Planeten hervorruft, kommt durch feinkörnigen Hämatit zustande, der sich unter den trockenen und kalten Bedingungen, die heute auf der Marsoberfläche herrschen, durch Verwitterung eisenhaltiger Gesteine bildet. Auch im Rahmen eines Erossionsprozesses von Quarzsand und Magnetit bildet sich in einem ausschließlich mechanischen Prozess ohne den Einfluss von Wasser Hämatit. Auf diese Weise könnten wenige hundertausend Jahre reichen, um ausreichend roten Staub zur Erklärung der roten Farbe des Mars zu produzieren.
Und damit haben wir neben den Bildungsbedingungen auch den farblichen Schulterschluß zwischen "Rotliegendes und Rotes" vollzogen. Eine Besonderheit auf dem Mars ist die Anwesenheit von grobkörnigem Hämatit in Gebieten nahe des Äquators. Dessen Entstehung ist bisher unklar. Auf der Erde bildet sich grobkörniger Hämatit bei bestimmten hydrothermalen Prozessen.
Um diesen Earthcache zu loggen, beantworte bitte die folgenden Fragen über mein Profil. Nach deren Absendung kann gleich geloggt werden. Sollte etwas nicht stimmen, werde ich mich melden.
Wegpunkt 1:
1. Wie verhält es sich mit dem "Sonnenbrand" ?
2. Beschreibe die Zusammensetzung des Aufschlusses vor Ort:
2.1. Wie stellen sich die Schüttungen dar ? Verwende dabei die im Listing erklärte Begrifflichkeit (Stichwort: klastische Schüttung).
2.2. Wie verhalten sich die weiteren Ablagerungen ? (Färbung, Größe, Form, geordnet vs. ungeordnet)
2.3. Ist der Aufschluss damit eher dem Oberrotliegenden oder dem Unterrotliegenden zuzuordnen ?
Wegpunkt 2:
3. Beschreibe, wie es zur Bildung dieses Gesteinsschuttes kam (Hilfe: Denke an Pfannkuchenteig mit Nußstückchen, der in eine schräg gehaltene Pfanne gegossen wird).
4. Woher kommt die vielfältige Zusammensetzung des Rotliegenden ?
Quellenangabe:
Naturfreunde Schramberg: Geologischer Pfad
Böhm Matthias: Geologie des Mars
Hoffman N.: White Mars: A New Global Model for Man's Surface and Atmosphere Based on CO2. - Icarus, 146: 326 - 342
Linke Stefan: Die Geologie des Planten Mars
Wikipedia
Abb. 1: Wikipedia
Abb. 2: Eigene Aufnahme
Abb. 3 und 5: Linke S. bzw. NASA
Abb. 4: Hoffmann N.