English version below

Quelle: Eigene Photo

An den Earthcache-Koordinaten wurde Kalkstein als Baumaterial an eine Fassade verwendet. Die Aufgabe besteht darin, den Kalkstein an der Fassade genauer zu betrachten und die einzelnen Merkmale zu entziffern um die im Stein verborgenen Geheimnisse zu entdecken.

Fragen:

1. Finde einen Kalksteinblock, der deutlich die Merkmale einer Schrägschichtung aufweist. Beschreibe kurz mit eigenen Worten die beobachtete Schrägschichtungsmerkmale und die Schlussfolgerung, die wir daraus ziehen können.

2. Finde einen Kalksteinblock mit einer höheren Anzahl größerer Poren. Beschreibe mit eigenen Worten ihre Formen. Basierend auf der Form der Poren, wie könnten sie entstanden sein?

3. Finde einen Kalksteinblock mit einer höheren Anzahl an Muschelfossilien. Achte genauer auf ihre Ausrichtung. Was verrät uns die Ausrichtung von Muschelfossilien über die Bedingungen des Beckens, als sich die Muscheln abgesetzt haben?
 

Kalkstein

Die Fassade des Gebäudes besteht aus Kalkstein. Dies wird durch die Merkmale bewiesen, die wir beobachten können, wie zum Beispiel: Fossilien, die auf Meeresorganismen hinweisen, graue Farbe, Textur und Sedimentstrukturen. Wir können Kalkstein als ein geheimnisvolles, besonderes und seltsames Gestein unter den Sedimentgesteinen betrachten. Während Kalkstein Schuttbestandteile wie Sand oder Schlamm enthalten kann, besteht er hauptsächlich aus chemisch gefälltem oder biologisch gewonnenem Calciumcarbonat (CaCO3). Daher wird Kalkstein hauptsächlich als chemisches Sedimentgestein und nicht als Schut- oder klastisches Gestein klassifiziert.

Die Geheimnisse des Kalksteins sind vielfältig. Kalkstein ist eine wichtige Kohlenstoffsenke, in der große Mengen Kohlendioxid verborgen sind. Über einen längeren geologischen Zeitraum von Millionen von Jahren hinweg hat die Bildung von Kalkstein zur Reduzierung des Kohlendioxidgehalts in unserer Atmosphäre beigetragen und so das Klima unseres Planeten reguliert.

Ein weiteres großes Geheimnis, das im Kalkstein verborgen ist, ist die Tatsache, dass die Prozesse der Kalksteinbildung stark vom lebenden Organismus abhängen. Obwohl sich Kalkstein ohne Beteiligung lebender Organismen bilden kann, wird die Bildung von Kalkstein durch lebende Organismen im Prozess der Biomineralisation verstärkt und erheblich beschleunigt. Der Geologe Noel P. James prägte den Begriff „Kalkstein wird geboren, er wird nicht hergestellt“. Damit wollte er veranschaulichen, dass das Wachstum und die Produktion von Kalkstein eng mit der Meeresumwelt verbunden sind, wo ausreichend Licht, hohe Temperaturen und im Wasser vorhandene Nährstoffe eine dominierende Rolle bei der Kalksteinproduktion, Kalksteingeburt spielen. Die spezifischen Meeresumgebungen, in denen Kalkstein entsteht, werden oft als Kalksteinfabriken bezeichnet.

Unser Kalkstein von der Fassade ist in einer solchen Fabrik geboren. Durch die Untersuchung der im Kalkstein am EC-Standort beobachteten Merkmale können wir bestimmen, wie die Fabrik aussah, in der dieser besondere Stein entstand. Lass uns Schritt für Schritt einige der an der Kalksteinfassade beobachteten Merkmale erkunden.

 
Schrägschichtung - Cross bedding

Schrägschichtung (eng. Cross-bedding) ist eine Sedimentstruktur, die entsteht, wenn Sedimentschichten relativ zur horizontalen Hauptschichtung des Gesteins geneigt oder abgewinkelt sind. Schrägschichtung ist das Ergebnis der Sedimentbewegung durch Wasser. Beim Transport von Sedimenten sammelt es sich in geneigten Schichten an, die als Querbetten bezeichnet werden. Diese Schrägschichtung sind typischerweise in einem Winkel zur horizontalen Ebene geneigt, der von einigen Grad bis zu mehreren zehn Grad reicht. Schrägschichtung, wenn sie in Kalksteinen vorhanden ist, wird am häufigsten mit flachen Meeres- oder Strandumgebungen in Verbindung gebracht. In diesen Umgebungen sind Wellen, Strömungen oder Gezeitenkräfte die Hauptkräfte, die zu dieser besonderen Sedimentstruktur beitragen.

Quelle: Unbekannter Autor ist lizenziert gemäß CC BY-SA

Poren

Marines Kalkstein aus Flachwasser ist tendenziell poröser und durchlässiger als andere Kalksteinarten. Dies kann auf viele verschiedene Prozesse zurückzuführen sein. Es gibt sogar eine komplexe Kategorisierung der Poren, die sich im Kalkstein bilden. Der Einfachheit halber werden hier nur drei ausgewählte Arten von Poren und Prozessen beschrieben. Nutze diese Informationen bei Deinen Beobachtungen, um Rückschlüsse zu ziehen, welche Art von Poren im Kalkstein der Fassade vorhanden sind.

Beispiel 1.
Poren, die durch grabende Organismen entstehen. Eine poröse Struktur in einem Sedimentgestein kann durch die Aktivitäten von grabenden Organismen wie Meereswürmern oder Weichtieren entstehen, die Tunnel oder Höhlen im weichen Sediment erzeugen. Wenn das Sediment anschließend zu Kalkstein versteinert wird, bilden die von diesen Organismen hinterlassenen Hohlräume eine poröse Struktur, die deutlich wie kleine längliche Tunnel aussieht.

Beispiel 2.
Poren entstehen durch Gasbildung und Gasaustritt. Eine weitere mögliche Erklärung für das Vorhandensein von Poren im Kalkstein ist die Entstehung von Gasen während der Kalksteinbildung. Während der Kalkstein abgelagert und verdichtet wird, können Gase wie Kohlendioxid oder Methan im Sediment eingeschlossen werden. Mit der Zeit können sich diese Gase auflösen oder entweichen und dabei Hohlräume hinterlassen, die zur porösen Struktur beitragen.

Beispiel 3.
Poren, die durch versteinerte Organismen entstanden sind. In einigen Fällen kann die poröse Struktur mit dem Vorhandensein versteinerter Organismen wie Muscheln oder Skelettfragmenten im Kalkstein in Verbindung gebracht werden. In vielen Fällen verwandeln sich die Überreste lebender Organismen in feste und deutlich sichtbare Fossilien. Es gibt jedoch auch Umstände, die zum Verfall oder zur vollständigen Auflösung von Fragmenten lebender Organismen führen. Solch gelöstes Material hinterlässt Hohlräume oder Hohlräume, die die Form von Muscheln oder anderen Skelett- oder organischen Fragmenten haben.

Quelle: https://www.saltworkconsultants.com/carbonate-porosity-choquette-and-pray/ und Eigene Arbeit

Schalenausrichtung

Kalksteine können längliche, fragmentarische organische Partikel, wie zum Beispiel Schalen, enthalten. In Kalkstein sind normalerweise drei Arten der Ausrichtung in Bezug auf die Schichtung zu beobachten:
Beispiel 1. Schalenfragmente parallel zur Schichtung, alle mit der konvexen Seite nach oben angeordnet.
Beispiel 2. Schalenfragmente liegen zufällig in allen Winkeln zur Schichtung verstreut.
Beispiel 3. Schalenfragmente parallel zur Schichtung mit entweder konvexer oder konkaver Seite nach oben.

Wenn fast alle Fragmente in einem Kalkstein mit der konvexen Seite nach oben ausgerichtet sind (Beispiel 1), ist es wahrscheinlich, dass diese Ausrichtung durch Strömung oder Welleneinwirkung bewirkt wurde. Wenn Partikel eine zufällige Ausrichtung aufweisen oder mehrere Partikel ihre konkave Seite nach oben haben (Beispiel 2,3), ist es wahrscheinlich, dass nur eine geringe oder keine Strömungswirkung die Sedimentation beeinflusst hat.

Quelle: Eigene Arbeit

Zusammenfassung

Aufgrund der beobachtbaren Merkmale können wir schließen, dass unsere Kalksteine aus der Fassade höchstwahrscheinlich aus der Gezeitenebene des Meeres stammen, die durch eine Barriere vor normalen Wellen vor dem Meer geschützt ist. Die seltenen Stürme haben tendenziell eine unverhältnismäßig große Wirkung und verursachen vorübergehende Störungen im gesamten Ablagerungssystem. Stürme überschwemmen das Watt mit Wasser, das viele suspendierte Sedimente wie Muscheln oder andere organische Materialien mit sich bringt, und hinterlassen eine Sturmschicht aus Trümmern und Schlamm. Diese Umgebung kann als umgekehrtes Flussdelta beschrieben werden, wobei das offene Meer der „Fluss“ ist, der Sedimente in die küstennahe Umgebung liefert.

Quelle: Unbekannter Autor ist lizenziert gemäß CC BY-SA

Quellen:

https://de.wikipedia.org/wiki/Kalkstein
https://www.saltworkconsultants.com/carbonate-porosity-choquette-and-pray/
https://www.kgs.ku.edu/Publications/Bulletins/130_3/04_limes.html
Sam Boggs, Petrology of sedimentary rocks, 1991

Secrets hidden in limestone

Source: Own photo

At the Earthcache coordinates, limestone was used as a building material on a facade. The task is to take a closer look at the limestone on the facade and decipher the individual features in order to discover the secrets hidden in the stone.

Questions:

1. Find a block of limestone that clearly shows the characteristics of oblique bedding. Briefly describe in your own words the observable cross-bedding features and the conclusion we can draw from them.

2. Find a limestone block with a higher number of larger pores. Describe their shapes in your own words. Based on the shape of the pores, draw conclusion on how they could have formed.

3. Find a limestone block with a higher number of shell fossils. Pay closer attention to their orientation. What does the orientation of shell fossils tell us about the conditions of the basin when the shells settled?

Limestone

The facade of the building is made of limestone. This is proven by the features we can observe such as: fossils indicative of marine organisms, gray color, texture and sedimentary structures. We can consider limestone as a mysterious, special and strange rock among sedimentary rocks. While limestone may contain debris components such as sand or mud, it is primarily composed of chemically precipitated or biologically derived calcium carbonate (CaCO3). Therefore, limestone is classified primarily as a chemical sedimentary rock rather than a detrital or clastic rock.

The secrets of limestone are many. Limestone is an important carbon sink that stores large amounts of carbon dioxide. Over an extended geological period of millions of years, the formation of limestone has helped reduce carbon dioxide levels in our atmosphere, thereby regulating our planet's climate.

Another great secret hidden in limestone is the fact that the processes of limestone formation strongly depend on the living organism. Although limestone can form without the participation of living organisms, the formation of limestone by living organisms is enhanced and significantly accelerated in the process of biomineralization. Geologist Noel P. James coined the term “limestone is born, not made.” He wanted to illustrate that the growth and production of limestone is closely linked to the marine environment, where sufficient light, high temperatures and nutrients present in the water play a dominant role in limestone production, limestone birth. The specific marine environments in which limestone is formed are often referred to as limestone factories.

Our limestone from the facade was born in such a factory. By examining the features observed in the limestone at the EC site, we can determine what the factory that created this particular stone looked like. Let’s explore some of the features observed on the limestone facade step by step.

 
Cross bedding

Cross-bedding is a sedimentary structure that occurs when sedimentary layers are inclined or angled relative to the main horizontal bedding of the rock. Cross-bedding is the result of sediment movement by water. As sediment is transported, it accumulates in inclined layers called cross-beds. These cross-beds are typically inclined at an angle to the horizontal plane ranging from a few degrees to tens of degrees. Cross-bedding, when present in limestones, is most commonly associated with shallow marine or beach environments. In these environments, waves, currents or tidal forces are the main forces that contribute to this particular sedimentary structure.

Source: Author unknown, licensed according to CC BY-SA

Porosity

Marine limestone from shallow water tends to be more porous and permeable than other types of limestone. This can be due to many different processes. There is even a complex categorization of the pores that form in limestone. For the sake of simplicity, only three selected types of pores and processes are described here. Use this information in your observations to draw conclusions about what type of pores are present in the limestone of the facade.

Example # 1
Pores created by burrowing organisms. A porous structure in a sedimentary rock can be formed by the activities of burrowing organisms such as marine worms or molluscs, which create tunnels or burrows in the soft sediment. When the sediment is subsequently fossilized into limestone, the cavities left by these organisms form a porous structure that clearly looks like small elongated tunnels.

Example #2
Pores created by gas formation and escaping gas. Another possible explanation for the presence of pores in limestone is the production of gases during limestone formation. As the limestone is deposited and compacted, gases such as carbon dioxide or methane can become trapped in the sediment. Over time, these gases can dissipate or escape, leaving voids that contribute to the porous structure.

Example #3
Pores created by fossilized organisms. In some cases, the porous structure may be associated with the presence of fossilized organisms such as shells or skeletal fragments in the limestone. In many cases, the remains of living organisms turn into solid and clearly visible fossils. However, there are also circumstances that lead to the decay or complete dissolution of fragments of living organisms. Such dissolved material leaves voids or cavities that take the form of shells or other skeletal or organic fragments.

Source: https://www.saltworkconsultants.com/carbonate-porosity-choquette-and-pray/ and Own work

Shell orientation

Limestones may contain elongated, fragmentary organic particles such as shells. Three types of orientation in relation to layering are typically observed in limestone:
Example 1. Shell fragments parallel to the bedding, all arranged convex side up.
Example 2. Shell fragments are randomly scattered at all possible angles towards layering.
Example 3. Shell fragments parallel oriented to the bedding with either convex-up or concave-up.

If almost all fragments in a limestone are oriented convex side up (Example 1), it is likely that this orientation was caused by current or wave action. If particles have a random orientation or multiple particles have their concave side up and convex-up (Example 2.3), it is likely that little or no flow effect influenced sedimentation.

Source: Own work

Summary

Based on the observable features, we can conclude that our façade limestones most likely come from the intertidal plain of the sea coast, which was protected from the open sea by a barrier from waves and currents. The rare storms tend to had a disproportionate impact and cause temporary disturbances throughout the depositional system. Storms flooded the mudflats with water carrying lots of suspended sediment such as shells or other organic materials, leaving behind a storm layer of debris and mud. This environment can be described as an inverted river delta, with the open sea being the “river” that delivers sediment to the nearshore environment.

Source: Author unknown, licensed according to CC BY-SA

Sources:

https://de.wikipedia.org/wiki/Kalkstein
https://www.saltworkconsultants.com/carbonate-porosity-choquette-and-pray/
https://www.kgs.ku.edu/Publications/Bulletins/130_3/04_limes.html
Sam Boggs, Petrology of sedimentary rocks, 1991