Gestein im Mittleren Muschelkalk 1

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Eine bunte Fülle an Gesteinen                        auf fruchtbaren Äckern

Der Mittlere Muschelkalk liefert im Stadtgebiet von Pforzheim und im Enzkreis eine bunte Fülle an Gesteinen. Diese Gesteine verwittern zu einem guten Ackerboden, der auch heute noch an vielen Stellen unter den Pflug kommt. Die Ackerflächen sind im Winterhalbjahr oft feldfruchtfrei und fürs kommende Frühjahr noch nicht bearbeitet, so dass die Gesteinswelt des Mittleren Muschelkalks deutlich sichtbar und erlebbar wird.

Das Gewann "Dammfeld" bei Birkenfeld liegt im Mittleren Muschelkalk. Das Gestein verwittert zwar zu krümeligem Ackerboden, ist aber auch immer als harter Stein im weichen Boden zu entdecken. Im Winterhalbjahr ist die Sicht natürlich besser, jetzt im Sommer nicht aussichtslos. - Im Hintergrund der Pforzheimer Wallberg, links das Umspannwerk Otterbusch.

Der Mittlere Muschelkalk ist bunt! Schwarzer Kalkstein mit runder Muschel aus der Geislingen- Formation, PF-Eutingen; ockergelber Dolomitstein mit weißem Baryt, PF-Eutingen; blaugrauer Chalcedon vom Dammfeld bei Birkenfeld; orange-farbener Limonit auf Dolomitstein, Westtangente in Pforzheim; hellgelber Tripel, ebenfalls Westtan gente, Pforzheim.

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Eine zeitliche Einordnung

Wichtige Zeiträume in unserer eigenen Geschichte sind das Altertum, das Mittelalter und die Neuzeit. Ähnlich ist es in der Erdgeschichte. Auch sie kennt (neben weiteren Einteilungen) ein Erdaltertum, ein Erdmittelalter und eine Erdneuzeit.                 Das Ursprungsmaterial für die Gesteine des Mitt-leren Muschelkalks entstand im frühen Erdmittel-alter vor etwa 240 Millionen Jahren. Die Zeit-spanne für den Mittleren Muschelkalk umfasst nicht mehr als zwei oder drei Millionen Jahre. Das ist geologisch gesehen nicht sehr lang! Das Alter der Erde wird auf etwa 4500 Millionen Jahre geschätzt. Dann liegen die 240 Millionen Jahre der Mittleren-Muschelkalk-Zeit gar nicht so weit in der Vergangenheit.- Der Zeitraum des Erdmittelalters liegt  251 - 65 Millionen Jahre zurück.

Der Mittlere Muschelkalk ist auf keinen Fall typisch für den Muschelkalk insgesamt. Eher ist das Gegenteil der Fall! Der Kalkstein (Kalziumkarbo-nat) spielt fast keine Rolle. Der Dolomitstein (Kalzium-Magnesium-Karbonat) dominiert im Mittleren Muschelkalk. Die Abbildung zeigt einen solchen Dolomitstein, graugelblich verwitternd, mit glatter Oberfläche, muschelig von einem größeren Stein abgeschlagen und weggebrochen. Dieser Dolomitstein ist deutlich härter als ein Kalkstein.

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Im Muschelkalkmeer entstanden

Vor 240 Millionen Jahren war Süddeutschland von einem Meer bedeckt, dem Muschelkalkmeer. Das Gebiet von Pforzheim und Enzkreis lag unter Wasser. Außerdem lag das ganze Gebiet näher am Äquator unter tropischer Sonne.

 

Das Ursprungsmaterial für die Gesteine, die heute auf den Äckern im Mittleren Muschelkalk liegen, entstand aus den im Meerwasser gelösten Salzen und aus dem Schlamm am Meeresboden.

Der hier gezeigte Kalkstein ist nur an wenigen Stellen zu finden und zeigt sich nur als dünne, leicht zu übersehende Gesteinsschicht. Diese Kalksteinchen stammen aus Wurmberg, Gewann "Hub". Die dunkelgrauen Steinchen liegen zwischen unzähligen großen, flachen, deutlich gelben Dolomitsteinen. Die Kalksteinchen und die Dolomitsteine gehören beide auf der "Hub" in die untersten Lagen des Mittleren Muschelkalks. Diese untersten Lagen werden mit Orbicularisschichten oder Orbicularismergel bezeichnet. Da der Kalk-stein einen gewissen Tonanteil hat, ist er, noch genauer bezeichnet, ein kalkiger Mergelstein.

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Das Meerwasser wurde sauerstoffarm

Das Muschelkalkmeer war ein flaches Randmeer. In der Zeit des Mittleren Muschelkalks wurde es durch Erdbewegungen  mehr oder weniger vom offenen Ozean getrennt. Es gab keine großen Flüsse, die ins Muschelkalkmeer mündeten. Und es fehlte an ergiebigen Niederschlägen. Dem Muschelkalkmeer fehlte es zunehmend an nach-strömendem sauerstoffreichem Frischwasser.

 

Unter einer tropischen Sonne in einem ariden Klima verdunstete mehr Wasser im Meer als nachströmen konnte. Das Meerwasser wurde  sauerstoffärmer und immer salziger.

Der Sauerstoff fehlte auch am Meeresboden. Die ständig rieselnde Biomasse des Planktons an abgestorbenen Pflanzen und verendeten Tieren, an Algen oder Bakterien, wurde am Meeresboden nicht zersetzt. Faulschlamm entstand, in dem sich ölartige Substanzen anreicherten (Bitumen, eine Vorstufe zu Erdöl, dem Schwarzen Gold) und sich ein giftiges Gas bildete, das nach faulen Eiern riecht (Schwefelwasserstoff).

Ein Kalkstein, der stinkt

Zu den vielen unterschiedlichen Gesteinen im Mittleren Muschelkalk gehört auch ein Stinkkalk.

Aus dem Faulschlamm am Boden des Mittleren-Muschelkalk-Meeres wurde letztendlich der oben vorgestellte tonige Kalkstein. Nach wie vor enthält er Bitumen und Schwefelwasserstoff. Das fein verteilte Bitumen gibt dem Kalkstein seine  dun-kelgraue Farbe. Um den Schwefelwasserstoff nachzuweisen, liegen die Kalksteinchen in einer Niveadose. Sie wird mit dem Deckel verschlossen, dann wird die Dose stark geschüttelt. Dabei knal-len die Steinchen aneinander oder gegen die Dose, wodurch im Stein eingeschlossene Schwe-felwasserstoff-Moleküle freigerissen werden. Den Deckel öffnen, die Nase schnell in die Dose gesteckt, und schon hat man den Geruch nach faulen Eiern in der Nase. Dieser Kalkstein stinkt!

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Das Meerwasser wurde lebensfeindlich

Der Sauerstoffgehalt im Meerwasser nahm ab. Den Meerestieren, die zum Leben und Überleben Sauerstoff brauchen, wurde die Lebensgrundlage entzogen. Die Tierwelt verarmte. Anfangs gab es noch ein paar Muscheln, die den widrigen Bedin-gungen trotzten. Sie stecken heute versteinert in den untersten Schichten des Mittleren Muschel-kalks, den Orbicularisschichten. Die Muschel ist kreisrund, lateinisch "orbis" und "orbicularis", deutsch "Kreis" und "kleiner Kreis", "kreisförmig". Der kalkige Mergel, in dem die Muschel vor-kommt, wird dann zum "Orbicularismergel".- Ansonsten enthalten die Gesteine des Mittleren Muschelkalks kaum Fossilien, die mit dem bloßen Auge erkennbar wären.

Das Wasser war für die Tierwelt gewiss nachteilig, nicht immer aber auch für die Welt des Einzellers. Manchen Bakterien oder Algen machte die Sauerstoffarmut nichts aus.

Ein hartes flaches Gesteinsstück aus den Orbicularismergeln oder Orbicularisschichten, Wurmberg, Gewann "Hub", dicht besetzt mit der Muschel "Myophoria orbicularis".

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Das Meerwasser verlor an Lösungskraft

Unter der tropischen Sonne verdunstete in einem ariden Klima viel Wasser im Muschelkalkmeer. Gleichzeitig strömte kaum Wasser nach. Der Meeresspiegel sank. Das Wasser wurde salziger. Es dickte ein und verlor an Lösungskraft. Da das Meer flach war, wurde der Zustand einer übersättigten Lösung bald erreicht. Die im Meerwasser gelösten Salze wurden ausgefällt und lagerten sich am Meeresboden ab. Es bildeten sich Sedimente, die durch chemische Prozesse entstanden waren. Das englische Wort für verdunsten ist to evaporate. Die Gesteine werden Evaporite genannt. Das lateinische Wort evaporare für verdampfen, verdunsten, ausdünsten steht hinter der Namensgebung (im Englischen to evaporate für verdampfen, verdunsten). Im süddeutschen Raum sind die Evaporite Gipsstein, Anhydritstein und Steinssalz des Mittleren Muschelkalks von besonderer wirtschaftlicher Bedeutung.  

              

Am Meeresboden sammelte sich in großen Mengen das Ausgangsmaterial für die  Gesteine des Mittleren Muschelkalks an. Von wirtschaft-lichem Interesse sind heute die Vorkommen von Steinssalz, Gipsstein und Anhydritstein.

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Mittlerer Muschelkalk: die Sedimente, die Ablagerungsgesteine und die Mineralien in Kristallform

Kalkstein, Kalziumkarbonat, CaCO3; Calcit-Kristalle

Dolomitstein, Kalzium-Magnesium-Karbonat, CaMgCO3; Dolomitspat-Kristalle

Anhydritstein, wasserfreies Kalziumsulfat,   CaSO4; Anhydritspat-Kristalle

Gipsstein, wasserhaltiges Kalziumsulfat, CaSO4xH2O; Gipsspat-Kristalle

Steinsalz, Natriumchlorid, NaCl; Halit-Kristalle

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Gliederung des Mittleren Muschelkalks

In älteren gelogischen Werken wird der gesamte Mittlere Muschelkalk mit "Das Anhydritgebirge" bezeichnet. Heute gibt es eine Dreiteilung in:

Unten: Karlstadt-Formation, in der die Orbicularisschichten liegen und die Geislingen-Formation oder nur Geisilingen-Folge.

Mitte: Heilbronn-Formation mit den mächtigen Ablagerungen von Anhydritstein, Gipsstein und Salzstein, die im Raum Pforzheim-Enzkreis keine Rolle spielen, es sei denn als Residualgestein.

Oben: Diemel-Formation mit Hornsteinlagen und  stylolithischen Dolomitsteinen

 

Karlstadt liegt in Unterfranken bei Würzburg. Geislingen liegt am Kocher im Landkreis Schwäbisch Hall. Heilbonn ist eine baden-württembergische Großstadt am Neckar. Die Diemel ist ein Nebenfluss der Weser.

 

An diesen Orten sind die entsprechenden Gesteinsschichten des Mittleren Muschelkalks idealtypisch ausgebildet und gut einsehbar.

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Negativformen von Anhydritspat-Kristallen

Im Bereich Stadt Pforzheim und Enzkreis gibt es kaum Steinsalz und Gips/Anhydrit. Das Grund-wasser hat hier die Lagerstätten erreicht, Anhydrit in Gips verwandelt und dann Gips und Steinsalz aufgelöst. Steinsalz und Gips sind im Wasser leicht löslich. Regengüsse spülten sie frei. Der nächste Bach transportierte sie fort.

Anhydrit, Gips oder Steinsalz sind auf den Äckern des Mittleren Muschelkalks nicht zu finden, in einer Baugrube vielleicht ein paar Gipsspuren. Dass es aber einmal Anhydrit gab, zeigt sich indirekt mit diesen kleinen Löchern in einem Dolomitstein. In den Löchern steckten Anhydrit-spat-Kristalle. Sie wurden aufgelöst, aber die Negativformen blieben erhalten.

Auch diese Chalcedon-Steine zeigen die Negativ-formen von Anhydritspat-Kristallen. Nachdem die Kristalle aufgelöst waren, setzte sich gelber, erdiger Limonit (Brauneisenerz) in der Hohlform ab. Fundorte: Dammfeld bei Birkenfeld und Öschelbronn, Baugrube Klinikneubau.

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Residualgestein im Mittleren Muschelkalk

Wenn das Wasser Gips und Steinsalz aus einem Gestein herauslöst, bleibt ein Rest an nicht gelöstem Gesteinsmaterial übrig (ein Residuum, Mehrzahl Residuen, aus dem Lateinischen für Rest, für das Übriggebliebene).

Residualgestein, Mittlerer Muschelkalk, Pforzheim-Eutingen: Der Dolomitstein hat nirgendwo eine glatte Oberfläche. Das unruhige Auf und Ab ist rissig und löchrig. Der Stein sieht ausgelaugt und angefressen aus.

Der Dolomitstein ist nur wenige Zentimeter dick. Eine feine Schichtung ist zu sehen. Das Residual-gestein enthält eine etwas dickere Schicht von auskristallisertem Calcit.

Der Calcit hat in einer Spalte im Residualgestein auskristallisiert, nachdem wasserlösliche Mineralien oder Gesteinsteile ausgewaschen waren. Die Kristalle wuchsen von oben und von unten zur Spaltenmitte hin. Auf beiden Seiten der Spalte hat sich Limonit (Brauneisenerz) braungelb und dünnschichtig abgesetzt, begleitet von ein paar schwarzen, geschwungenen Manganoxid-Linien.

Die Pfeile machen die vielen dünnen Schichten in diesem Residualgestein deutlich.

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Der Zellendolomit - nicht zu übersehen!

Wie die Münze zeigt, ist dieses Stück Zellen-dolomit ziemlich groß. Aus den Löchern wurden Steinsalz und Gipsstein herausgelöst. Die Zell-wände, die Calcit enthalten, blieben übrig. Die gelbliche Farbe bringt der verwitternde Dolomit-stein selber mit. Fein verteiltes  Brauneisenerz wird wohl zur gelblichen Farbgebung beitragen.

Der Zellendolomit verwittert langsam. Auf den Äckern kommt er häufig vor. Er trotzt mit seiner Härte Pflug und Egge: Die Brocken bleiben groß. Wegen der Größe und des Gesteinsmusters ist der Zellendolomit vom Ackerrand aus meistens sehr deutlich auf den Äckern zu erkennen. Der Zellen-dolomit kommt in den oberen Lagen des Mittleren Muschelkalks vor. Diese Lagen sind häufig ver-quarzt. Die Stege bestehen aus Calcit, der wie-derum von Quarz durchsetzt sein kann. Das macht das Gestein noch härter und widerstands-fähiger gegen die Verwitterung.

Zwischen den Zellendolomiten liegen häufig große Dolomitsteine, die sehr viel Calcit enthalten. Die Münze dient dem Größenvergleich. Wenn man diese Dolomitsteine mit dem Hammer zerschlägt, was nicht so einfach ist, denn sie sind sehr hart,

dann zeigt der Stein sein drusiges Innenleben. Die Calcitdrusen in den Dolomitsteinen der Zellen-dolomit-Schicht können beeindruckend groß sein.

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Immer wieder auf andere Weise  zusammen-gesetze Sedimentgesteine im Mittleren Muschelkalk

Was immer der Mittlere Muschelkalk an Gesteinen zeigt, es sind Sedimentgesteine. Zu den drei grundlegenden Sedimentgesteinen gehören im Allgemeinen Tonstein, Kalkstein und Sandstein. Einen Sandstein gibt es auf den Ackerflächen des Mittleren Muschelkalks nicht. Im Muschelkalkmeer wurde kein Sand als Ausgangsmaterial abgela-gert. Falls doch einmal ein Sandstein auf dem Acker liegen sollte, dann ist es Fremdgestein aus dem nahen Buntsandstein.                             

 

Der tonige Stinkkalk und der tonige Kalkstein der Geislingen-Folge wurden schon erwähnt. Ton oder geringmächtige Tonsteinschichten können auch da und dort im Straßengraben, einem Wasserriss, einer örtlichen Vertiefung oder in einer Baugrube entdeckt werden:

Ein grünlicher Ton aus einer Tonschicht in den Orbicularisschichten, Tunnelbau Pforzheim-Ispringen, 2016. Noch im Boden ist der Ton voll Wasser und sehr weich. Frisch "geerntet" lässt er sich ganz leicht mit dem Messer so zerschneiden, dass sich ganz glatte Flächen ergeben. Man kann den Ton zu Kugeln formen, ohne Schwierigkeiten Reißnägel hineindrücken oder eine Schraube hineinschrauben. Nach ein paar Tagen wird der Ton sehr, sehr hart und stabil. Es gibt keine Risse in den Formen. Die Reißnägel und die Schraube sind nicht mehr herauszulösen!

Letztendlich liegen bei den Sedimentgesteinen im Mittleren Muschelkalk immer Mischformen vor. Es gibt den kalkigen Mergelstein, den tonigen Kalk-stein, das eisenhaltige Tongestein und durchge-hend die dolomitischen Gesteine, die alle Magne-sium enthalten.

Die Fließstruktur lässt an ein Sediment denken, dass im Wasser aufgelöst, dann ein Stückchen wegtransportiert und dann wieder abgelagert wurde. Die Masse wurde wieder trocken und zu einem harten Gestein, das sich an keiner Stelle mit den Fingern zerbrechen lässt.

Dieses Sedimentgestein ist dem vorigen ähnlich. Es ist ein mergeliges und natürlich ein dolomi-tisches Gestein im Mittleren Muschelkalk, aus einer Baugrube für Erdgasrohre bei Wiernsheim-Pinache. Mergelig bedeutet kalkig und tonig. Der tonige Anteil wird über der Münze und um die Münze herum deutlich. Das Material lässt sich leicht abfeilen oder glätten. Der kalkige Anteil zeigt sich in der Schaumkrone auf dem Stein. Das Material reagiert auf eine Säure mit Gasblasen.

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Damit ist noch lange nicht alles über die Gesteine im Mittleren Muschelkalk gesagt! Es geht variantenreich weiter unter

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