Geotop im Schlenzetal
Was ist ein Geotop?
Ein Geotop ist ein künstlich von Menschenhand angelegter (z. B. ein Steinbruch), oder ein natürlich entstandener Aufschluss und eine Gesteinsformation, die es sozusagen erlaubt, „an der Tagesoberfläche“ einen Einblick in typische Gesteinsformation und Schichtungen zu tätigen, die den Untergrund des Mansfelder Landes bestimmend prägen.
Geologischen Übersicht des Mansfelder Landes
Das Gebiet der Landmarke 19 liegt im südöstlichen Harzvorland und erstreckt sich stellenweise bis an die Saale. Das Landschaftsbild bietet mit seinen weiten, kaum gegliederten Hochflächen, der steppenartigen Feldflur und der Waldarmut recht wenig Abwechslung.
Umso spannender sind die Verhältnisse im Untergrund.
Das Blockbild zeigt eine große schüsselartige Struktur: die Mansfelder Mulde.
Sie entstand im Jungtertiär vor etwa 20 Mio. Jahren. Ihre Schichtenfolge setzt vor ca. 310 Mio. Jahren mit mächtigen Bildungen des Oberkarbons und des Rotliegenden ein. Dabei handelt es sich vor allem um Abtragungsschutt des zuvor aufgefalteten Variszischen Gebirges. Er sammelte sich in von Flüssen gespeisten Schwemmebenen und besteht meist aus rötlichen Sandsteinen. Es folgen die 258 bis 251 Mio. Jahre alten Ablagerungen des Zechsteins mit dem Kupferschieferflöz an der Basis und den darüber liegenden bis 300 m mächtigen Sulfat- und Salzgesteinen. Diese löslichen Gesteine sind durch mehrfachen Wechsel von Überflutung und Eindampfung eines Flachmeeres entstanden. Darüber folgt die Trias. Sie setzt mit sandig-tonigen Fluss- und Seeablagerungen des 251 bis 243 Mio. Jahre alten Buntsandsteins ein. Ihre z. T. kompakten Sandsteine wurden in zahlreichen Steinbrüchen gewonnen und sind an vielen Bauwerken wiederzufinden. Während des Eiszeitalters (Pleistozän, Beginn vor 2,6 Mio. Jahren) wurde die Region zweimal vom skandinavischen Gletschereis überfahren. Die Hinterlassenschaften der Gletscher und ihrer Schmelzwässer (Geschiebemergel, Sand, Kies, Ton) bedecken das Gebiet weitflächig. Durch Windablagerung bildete sich eine mächtige Lössdecke, auf der sich fruchtbare Schwarzerden entwickelten. Erst während der, bis heute andauernden Warmzeit (Holozän, seit 11.600 Jahren) entstanden in Senkungsgebieten über abgelaugtem Zechsteinsalz die Seen des Mansfelder Landes.
Die abwechslungsreichen geologischen Verhältnisse beflügelten seit Alters her den Bergbau. Von besonderer wirtschaftlicher Bedeutung war der nur etwa 40 cm mächtige Kupferschiefer. Er wurde 800 Jahre lang intensiv abgebaut und machte die Mansfelder Mulde als Bergbaurevier weithin bekannt. Erste Anfänge des Abbaus reichen sogar bis in die Bronzezeit zurück. Man nutzte zunächst die am Muldenrand zu Tage tretenden Erz führenden Bereiche und arbeitete sich später bis zum Muldenzentrum in immer größere Teufen vor. Der mit 995 m tiefste Grubenaufschluss liegt bei Bösenburg. Drei gewaltige Spitzkegelhalden sind Zeugnisse der letzten Phase dieses Bergbaus, der mit der Erschöpfung der Lagerstätten im Jahre 1969 endete. Insgesamt wurden 80 Mio. t Erz gefördert, die eine Ausbeute von 2 Mio. t Kupfer ergaben.
Nach der geologischen Übersicht kommen wir nun zum Geotop direkt an der Landstraße zwischen Helmsdorf und Polleben:
Der Straßenanschnitt bei Polleben
Zwischen Helmsdorf und Polleben führt die Straße durch das Schlenzetal. Der Bach durchquert hier widerständige Sandsteinschichten. Sein, in Polleben noch weites und flachhängiges Tal, verengt sich jetzt auf 50 m Breite. Auf Höhe der Steinmühle fällt am westlichen Straßenrand eine Felswand auf. Der 50 m lange und 5 m hohe Aufschluss zeigt blassgelbe und rotbraune Ablagerungen des Buntsandsteins (Hardegsen- Formation). Die schräg gestellten Schichten fallen mit ca. 15° Neigung nach Süden zum Zentrum der Mansfelder Mulde hin ein, das 3 km entfernt östlich von Polleben liegt. Dort wird der Buntsandstein bereits von Muschelkalk überdeckt. Der im Straßenanschnitt dünnbankige Sand- und Schluffstein ist als Werkstein ungeeignet.
Der Aufschluss befindet sich direkt an der vielbefahrenen Landstraße L 151. Bei seiner Besichtigung ist höchste Aufmerksamkeit auf den Straßenverkehr geboten. Eine Beschilderung des Aufschlusses ist nicht vorhanden.
Gesteinskreislauf der Sedimentgesteine
Anstehendes Gestein ist unentwegt allen Unbilden des Wetters ausgesetzt: Der Regen dringt in die Poren ein, friert bei Frost und sprengt durch die Ausdehnung des Eises den Stein; im Regenwasser gelöste Säuren reagieren mit einigen Mineralien; durch die Sonnenhitze dehnt sich die Gesteinsoberfläche aus und zieht sich bei Abkühlung wieder zusammen; herabstürzende Gesteinsbrocken schlagen Splitter ab – früher oder später verwandelt sich jedes Gestein in Schutt und Staub.
Aber es geht noch weiter: Schutt und Staub werden von Flüssen und vom Wind fortgetragen und schließlich wo anders abgelagert. Dort verdichten sie sich und verwandeln sich wieder in festes Gestein. Auf diese Weise entsteht die zweite Art von Gestein: das Sedimentgestein.
Mineralienbestand und Klassifikation von Sandsteinen
Als Sandstein bezeichnet man Festgesteine aus gerundeten, bis kantigen, Körnern bzw. Gesteinsfragmenten (Klasten). Der Durchmesser der Sandsteinkörner liegt im Größenbereich zwischen 0,063 und 2 mm. Dabei werden sowohl die Korngrößen als auch der Mineralbestand von den drei wesentlichen Prozessen bei der Entstehung der Sandsteine (Verwitterung der ursprünglichen Gesteine, Transport und Diagnese) beeinflusst. Aufgrund der hohen Verwitterungsresistenz und Beständigkeit stellt Quarz eine Hauptkomponente der Sandsteine dar. Weitere Gefüge Komponenten sind im Wesentlichen Feldspat, Gesteinsbruchstücke, Schichtsilikate (wie z. B. Glimmer, Chlorit und Glaukonit).
Entscheidend für die Festigkeit der Sandsteine ist der Zusammenhalt des Korngerüsts, der grob in drei Gruppen von Kornbindungen unterschieden werden kann. Hierbei werden grundsätzlich kieselige, karbonatische und tonige Bindemittel differenziert. Während der Verfestigungsprozess mit tonigen Bindemitteln im Wesentlichen durch eine Verdichtung (Kompaktion) erfolgt, sind kieselige und karbonatische Bindemittel auf chemische Prozesse (Zementation) zurückzuführen. Bei der Zementation handelt es sich um eine Kristallisation von Mineralien zwischen den einzelnen Sedimentkörnern.
In der Regel treten diese Bindungen nicht allein, sondern kombiniert in unterschiedlichen Mengenanteilen auf, von denen dann insbesondere die Zugfestigkeit des Sandsteinmaterials abhängt. Ein hoher Anteil an kieseligem Bindemittel verleiht dem Sandstein eine besonders hohe Festigkeit und Resistenz gegen Verwitterung. Überwiegend karbonatisch gebundener Sandstein ist in besonderem Maße anfällig gegen chemische Verwitterungseinflüsse. Sandsteine mit einem hohen Anteil an tonigen Bindemitteln sind häufig stark porös, neigen zum Quellen, und weisen geringere Festigkeit und geringere Resistenz gegenüber Verwitterungseinflüssen auf als maßgeblich kieselig gebundene Sandsteine.
Verwitterungsspuren im Sandstein
Absanden/Abmehlen
Durch eine Schwächung und schließlich Durchtrennung der Korn-zu-Korn-Verbindungen zwischen den oberflächennahen Kornlagen wird der Kornverband aufgelockert und ein Abrieseln einzelner Körner ist die Folge. Das Abrieseln kleinerer Partikel als die sichtbaren Einzelkörner wird als Abmehlen bezeichnet.
Beide Verwitterungserscheinungen führen u. a. zu einer Steigerung der Oberflächenrauigkeit, was unter Berücksichtigung der damit verbundenen erhöhten Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit weitere Erosion begünstigen kann.
Abbröckeln
Durch regellos verlaufende Risse im Gesteinsgefüge werden unregelmäßige Gesteinspartikel ausgebrochen. Im Gegensatz zum Absanden werden hierbei keine einzelnen Körner von der Oberfläche gelöst, sondern zusammen-hängende Partikelagglomerate, die eine Größenordnung von bis zu mehreren Quadratzentimetern Flächen besitzen.
Krustenbildung
Eine Verkrustung der Gesteinsoberfläche entsteht durch stark anhaftende Ablagerungen von atmosphärischem Ruß, Staub, Schmutz und Salzen. Krusten haben meist eine dunkle, schwarze bis graue Färbung und bilden sich besonders an wettergeschützten Stellen, wo die Schadstoffe und Ausblühungen nicht durch entsprechende Witterungseinflüsse ausgewaschen und entfernt werden, sondern sich anreichern können.
Rissbildungen
Eine Überschreitung der Gesteinszugfestigkeit führt bei Sandsteinen zunächst zu einem Versagen er Korn-zu-Korn-Verbindungen und damit stets zu einer Rissbildung im Gestein.
Risse stellen Gesteinszerstörungen dar, die zumeist keinen unmittelbaren Materialverlust zur Folge haben. Da über Risse eine schnellere Aufnahme von Feuchtigkeit und Schadstoffen in das Gestein erfolgen kann, werden andere Verwitterungsmechanismen jedoch stark beschleunigt.
Bei diesem Straßenanschnitt sind die Schichten des Sandsteingefüges freigelegt worden, in ihnen kann man lesen, wie in einem offenen Buch. Betrachtet den vor euch liegenden Aufschluss und beantwortet die nachfolgend gestellten Aufgaben. Ihr könnt loggen, sobald ihr mir die Antworten der gestellten Aufgaben über mein Profil zugesandt habt. Sollte etwas nicht in Ordnung sein, melde ich mich bei euch.
Tretet an den Aufschluss heran und bezieht für eure Untersuchung den gesamten Aufschluss mit ein.
Aufgabe 1
Beschreibt mit eigenen Worten, wie sich der Aufschluss darstellt in Bezug auf Farbgebung, Schichtstärken, Oberflächenstruktur.
Aufgabe 2
Was meint ihr, welche der im Listing beschriebenen Verwitterungsformen treten bei dem vor euch aufragenden Aufschluss in Erscheinung und wie stellen sie sich dar?
Aufgabe 3
Welcher Bestandteil verleiht dem Sandstein eine hohe Festigkeit?
Aufgabe 4
Überlege, warum die verschiedenen, übereinander liegenden Schichten unterschiedliche Farbgebungen aufweisen.
Aufgabe 5
Ladet bitte bei eurem Logeintrag ein Foto von eurem Besuch vor Ort mit hoch. Ein interessantes Motiv stellen die Gebäude der gegenüber liegende historischen Steinmühle dar.
Viel Spaß beim Erkunden der geologischen Formation wünscht
Herbalwitch1965
Quellenangaben für Texte & Fotos: Verein Mansfelder Berg- und Hüttenleute e. V. https://www.harzregion.de/files/rvh/downloads/Landmarken_Deutsch/11701-19-A0655%20RVH%20Faltblatt%20Landmarke%2019%20-%205%20Auflage.pdf); Regionalverband Harz e. V.; eigene Formulierungen & Aufnahmen