Basalt als Ganggestein am Scharfenstein bei Gudensberg
Für die Beantwortung der Fragen benötigt ihr einen leichten aber kräftigen Magneten, am besten einen Neodym-Magneten.
Bereits ein kurzer Blick auf den Scharfenstein zeigt, dass er etwas Besonderes ist. Es sind die teils regelmäßig, teils chaotisch angeordneten Basaltsäulen, die unsere Blicke anziehen. Und das Beste dabei ist, dass es auch geologisch außerordentlich interessant ist.
Mit System oder chaotisch angeordnete Basaltsäulen?
In diesem Earthcache wollen wir erkunden, wie es am Scharfenstein zur Entstehung solch extremer Ablagerungsformen der Basaltsäulen kommen konnte. Auch die Beschaffenheit des Basalts hilft bei der Klärung dieser Frage.
Aufgaben/Fragen
Aufgabe 1
Schaut euch auf dem Weg zum Earthcache-Punkt und am Punkt selbst die Basaltsäulen an. Wagt auch einen Blick in die Tiefe.
Welche Ausrichtung haben die Basaltsäulen überwiegend (zum Beispiel fast waagerecht, fast senkrecht, schräg mit fast immer gleichen Winkeln, schräg mit meist unterschiedlichen Winkeln)?
Was ist die Ursache dafür, dass die Basaltsäulen so ausgerichtet sind, wie ihr das festgestellt habt?
Aufgabe 2
Am Earthcache-Punkt weit oben am Felsen ragt ein kleines Basalt-Türmchen auf (siehe Foto). Wie sind die Basaltsäulen am Türmchen angeordnet: Ungefähr senkrecht oder ungefähr waagerecht? Wo befand sich die Abkühlfläche: oben oder an der Seite?
Aufgabe 3
Schätzt den Durchmesser der Basaltsäulen hier oder unterwegs und ordnet euer Ergebnis ein: Der Durchmesser beträgt überwiegend
A) bis maximal 25 cm
B) circa 25 bis 45 cm
C) mehr als 45 cm.
Ist das eurer Meinung nach relativ viel oder wenig für Basaltsäulen?
Aufgabe 4
Sucht euch an einer der Wände ein Stück nicht verwitterten Basalt und prüft mit eurem Neodym-Magneten, ob der Basalt Magnetit enthält!
Wie lautet euer Ergebnis?
Postet ein spoilerfreies Foto von euch oder eurem Maskottchen am Scharfenstein!
Bitte sendet eure Antworten über das MessageCenter - dort geht nichts verloren. E-Mail geht auch, wenn ihr zeitnah loggt.
Bei Gruppen genügt eine Antwort über das MessageCenter. Schreibt dann aber unbedingt im Log, wer die Antwort gesendet hat. Und postet individuelle Fotos!
Danach könnt ihr sofort loggen. Eine andere Meinung zu haben ist keine falsche Antwort!
Wir wünschen euch viel Spaß und Erfolg bei der Beschäftigung mit diesem Earthcache!
Der Scharfenstein
Der 304 Meter hohe Scharfenstein bei Gudensberg in Hessen überragt seine Umgebung um fast 50 Meter und ist damit recht dominant. Die zerklüfteten Basaltfelsen sind als Naturdenkmal ausgewiesen. Geschützt sind die Felsen (vor Abbau) und die besondere Pflanzenwelt. Es besteht kein Verbot, das Gelände zu betreten. An den über 80 Kletterrouten tummeln sich bei entsprechendem Wetter viele Kletterer.
Seinen Namen verdankt der Scharfenstein den messerscharfen Kanten frisch abgeschlagener Basaltstücke.
Ursprünglich war der Scharfenstein höher. Am 21. und 22. März 1865 brach der Basaltkegel auseinander. Dabei stürzten zahlreiche größere Brocken herunter. Die Ursache war Forstverwitterung, die das Gefüge des Basalts lockerte und zerstörte.
Die Entstehung des Scharfensteins
Der Scharfenstein unterscheidet sich von den „üblichen“ Basaltbergen durch seine Entstehung. Das wird sowohl durch die Ausrichtung seiner Basaltsäulen als auch durch das Gestein Basalt selbst belegt.
Im „Normalfall“ gelangt basaltisches Magma bei einem Vulkanausbruch als Lava an die Erdoberfläche. Je nach Art des Vulkanausbruchs werden Lavabrocken, Tuffe, Asche und Bims mehr oder weniger hoch und weit aus dem Schlot geschleudert und abgelagert.
Der Scharfenstein ist niemals so ein feuerspeiender Berg gewesen. Selbstverständlich ist er vulkanischen Ursprungs, aber seine Entstehung ist viel friedlicher verlaufen.
Er entstand erst in einer zweiten Phase der vulkanischen Aktivitäten im Miozän (vor ca. 23 bis 5 Millionen Jahren), nachdem es in einer ersten Phase zu Gas- und Tufferuptionen gekommen war. In dieser zweiten Phase drang das glutflüssige Magma in Spalten, Gängen und Schloten Richtung Erdoberfläche, ohne diese zu erreichen.
Im allgemeinen sind die Magmen in Klüften stecken geblieben, haben lockeres, poriges Gestein (Schwimmsande oder Tuffe) verdrängt und haben sich so flächenhaft oder in Gängen ausgebreitet.
Gangartige Ablagerungsformen finden sich zwar ganz exzellent am Scharfenstein bei Gudensberg, sind aber auch am Kaderstein oder am Hirzstein (Teufelsmauer) vorhanden.
Heute finden wir den witterungsbeständigen Basalt am Scharfenstein als Erhebung, weil das weichere Material in der Umgebung abgetragen wurde.
Die Lage und Form der Basaltsäulen
Nach dem Eindringen der Schmelze in das bereits vorhandene Gestein beginnt deren Abkühlung an den Grenzflächen zum umgebenden Gestein. Zunächst kommt es zu einer Kontraktion (Schrumpfung) an der Berührungsfläche. Wenn die dadurch verursachten Spannungen die Festigkeit der erkaltenden Schmelze überschreiten, dann reißen Klüfte auf, die ein polygonales Muster auf der Oberfläche bilden. Wenn die Schmelze weiter in Richtung Inneres abkühlt, dann wachsen auch die Klüfte in den Basaltkörper hinein. Die polygonale Anordnung bleibt erhalten, so dass die Polygone zu prismatischen Säulen heranwachsen.
Im Idealfall ist der Querschnitt der Säulen sechseckig. Der Idealfall tritt natürlich selten ein, so dass die Querschnitte der entstehenden Säulen oft unregelmäßige Vielecke bilden. Bei Basaltsäulen sind 50 cm im Durchmesser kein Problem.
Die wichtigste Erkenntnis ist die Gesetzmäßigkeit, dass die Säulen immer senkrecht zur Abkühlfläche stehen. So können wir aus der Ausrichtung der Säulen schlussfolgern, wie sie entstanden sind bzw. in welcher Richtung sich die Schmelze bewegt hat.
Ausgewählte Beispiele der Ausrichtung von Basaltsäulen unter verschiedenen Bedingungen.
Links: (Fast) senkrecht stehende Säulen
Die Abkühlfläche befindet sich waagerecht oberhalb der Säulen, ist zum Beispiel die Luft. Die Abkühlung erfolgt nach oben (und eventuell auch nach unten - bei Lavaströmen).
Mitte: (Fast) waagerecht liegende Säulen
Die Abkühlflächen (schraffiert) senkrecht zu den Längsachsen der Säulen hatten Kontakt zu den Gangwänden.
Rechts: Fächerförmig angeordnete Säulen als Besonderheit
So eine Form kann zum Beispiel durch eine kuppelförmige Abdeckung unter der Erde mit entsprechenden Abkühlflächen entstehen.
Bei Gängen ist die Lage der Säulen mehr oder weniger waagerecht bzw. schräg, da die Seitenwände die Abkühlflächen bilden. Himmelsrichtung und Winkel gegenüber der Horizontalen richten sich nach der Ausrichtung des Ganges. In einem senkrechten Gang wird die Ausrichtung der Säulen dementsprechend waagerecht sein, in einem geneigten Gang senkrecht zur Gangneigung entsprechend schräg.
Die Gänge können sehr unterschiedlich groß bzw. breit sein. Bei einem System von Gängen kann die Ausrichtung der Basaltsäulen auf engstem Raum sehr verschieden, also scheinbar chaotisch, sein. Es ist aber ein Chaos mit System. Bei größeren Gängen dagegen werden wir auch größere Felsblöcke mit gleich ausgerichteten Basaltsäulen finden.
Das Basaltgestein am Scharfenstein
Auch das das harte und feste Basaltgestein selbst spricht für seine Entstehung dicht unter der Erdoberfläche. Bei Ergüssen an der Oberfläche erkaltet die Lava relativ schnell, ist blasig und schaumig (Literatur [2]). Das trifft auf den Basalt vom Scharfenstein keinesfalls zu.
Selbstverständlich kühlt das Magma in einem Gang dicht unter der Erdoberfläche schneller aus als ein Tiefengestein. Die Kristalle haben keine Zeit zum Wachsen. In der dunkelgrauen bis schwarzen „Matrix“ (der Grundmasse) des Basalts sind einzelne Körner nicht erkennbar.
Basalt besteht im Wesentlichen aus Pyroxenen (Kalzium-Eisen-Magnesium-Silikate) und Plagioklasen (Natrium-Kalzium-Feldspäte). Außerdem ist Siliziumdioxid SiO2 (zwischen 45 und 52 Prozent) enthalten. Oft kann man auch Olivin finden.
In unserem Basalt ist Olivin enthalten, allerdings sind die (bereits leicht verwitterten) gelblich-braunen Kristalle so klein, dass sie ohne Lupe kaum zu erkennen sind (siehe Foto). Da Olivin das Mineral ist, welches bei den höchsten Temperaturen, also zuerst, auskristallisiert, schlussfolgern wir, dass das Magma in sehr heißem Zustand in die Gänge gedrückt wurde. So hatten nicht einmal die Olivin-Kristalle Zeit zum Wachsen.
Sehr oft enthält Basalt auch Magnetit. Dieses Eisenoxidmineral lässt sich recht einfach mit einem kräftigen Magneten nachweisen. Das ist eure Aufgabe!
Bedingungen vor Ort
Sowohl vom Autobahnparkplatz an der A49 (durch ein offenes Tor) als auch von der Straße nördlich vom Scharfenstein aus kann man zum Earthcache-Punkt gelangen. Achtet unbedingt auf festes Schuhwerk und robuste Kleidung. Basalt ist in feuchtem Zustand sehr glatt. Der auf der Südseite des Scharfensteins vorhandene Pfad ist in der vegetationsreichen Jahreszeit an einigen Stellen etwas schmal.
Am Earthcache-Punkt muss nicht geklettert werden! Seid vorsichtig und haltet Abstand, es geht tief hinunter!
Literatur
Quellen:
[1] Allgemeines zum Scharfenstein in https://de.wikipedia.org/wiki/Scharfenstein_(Hessen)
[2] Entstehung des Scharfensteins in https://www.archiv-melsungen.de/archive/melsungen/user_upload/Basaltwerk_koerle.pdf
[3] Säulenbildung in https://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Geologisches%20Portrait/Basalts%C3%A4ulen
[4] Säulenbildung in https://www.geologie.sachsen.de/hirtstein-27296.html
Alle Fotos und Skizzen wurden von den Ownern erstellt.