Eiserne Bänder und Schwarten EarthCache

Die unterschiedlichen Verwitterungserscheinungen gibt es an den Felsen im Elbsandsteingebirge überall zu sehen. An dieser Stelle möchte ich euch Bänder im Sandstein zeigen. Diese bestehen aus im Sandstein enthaltenen Eisenerzen. Man kann hier deutlich sehen, um wieviel resistenter gegen Verwitterung diese Eisenerzschichten im Vergleich zum umgebenden Sandstein sind.  Durch fortschreitende Verwitterung am Felsen entstehen Krusten und Schwarten. Für den EC müsst ihr den Felsen nicht beklettern, alle Fragen lassen sich problemlos vom Weg aus beantworten.

Wichtiges, bevor ihr euch auf den Weg macht: Ihr benötigt einen starken Magnet, Papier und Stift!

Woher kommt das Eisen?

In diesem Earthcache geht es um Erosion und eigentlich ist das gesamte Elbsandsteingebirge eine einzige uralte Erosionslandschaft. Die geologische Entstehung des Elbsandsteingebirges reicht bis in die Kreidezeit zurück. Vor etwa 180 Millionen Jahren begann der Vorstoß des Kreidemeeres. In dieses wurden durch Flüsse Verwitterungsprodukte, vorwiegend sandige, aber auch sandig-tonige Sedimente der umliegenden Festlandsgebiete transportiert. Auf dem Boden des Binnenmeeres lagerten sie sich ab und bildeten durch hohen Druck eine kompakte Sandsteinplatte. Im Tertiär, vor ca. 35 bis 25 Millionen Jahren, zerlegten Bewegungen der Erdkruste das feste Gefüge dieser Sandsteinplatte. Im Nordosten schob sich die Granitdecke des heutigen Lausitzer Berglandes über den Sandstein, im Süden hob sich die Erzgebirgsscholle und stellte sich schräg. Das viel höhere Gefalle der Flüsse schuf Durchbruchstäler, tiefe Schluchten an den Bruchstellen und senkrechte Spalten in der Sandsteinplatte. An den Bruchstellen quoll zum Teil Magma hervor und bildete Vulkankegel. Zum Ende der Eiszeit, vor etwa 0,5 Millionen Jahren, wurde der Abtragungsprozess beschleunigt, denn die Eisschmelze führte zu einer stärkeren Wasserführung der Flüsse, besonders der Elbe. Diese grub sich ca. 300 Meter in den Sandsteinsockel ein, Schluchten und Klammtäler entstanden. Verwitterungs- und Abtragungsprozesse finden auch weiterhin statt und tragen zur zukünftigen Gestaltung der Landschaft bei. Gerade im von Regen oder Schmelzwasser durchfeuchteten Sandstein wird das darin enthaltene Schwefeleisen durch den im Wasser mitgeführten Sauerstoff in Brauneisen (Limonit) umgebildet, und die dabei entstehende Schwefelsäure ist für die Zersetzung von Gesteinsbestandteilen verantwortlich. Die eisenhaltigen Minerale kamen also schon sehr früh mit der Ablagerung in das Sediment.

Die wichtigsten Eisenerze

Als Eisenerz bezeichnet man Gemenge aus natürlich vorkommenden chemischen Verbindungen des Eisens und und nicht oder nur gering eisenhaltigem Gestein. Die wichtigsten Eisenerze sind Magnetit, Hämatit und Limonit. Alle drei können in Sedimentgesteinen vorkommen.

• Magnetit (Fe₃O₄, bis 72 % Eisengehalt): Magnetit hat den höchsten Eisenanteil unter allen Mineralien und ist der stärkste mineralische Magnet. Das Mineral kommt massiv, gekörnt und seltener in Kristallen vor. Magnetit ist schwarz und undurchsichtig, spröde und nicht spaltbar mit metallischem Glanz. Die Entstehung von Magnetit ist an hohe Temperaturen gebunden, es ist in nahezu allen magmatischen Gesteinen enthalten. Aufgrund der Verwitterungsstabilität kann es aber auch in Sedimenten vorkommen.
• Hämatit (Fe₂O₃, bis 70 % Eisengehalt): Hämatit, auch Roteisenerz genannt, ist die häufigste natürlich auftretende Form des Eisenoxids. Er bildet sich aus Magma, durch Verwitterung von Erzlagerstätten oder durch Oxidation von Magnesit. Durch den Verlust von Wasser und allmähliches aushärten ist eine Umwandlung aus Limonit ebenso möglich. Hämatit tritt häufig mit anderen Eisenerzen wie Magnetit oder Limonit auf. Der Name kommt von der blutroten Farbe, die sich präsentiert, wenn das Mineral mit Wasser vermischt wird. In Sedimentgesteinen erscheint Hämatit als Einschluss in der Gesteinsmatrix oder als Bindemittel zwischen den gesteinsaufbauenden Mineralen. Im Gegensatz zum Magnetit ist nicht magnetisch, erst nach Erhitzung lässt er einen gewissen Magnetismus erkennen.
• Limonit (FeO(OH), 35-60 % Eisengehalt): Limonit, auch Brauneisenerz genannt, ist kein eigenständiges Mineral, sondern ein Gemisch der Mineralien Goethit und Lepidokrit, außerdem enthält es weitere Eisenhydroxide oder Wasseranteile. Dieser kann stark variieren. Ein hoher Wasseranteil führt zu gelben Farbtönungen, ein geringer eher zu roten Farben. Oft ist der Limonit auch mit Hämatit vermengt. Ein Limonit kann in sehr verschiedenen Formen auftreten. Es ist auch das Endprodukt, welches beim Rosten von Eisen entsteht. Limonit ist nicht oder kaum magnetisch.

Die hier in den Felsen häufig zu beobachtenden dunklen Bänder sind Schichten im Sandstein, die auf Eisenerzanreicherungen zurückzuführen sind. Dabei werden Eisenoxide im Sickerwasser gelöst und führen zu Ablagerungen in verschiedenen Sandsteinschichten, wo sie sich verfestigen und so Beständigkeit gegen weitere Erosion erlangen. Da der Sandstein weniger resistent gegen Verwitterung ist als die Eisenerze, verwittert er deutlich schneller. Über einen längeren Zeitraum entstehen dadurch die charakteristischen hervortretenden Brauneisenbänder und -schwarten.

Die langsame Verwitterung des Sandsteins führt zum Hervortreten der Eisenbänder und zur Bildung von Schwarten:

Schaut euch die Sandsteinfelsen mit den Eisenbändern genau an und beantwortet dann vor dem Loggen folgende Fragen:

1. In welcher der beschriebenen Formen könnt ihr die Eisenbänder hier finden?

2. Gibt es auch in den Felsteilen ohne Bänder Hinweise auf enthaltene Eisenerze? Wenn ja, welches Mineral könnte enthalten sein?

3. Orientiert sich der Verlauf der Eisenbänder an der Schichtung des Sandsteins oder eher nicht? Was denkt ihr, warum könnte das so sein?

4. Haben diese Bänder magnetische Eigenschaften und was lässt sich daraus schließen?

5. Gibt es fühlbare Unterschiede zwischen dem Sandstein selbst und den Eisenbändern?

6. Fertigt bitte eine Skizze vom unteren Teil des Felsens an auf der folgende Dinge erkennbar sind: der Verlauf der Eisenbänder und der Fortschritt der Verwitterung des umgebenden Sandsteins (also sind sie noch komplett im Gestein eingebettet oder schauen sie beginnend oder weiter fortgeschritten aus dem Sandstein heraus?) und andere Felsenanteile die einen höheren Gehalt an Eisenoxiden enthalten. Diese schickt bitte zusammen mit euren Antworten an mich, hängt sie nicht an euren Log!

7. Mache bitte ein Foto  von dir/deinem GPS oder Maskottchen am Felsen und füge es deinem Log bei!

Schickt eine Mail mit euren Antworten an mich! Nach dem Absenden der Antworten könnt ihr gleich loggen. Falls etwas nicht in Ordnung ist, melde ich mich. Ihr braucht nicht die Logfreigabe abwarten! Ich wünsche euch viel Spaß bei dieser geologischen Entdeckungsreise!

Quellen: seilnacht.com, wikipedia, chemie.de, saechsische-schweiz.de, mineralienatlas.de, steine-und-minerale.de