Planetary Geology on Earth: Gips EarthCache

Planetengeologie auf der Erde und auf dem Mars

Dieser Earthcache gehört zur Earthcache-Serie Planetengeologie auf der Erde. Viele geologische Phänomene, unter anderem Vulkane, Gletscher, fließendes Wasser, Berge, Sedimente usw., kommen sowohl auf der Erde als auch auf dem Mars vor und zeigen ganz ähnliche Erscheinungsbilder. Die verschiedenen Mars-Rovers, wie zum Beispiel Curiosity und Opportunity liefern dazu auch immer wieder spektakuläre Bilder. Bei diesem Earthcache geht es um das Dihydrat von Calciumsulfat, also um Gips. Auch dieses Sediment kommt auf beiden Planeten vor.

Wir befinden uns auf unserem blauen Heimatplaneten - der Erde:

Der Gipsabbau hier im Steinbruch Markt Bibart fand bis zum Jahr 2000 von einem der führenden Herstellern von Baustoffen und Bausystemen in Europa mit Sitz in Iphofen statt. Die geförderte Menge an Gips in den 17 bis 18 Jahren des Tagebaus belief sich auf 1,5 Millionen Tonnen, was einer jährlichen Förderung von 85.000 Tonnen entspricht. Seit der Schließung fällt der Steinbruch unter Natura 2000, einem innerhalb der Europäischen Union zusammenhängenden Netz von Schutzgebieten zur Erhaltung gefährderter oder typischer Lebensräume und Arten.

Da es sich um ein Naturschutzgebiet / Biotop handelt, dürfen (und müssen) die offiziellen Wege zu keiner Zeit verlassen werden!

Der renaturierte Gipssteinbruch erklärt die Geologie vor Ort auf der Erde

Der zugängliche ehemalige Gipssteinbruch bietet einen Exkursionspunkt um sich mit der interessanten und besonderen Geologie zu befassen. Die gut erhaltenen Abbauwände / Felsblöcke zeigen uns hier eine Schichtung aus hellen und dunklen Partien. Gips ist zwar ein Evaporit, das durch Eindampfung von Meerwasser entstanden ist, die dunklen Schichten stammen aber von Ton- und Sandeinlagerungen, die in das Meeresbecken eingespült oder eingeweht wurden und daher ein sogenanntes „klastisches Sediment“ darstellen. Der hier in massiver Form vorzufindende Gips entstand mit der Zeit durch weitere Ablagerungen die immer mehr zusammengepresst wurden, sodass schließlich fester Gipsstein entstand.

Gips

Gips ist ein sehr häufig vorkommendes Mineral, geologisch auch unter dem Namen Gipsspat bekannt. Der chemische Name ist Calciumsulfat-Dihydrat, die zugehörige Formel lautet Ca[SO4]·2H2O. Man findet es in kristalliner Form innerhalb der Gesteinsschichten. Es ist farblos oder weiß, kann aber durch Beimengungen (z.B. Sand, Bitumen) auch gelbliche, rötliche, braune oder graue Farben annehmen. Gips hat eine geringe Härte und ist nur schwer im Wasser löslich. Während ein Schwamm Wasser aufsaugt und dabei spürbar feuchter und weicher wird, ist es beim Gips genau anders herum. Er bindet das Wasser chemisch und wird dadurch härter! Geologisch entsteht Gips durch Auskristallisierung aus Calciumsulfat-übersättigtem Meerwasser, aufgrund der geringen Wasserlöslichkeit. Ganz überwiegend aus dem Mineral Gips bestehende, also monomineralische Gesteine mit nur geringen Beimengungen anderer Minerale wie Anhydrit, Quarz oder Tonmineralen werden ebenfalls als Gips oder auch als Gipsstein bezeichnet. Zur damaligen Zeit wurde die Umgebung durch ausgedehnte Küstenstreifen mit weit ins Hinterland reichenden Ebenen geprägt. Der Ort an dem wir uns heute befinden lag damals ca. auf der geografischen Breite wie heute Kairo. Deshalb war das Klima damals trocken und heiß. Durch Schwankungen des Meeresspiegels oder starke Regenfälle kam es schnell zur Bildung von flachen Seen und Lagunen, welche durch die hohen vorherrschenden Temperaturen grosse Mengen Wasser verdunsten liessen und so diese Seen und Lagunen trocken legten. Bei der Verdunstung kam es zu Ausfällung von Salzen welche sich, wie unter anderem der Mineral Gips, hier ablagerten. Dieser Prozess findet heute noch am Persischen Golf und dem Toten Meer statt, da dort ähnliche Bedingungen vorherrschen wie damals als sich hier der Mineral Gips ablagerte.

Die Zeit des Gipskeupers

Zur Zeit der Trias lag Franken im Bereich eines großen festländischen Beckens, dem Germanischen Becken, das gelegentlich von einem Flachmeer überflutet wurde. In Franken kamen damals jedoch überwiegend Festlandssedimente zur Ablagerung. Als vor etwa 230 Millionen Jahren das Muschelkalkmeer weiter nach Südwesten zurückwich, entstand eine flache, küstennahe Landschaft mit Lagunen, Seen, Sümpfen und Flussebenen. Das Klima war zunächst überwiegend trocken, wurde aber langsam feuchter. Im Meerwasser gelöste Stoffe fielen als Minerale aus, unter anderem entstanden Gipsschichten. Als Basis der sogenannten Myophorienschichten findet man ein mehrere Meter mächtiges, überwiegend aus Gips bestehendes Schichtpaket - den Grundgips. Aber auch in der weiteren Schichtfolge mit Tonen, Mergeln und Sandsteinen treten immer wieder dünne Gipslagen auf. Daher bezeichnet man die Ablagerungen von den Myophorienschichten bis zu den überlagernden Lehrbergschichten als Gipskeuper.

Gips als Rohstoff

Gips als Rohstoff wird vorwiegend bergmännisch als Gipsgestein gewonnen, fällt aber heute auch häufig als Nebenprodukt verschiedener chemischer großtechnischer Verfahren an. Technisch nutzt man das Vermögen des Gipses, das durch Erhitzen (Brennen) teilweise oder ganz verlorene Kristallwasser beim Anrühren mit Wasser wieder aufzunehmen und dabei abzubinden. In der heutigen Bautechnik wird Gips meist in Form von REA-Gips für Gipskartonplatten für den Trockenbau, als Grundstoff für verschiedene Putze und Trockenestriche verwendet, daneben auch als Grundierung und Füllmittel.

In der Medizin wird Gips für den Gipsverband verwendet, die dann innerhalb von Minuten aushärten und nach ungefähr zwölf Stunden voll belastbar sind. In der Zahntechnik ist Gips der wichtigste Rohstoff für Dentalgipse zur Herstellung von Modellen, die aus Abformungen der Mund- und Zahnsituation erstellt werden.

In der bildenden Kunst wird Gips häufig für Skulpturen, sowie in der Technik für die Erstellung von Formen und Modellen verwendet. Marienglas spielt auch heute noch bei Kirchen- und Alabaster-Restaurierungen eine wichtige Rolle. Auch Tafelkreide und Malkreide besteht in Deutschland aus Gips.

Verlassen wir nun unseren blauen Planeten und begeben uns virtuell auf den roten Planeten unseres Sonnensystems - den Mars:

Das Bild zeigt die Ganglagerstätte »Homestake« am Rande des Marskraters Endeavour in einer Nahaufnahme des Marsrovers Opportunity vom November 2011: Es handelt sich um das Mineral Gips – was der bisher direkteste Hinweis auf neutrales flüssiges Wasser auf dem Mars in der Vergangenheit wäre.

Foto: NASA

Wasser auf dem Mars entdeckt – so oft hat man diese Schlagzeile in den letzten Jahren lesen müssen, dass sie schon Synonym für eine aufgebauschte Wissenschaftsstory gebraucht wird. Aber was der betagte Marsrover Opportunity im Herbst am Rand des großen Marskraters Endeavour entdeckt hat, ist tatsächlich ein qualitativ neuer Schritt beim Verständnis der feuchten Vergangenheit des Planeten. Denn da ragte aus dem Boden eine auffallende Ganglagerstätte, und nach umfangreicher Analyse mit mehreren Instrumenten steht praktisch fest: Hier war in einem Spalt im Boden reiner Gips entstanden, den spätere Erosion freilegte. Und Gips – Calciumsulfat mit zwei Wassermolekülen – bildet sich nur in Anwesenheit von flüssigem Wasser, das relativ neutral (und damit potenziell lebensfreundlich) ist. Zwar hatten Marsorbiter bereits früher Dünen aus Gipsstaub geortet, aber es war immer unklar geblieben, woher er angeweht worden war. Andererseits waren die Marsrover bei ihren Marsrundfahrten seit 2004 auf diverse Sulfate gestoßen, die aber unter extrem sauren – und damit lebensfeindlichen – feuchten Bedingungen entstanden waren.

Aber nun haben die Marsgeologen zum ersten Mal eine reine chemische Ablagerung genau an der Stelle lokalisiert, wo einst das Wasser floss. Der Aufschluss ist nur 1cm – 2cm breit und 40cm – 50cm lang (und nicht mehr intakt; im Rahmen der Untersuchungen hat ihn der Rover regelrecht kaputtgefahren): Nichts dergleichen war Opportunity während seiner 33km-Fahrt in den vergangenen 90 Monaten begegnet, auch nicht im oberen Teil des Endeavour-Randes. Die Lagerstätte – »Homestake« getauft – entstand vermutlich, als aufsteigendes Grundwasser Calcium aus vulkanischem Gestein löste. Das verband sich dann mit Schwefel, der ebenfalls aus dem Vulkan stammte, und bildete das Calciumsulfat in einem unterirdischen Spalt. Auch wenn der größere geologische und hydrologische Kontext noch nicht zu erkennen ist: Fast acht Jahre nach der Landung hat Opportunity eine seiner größten Entdeckungen gemacht. Und ein Ende dieser außergewöhnlichen Reise ist weiter nicht in Sicht: In Kürze wird der Rover so an einem Hang geparkt, dass seine Solarzellen ideal zur Sonne ausgerichtet sind und er auch seinen fünften Marswinter überstehen kann.

Nun zur Aufgabe welche ihr vor Ort lösen könnt:

1. Nehmt einen herumliegendes Stück Gipsgestein (bitte nichts aus den Wänden brechen) und beschreibt dieses in Form / Farbe / Oberfläche - lässt es sich brechen bzw. verformen?
2. Was passiert unter Zugabe von Wasser und reiben mit dem Gestein? Löst es sich auf und wenn nicht, was schliesst ihr daraus?
3. Welche Höhe in cm haben die terrassen- bzw. stufenartig vorzufindenden Schicht- ablagerungen des Gipsgesteins? Aus welchem Material sind die zu sehenden dunklen Schichten und wie konnten diese Einlagerungen entstehen?
4. Macht ein Foto von Euch oder einem persönlichen Gegenstand im renaturierten Steinbruch ohne zu spoilern und hängt dieses Bild an Euren Log mit an. Dieses Foto ist eine Logbedingung, welche von mir ausdrücklich gefordert wird! Logs ohne Foto werden nicht mehr akzeptiert.

Alle gestellten Fragen können im Umkreis der angegebenen Koordinate durch Eure Eindrücke, Messungen und Beobachtungen beantwortet werden. Bitte verhaltet Euch entsprechend, so dass auch Besucher nach Euch noch den gleichen Spaß haben können und einen wunderschönen Ort vorfinden.

Viel Spass beim Erkunden dieser geologischen Besonderheit unserer Region wünscht ... Alokasie

Quellen:

Knauf Gips KG

Wikipedia

abenteuer-astronomie.de

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