English version below

Dieser Earthcache wird es uns ermöglichen zu entdecken, wie wir verschiedene beobachtbare Makrostrukturen im Kalkstein interpretieren können. Wir werden lernen, wie Kalksteinmerkmale uns helfen können, die Ablagerungsumgebung und die Veränderungen in der Ablagerungsumgebung zu bestimmen, die innerhalb der Zeit der Kalksteinbildung auftreten können. Anhand ausgewählter Beispiele, die an der Stelle des Earthcaches zu beobachten sind, werden wir lernen, was sekundäre Sedimentstrukturen sind und wie sie entstehen.
 
Bevor Du mit den Beobachtungen und Fragen weitermachst, stelle sicher, dass Du die richtige Kalksteinplatte identifiziert hast. Der Kalksteinblock, den wir suchen, enthält eine Calcitgeode, befindet sich an der Ecke des Hotels, an der äußersten Säule, an der Innenseite. Es ist die zweite Platte von unten. Das Bild unten soll Dir helfen , den richtigen Block zu finden. Zur Beantwortung der Fragen wurde der Block in die drei Bereiche A, B und C unterteilt.

 Quelle: Eigene Arbeit, Eigene Fotos
 
Um den Earthcache zu loggen verfasse die Antworten auf die folgenden drei Fragen. Begründe alle drei Antworten mit Deinem eigenen Worten:
 
1. Welcher Abschnitt des Kalksteinblocks (A, B, C) weist eine Diskordanz auf?
 
2. Welcher Abschnitt des Kalksteinblocks (A, B, C) hat sich in einer stabilen, flachen Meeresumgebung gebildet? 
 
3. Welcher Abschnitt des Kalksteinblocks (A, B, C) weist die meisten sekundären sedimentären Strukturen auf?

Für die Fassade des Intercity Hotels wurde weißer Kalkstein verwendet. Kalkstein ist ein Sedimentgestein, das hauptsächlich aus dem Mineral Calcit (Calciumcarbonat, CaCO3) besteht. Es bildet sich oft in klaren, warmen, flachen Meerwassern durch die Ansammlung von Schalen-, Korallen-, Algen- und Fäkalienabfällen. Es kann sich auch durch die Ausfällung von Kalziumkarbonat aus See- oder Meerwasser bilden. Die weiße Farbe des Kalksteins kann uns bereits viel über die Ablagerungsumgebung verraten. Es ist ein Indikator für eine hohe Konzentration der Kalziumkarbonatmineralien und das Fehlen anderer Nichtkarbonatmaterialien wie Schlamm oder Eisenverbindungen, die zu höheren Farbvariationen der insgesamt unterschiedlichen Kalksteinfarbe beitragen können.
 
Da wir uns nun darüber im Klaren sind, dass wir es mit Kalkstein zu tun haben, lernen wir die verschiedenen Arten von Strukturen kennen, die im Kalkstein auftreten können, und was sie uns über die Ablagerungsumgebung sagen.
  

Schrägschichtung 

Quelle: Eigenes Foto

Schrägschichtung ist eine primäre Sedimentstruktur, die auftritt, wenn Sedimentschichten relativ zur horizontalen Hauptschichtung des Gesteins geneigt oder abgewinkelt sind. Schrägschichtung ist das Ergebnis von Sedimentbewegungen durch Wasser. Beim Transport sammelt sich das Sediment in geneigten Schichten an, die als Schrägschichtung bezeichnet werden. Diese Schrägschichten sind typischerweise in einem Winkel zur horizontalen Ebene geneigt, der von einigen Grad bis zu Dutzenden von Grad reicht. Schrägschichten, wenn sie in Kalksteinen vorhanden sind, werden 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.

Diskordanz

Quelle: Eigenes Foto

Die Diskordanz ist ein wichtiges geologisches Merkmal, das an den Grenzen zwischen zwei verschiedenen Ablagerungsschichten beobachtet werden kann. Wenn es innerhalb einer Struktur einer Gesteinsformation auftritt, zeugt es von einer Veränderung der Ablagerungsumgebung oder vielleicht sogar von einer großen Veränderung des Gesamtklimas. Es könnte sich auch um eine Hebung der Gesteinsformation oder eine Änderung des Wasserspiegels handeln. Im Falle der Meeresumwelt könnte dies bedeuten, dass sich das Wasser zurückgezogen hat. Was uns mit Sicherheit sagt, dass der Prozess der Kalksteinbildung gestoppt wurde und als Folge davon ein Erosionsprozess eingeleitet wurde. Auf diese Weise wurde eine unbekannte Menge an bereits gebildetem Gestein erodiert.
Diskordanz ist an Unregelmäßigkeiten im Kalkstein zu erkennen, insbesondere an Unregelmäßigkeiten in den Schichtungsebenen mit Beziehung zu den Ebenen darunter und oberhalb der Diskordanz.  Ein weiteres wichtiges Merkmal der Diskordanz sind Strukturen im Kalkstein, die auf Erosion hinweisen, wie z. B. größere Poren, Kanäle, Furchen, Rillen. Eine plötzliche Veränderung des Vorhandenseins oder Fehlens von Fossilien von einer Schicht zur anderen kann ebenfalls ein Indikator für eine Unterbrechung des Ablagerungsprozesses und ein diagnostisches Kriterium für eine Diskordanz sein.  Diskordanzen sind von Bedeutung, da sie Hinweise auf vergangene geologische Ereignisse wie Änderungen des Meeresspiegels, tektonische Aktivität und Klima liefern.

Gleichmäßiger weißer Kalkstein

Manchmal bildet sich der Kalkstein in einer einheitlichen Struktur, mit sehr wenigen erkennbaren Merkmalen. Auch wenn dies unverständlich erscheinen mag, kann uns selbst eine solche Struktur viel über die Ablagerungsumgebung verraten. Einheitlicher weißer Kalkstein deutet in der Regel auf eine stabile Ablagerungsumgebung hin und die Bedingungen sind günstig für die Produktion und Akkumulation von chemisch reinem Calciumcarbonat. Wir können davon ausgehen, dass das Wasserbecken, in dem sich dieser Kalkstein gebildet hat, flach war, von Strömungen isoliert war und ein sehr stabiles warmes Klima erlebte. Kleine Organismen haben sich darin gut entwickelt. Aufgrund des reinen Gehalts an Kalziumkarbonat gab es keine Quellen für störende Sedimente aus dem Land wie Sand, Schluff oder Tonerde, die Verfärbungen verursachen könnten.

Sekundäre sedimentäre Strukturen

Quelle: Eigenes Foto

Und schließlich kommen wir zu den sekundären sedimentären Strukturen. Dabei handelt es sich um beobachtbare Strukturen in einem Kalkstein, die sich nach Abschluss des ersten Sedimentationsprozesses gebildet haben. Es gibt viele solcher Strukturen. Konzentrieren wir uns der Einfachheit halber nur auf die ausgewählte.
Während der Kalksteinbildung können Poren und Löcher unterschiedlicher Größe entstehen. Auch zerfallene fossile Überreste können Leerräume im Kalkstein schaffen. Nach seiner Entstehung kann Kalkstein ein sehr durchlässiges Gestein sein. Falls Wasser mit gelösten Kalziumkarbonaten langsam in die Poren und Löcher eindringt, können sich in den Hohlräumen Calcitkristalle bilden. Manchmal füllen sie diese Hohlräume vollständig aus, manchmal bilden sich Geoden. 

Eine Geode ist eine wichtige und manchmal schöne sekundäre sedimentäre Struktur, die sich innerhalb von Kalksteinen bildet.  

Wie enstehen Geoden?

In Kalkstein können sich Hohlräume durch Auflösung, Verwitterung oder das Vorhandensein von organischem Material, das sich auflöst bilden. Diese Hohlräume können klein oder groß sein, abhängig von den spezifischen Bedingungen. Sobald ein Hohlraum gebildet ist, dringen mineralstoffreiche Flüssigkeiten, die Calcitmineralien enthalten, in den Hohlraum ein. Wenn diese kalzitreichen Flüssigkeiten in den Hohlraum gelangen, unterliegen sie Temperatur- und Druckänderungen. Diese Veränderungen führen dazu, dass sich die Mineralien im Hohlraum verfestigen und allmählich Kristallstrukturen wachsen und den Hohlraum füllen.  Schließlich kommt der Prozess des Kristallwachstums zu einem Ende, wenn die Flüssigkeiten aufhören zu fließen oder die Mineralienquelle erschöpft ist oder des Hohlraums sich verschlossen hat. So entsteht eine Geode, die im Gestein verborgen bleibt, bis sie in einem Aufschluss oder einem Bruchstein freigelegt wird, der dann in einem Steinbruch aus dem Grundgestein geschnitten wird.

Quelle:

Boggs, Jr S. Diagenesis of carbonate rocks. In: Petrology of Sedimentary Rocks. Cambridge University Press

English version 

This Earthcache will allow us learn how we can interpret various observable macrostructures in limestone. We will learn how limestone features can help us determine changes in the depositional environment that can occur within the timeframe of limestone formation. Using selected limestone features s observed at the Earthcache site, we will learn what secondary sedimentary structures are and how they are formed.
 
Before you continue with the observations and questions, make sure you have identified the correct limestone slab. The limestone block we are looking for contains a calcite geode, is located at the corner of the hotel, on the outermost column, on the inside. It is the second slab from the bottom. The picture below should help you to find the right block. To answer the questions, the block has been divided into three sections, A, B and C.

Source: Own work, own photo
 
To log the Earthcache, answer the following three questions. Justify all three answers in your own words:
 
1. Which section of the limestone block (A, B, C) shows an unconformity?
 
2. Which section of the limestone block (A, B, C) formed in a stable, shallow marine environment?
 
3. Which section of the limestone block (A, B, C) has the most secondary sedimentary structures?
 

White limestone was used for building the façade of the Intercity Hotel. Limestone is a sedimentary rock composed mainly of the mineral calcite (calcium carbonate, CaCO3). It often forms in clear, warm, shallow seawaters through the accumulation of shell, coral, algae and fecal waste. It can also form through the precipitation of calcium carbonate from lake or sea water. The white color of limestone can already tell us a lot about the depositional environment. It is an indicator of a high concentration of the calcium carbonate minerals and the absence of other non-carbonate materials such as mud or iron compounds, which can contribute to higher color variations of the overall different limestone color.

Now that we are aware that we are dealing with limestone, let's learn about the different types of structures that can occur in limestone and what they tell us about the depositional environment.

Cross-Bedding

Source: Own photo

Cross-bedding is a primary sedimentary structure that occurs when sediment layers are tilted or angled relative to the main horizontal bedding of the rock. Cross-bedding is the result of sediment movement by water. As it is transported, the sediment 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 dozens of degrees. Cross-beds, when present in limestones, are most commonly associated with shallow marine or beach environments. In these environments, waves, currents, or tidal forces are the primary forces contributing to this particular sedimentary structure.

Unconformity

Unconformity is an important geological feature that can be observed at the boundaries between two different deposti layers. When it occurs within a structure of a rock formation, it testifies to a change in the depositional environment or perhaps even a major change in the overall climate. It could also be an uplift of the rock formation or a change in the water level. In the case of the marine environment, it could mean that the water has retreated and sea level has changed. What it tells us, for sure that the process of limestone formation has stopped for a certain amount of time and as a result, an erosion process has started. In this way, an unknown amount of already formed rock has been eroded and vanished forever.
Unconformity can be recognized by irregularities in the limestone, especially irregularities in the bedding planes with relationship to the planes below and above the unconformity. Another important feature of unconformity is structures in the limestone that indicate erosion, such as larger pores, channels, furrows, grooves. A sudden change in the presence or absence of fossils from one layer to another can also be an indicator of a pause in the depositional process and a diagnostic criterion for an unconformity. Unconformities are important because they provide clues to past geological events such as sea level changes, tectonic activity and climate.

Source: Owen photo

Uniform white limestone

Sometimes the limestone forms in a uniform structure, with very few recognizable features. Although this may seem incomprehensible, even such a structure can tell us a lot about the depositional environment. Uniform white limestone usually indicates a stable depositional environment and conditions are favorable for the production and accumulation of chemically pure calcium carbonate. We can assume that the water basin in which this limestone formed was shallow, isolated from currents, and experienced a very stable warm climate. Small organisms thrived in it. Due to the pure calcium carbonate content, there were no sources of disturbing sediments from the land such as sand, silt, or clay that could cause discoloration.

Secondary sedimentary structures

Source: Own photo

And finally, we come to secondary sedimentary structures. These are observable structures in a limestone that formed after the initial sedimentation process was completed. There are many such structures. For simplicity, let's focus only on the selected one.
During limestone formation, pores and holes of various sizes can form. Also, decayed fossil remains can create voids in the limestone. After it is formed, limestone can be a very permeable rock. If water with dissolved calcium carbonates slowly penetrates into the pores and holes, calcite crystals can form in the voids. Sometimes they fill these voids completely, sometimes geodes form.

A geode is an important and sometimes beautiful secondary sedimentary structure that forms within limestones.

How do geodes form?

Voids can form in limestone due to dissolution, weathering, or the presence of organic material that is dissolving. These voids can be small or large, depending on the specific conditions. Once a void is formed, mineral-rich fluids containing calcite minerals penetrate the void. As these calcite-rich fluids enter the void, they undergo changes in temperature and pressure. These changes cause the minerals in the void to solidify and gradually grow crystal structures and fill the void. Eventually, the process of crystal growth comes to an end when the fluids stop flowing or the mineral source is exhausted or the void has closed off. This creates a geode that remains hidden within the rock until it is exposed in an outcrop or rubble, which is then cut from the bedrock in a quarry.

Source:

Boggs, Jr S. Diagenesis of carbonate rocks. In: Petrology of Sedimentary Rocks. Cambridge University Press