Sedimentgesteine (wie hier unser Sandstein) bilden sich durch den Transport und die Ablagerung von Sedimenten durch Wasser, Wind und Eis sowie durch direkte Ausfällung. Die Strukturen, die sich während der Ablagerung bilden, sind Indikatoren für die Energiebedingungen innerhalb des Ablagerungsmediums. Eine Reihe von Strukturen werden durch Strömungsaktivitäten gebildet - sowohl unidirektional als auch oszillierend. Während Erstere in vielen verschiedenen Umgebungen gefunden werden, treten Letztere in Gebieten mit Wellenaktivität auf.
Es gibt eine eindeutige Beziehung zwischen der (abgelagerten) Korngröße und der Energie des Transportflusses. In allgemeinen Begriffen können sedimentäre Einheiten in Schichten oder Laminate unterteilt werden, wobei diese auf der Grundlage ihrer Mächtigkeit unterschieden werden können. Schichten sind über 1 cm mächtig, während Laminate unter einem Zentimeter liegen.
Die Bildung planarer Schichten und Laminate tritt auf, wenn die Transportströmung anfängt, langsamer zu werden. In diesem Stadium beginnt die Sedimentation, und dünne Schichten von Sand werden abgelagert (planare Lamination). Planare Schichten können sich entweder in grobkörngen Sanden (>0,7 mm, ruhiges Fließen) oder bei höheren Fließgeschwindigkeiten bilden, wobei die planare Lamination sich in allen Korngrößen von Sand bilden kann.
Die Korngrößenverteilung der Sedimentgesteine und die Anordnung der Sande und Gerölle erlauben Rückschlüsse auf die Ablagerungsbedingungen. Regional zeigt sich ein fließender Übergang zwischen den Tonablagerungen des zurückweichenden Zechsteinmeeres und denen der Buntsandsteinzeit. Die Sandschüttungen setzten sich also fort und dabei nimmt der Anteil des vom variszischen Bergland stammenden Verwitterungsmaterials - Konglomerate, Sand- und Tonsteine - ebenso zu wie die Korngröße, was wiederum auf eine stärkere Strömungsenergie schließen läßt.
Aus den planaren Schichtungen können sich Verfaltungen ergeben. Dabei handelt es sich konkret um Verbiegungen oder Krümmungen unseres Sedimentgesteiens. Die Ursache dafür ist ein Druck von außen. Die Verformung erfolgt meist wellenartig. Nach dem mechanischen Verhalten der Gesteinsschichten wird dabei zwischen kompetenten und inkompetenten Gesteinsschichten unterschieden. Die ersteren setzen einer Verformung harten Widerstand entgegen, während inkompetente Schichten einen plastischen Charakter aufweisen. Hierunter fallen leicht verformbare Ton-, Mergel- oder Salzschichten. Bei relativ homogenem Untergrund bilden sich hier Biegefalten. Die Einzelfalte kann nach unterschiedlichen Richtungen offen sein.
Doch wie verhält es sich nun mit Einlagerungen in diesen Schichtungen ? Im Überblick haben wir drei Bereiche zu betrachten:
Korrosionslöcher
Diese entstanden vermutlich durch karbonatreiche oder tonige Einlagerungen im Sandstein oder gar durch unzureichend verkieselten Sandstein - sogenannte Lockersandnester -, die durch eine leichtere Verwitterung aus dem Sandstein herausgelöst worden sind. Die Löcher zeigen unregelmäßige Formen gegenüber den runden Hohlräumen der Kugelsandsteine. In den Korrosionslöchern findet sich häufig ein schwarzer Manganmulm als Verwitterungsrest von tonigen, manganreicheren Einlagerungen.
Tongallen
Dabei handelt es sich eigentlich nur um Ton-Gerölle. Sie sind umgelagerte Reste eines bereits verfestigten, schlammigen Geländebodens zur Buntsandstein-Zeit. Stücke werden vom Wasser mitgerissen, sind dabei abgerollt und wurden erneut mit sandigem Sediment überdeckt (Resedimentation).
Tongallen im Sandstein findet man in vielen Horizonten. Im frischen Zustand ist der Hohlraum noch vollkommen mit der Tongalle gefüllt, deren Substanz langsam heraus wittert und zerfällt. Vielfach finden sich nur noch Reste der Tongalle in einem flachen, gerundeten Hohlraum auf Schichtflächen von Buntsandstein-Blöcken.
Kugelsandstein
Seine Entstehung ist noch nicht ganz geklärt. Auf zwei Erklärungsversuche sei im Folgenden eingegangen:
"Der bei Ebbe trocknende, in einzelne Schollen zerreißende Schlamm wird von der wiederkehrenden Flut oftmals zu rundlichen Schlammknollen umgeformt, welche von den Wellen hin- und hergeworfen und dem weichen Schlamm als Konkretion-ähnliche Gebilde wieder eingefügt werden. Kommen solche Tonstücke den Dünen nahe, so können sie als "Tongallen" in die Sandfazies eingeschlossen werden. 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." (Literaturangabe Walther)
Einem diesem nahestehende Erklärung findet sich bei Spandel (Literaturangabe), welcher ebenfalls aus rezenten Vorkommen den Schluß ableitet,daß Tone in Gestalt runder Tonkugeln, durch strömendes Wasser aus anderen Gegenden verfrachtet, in lose Sandsteinschichten eingebettet werden und dort später nach dem zurückgehen des Wassers eintrocknen.
Besonders in Felssandsteinen gibt es Stellen, an denen runde, vollkommen glatte Hohlräume im Sandstein auftreten. In einigen Fällen befindet sich im Hohlraum noch ein loser Sandsteinkern.
Abb. 1: Hohlräume ehemaliger "Kanonenkugeln"
Schnitte durch eingelagerte Sandstein-Kugeln deuten bei einigen Kugelsandsteinen auf geschichtete Sandstein-Gerölle, die im Sand eingebettet wurden und durch ihre unterschiedliche Härte später durch die Verwitterung aus der Sandstein-Schicht heraus präpariert wurden.
Abb.2 Herausgewitterte "Kanonenkugeln"
Andere Stücke zeigen einen konzentrischen Aufbau, der auf eine Verfestigung in Form einer Konkretion im abgelagerten Sand oder späteren Sandstein hindeutet. In der Bildmitte von Abb. 2 sind mehrere herausgewitterte "Kanonenkugeln" im Positiv zu sehen (neben den Kugel-Hohlräumen links und rechts davon).
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Abb. 3: Aufschluss an WP 1
1. An WP 1 steht ihr vor dem in Abb. 3 wiedergegebenen Aufschluss mit den Teilbereichen A, B und C.
1.1. In welchem Bereich sind ausschließlich Ablagerungen zu erkennen ? Auf der Grundlage des Listings: Handelt es sich dabei um Laminate oder Schichtungen ? Ist die Schichtung planar oder auch verformt ? Beschreibe dies genauer.
1.2. In welchem der Bereiche sind "Kanonenkugeln" zu sehen ? Handelt es sich um Hohlräume (Negative) oder auch eingeschlossene Kugeln (Positive) ? Beschreibe jeweils die Ausbildung (Form, Größe, Farbe)
1.3. Wo sind Tongallen auszumachen ? Beschreibe auch hier deren Größe, Form und insbesondere auch Ausrichtung im Gestein.
2. An WP 2 stehen wir vor einem weiteren Aufschluss zum Listingthema. Welche der drei Bereiche (A,B,C) nach Abb. 3 sind auch hier zusehen ? Bitte beschreibe und vergleiche diese mit der gleichen Erscheinung bei Aufgabe 1.
Literaturhinweise:
Blanck Edward: Ein Beitrag zur Chemie und Physik der Tongallen im Buntsandstein
McCann Tom, Manchego Mario Valdivia: Geologie im Gelände, Berlin, Heidelberg 2015
Spandel: Die Bildung der Tongallen in Sandsteinen; Verh. d. Ges. Deutsch. Naturforscher und Ärzte, 68
Walther J.: Über die Fauna eines Binnensees in der Buntsandsteinwüste, Centralblatt für Mineralogie
Wikipedia
Aufnahmen: Eigene