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Wie können ausreichend kiesesäurehaltige Mobilisate entstehen, damit sich Quarzmineralisationen größeren Umfangs bilden können?


Stoffe mobilisieren zu können, erfordert die Instabilität des Lieferanten, sozusagen des "Wirtes", unter den gegebenen Bedingungen. Verhältnismäßig instabile vulkanische Produkte und insbesondere die glasig ausgebildeten Laven und Pyroklastite zeigen insbesondere an, dass bei ihrer Erstarrung die Bedingungen zur Herausbildung von Mineralphasen nicht oder nur unzureichend gegeben waren.

Hinderungsgründe könnten sowohl die rasche Erstarrung der Schmelzenbestandteile als auch stoffliche Inhomogenitäten in der Schmelze, die der Kristallisation entgegenwirken, gewesen sein. Wie auch immer die Glasbildung ursächlich zustande kam, liegt mit dem Gesteinsglas ein Material mit einer weitgehend ungeordneten Silikatstruktur vor. Von derartigen Glasstrukturen, die auch als feste Flüssigkeiten gesehen werden können, ist bekannt, dass sie zur Kristallisation neigen, sobald eben geeignete Bedingungen eintreten.



Bei der Kristallisation des Glases können sich aber nur solche Minerale bilden, die unter den derzeit realen physikochemischen Bedingungen stabil sind. Es kommt zu einer fraktionierten Kristallisation. Die Produkte hieraus können durchaus im Widerspruch zur Zusammensetzung des Glases stehen. Damit sind Stoffverschiebungen unausweichlich. Einige Elemente werden eben in Minerale eingebunden, andere nicht und verbleiben in Lösung. Voraussetzung dafür ist grundsätzlich, dass Wasser als Lösungsmittel zugegen ist. Auch hier ist die Frage nach der Dichteveränderung und den zu erwartenden Volumenkonsequenzen zu stellen. Dass das Wasser als Lösungs- und Transportmittel in unterschiedlichen Mengen und mit schwankenden Anteilen an Lösungsgenossen vertreten ist, erklärt die Vielfalt zwischen vollständiger Mineralisation der Hohlräume bis hin zu deren Ausbleiben.

Der Kristallisationsprozess der Schmelze wird auch begleitet von Umbildungen derjeniger Phänokristen, die unter den Bedingungen bei der Ejektion und Platznahme instabil sind. Das betrifft insbesondere Hypersthen und basische Plagioklase, die ihren Stoffbestand zum Ausgleich des chemischen Ungleichgewichts in der kristallisierenden Schmelze zur Verfügung stellen [7].

Bekannt für zahlreiche Vorkommen saurer vulkanischer Gläser des Paläozoikums ist der mittelsächsische Raum. An diesen Gesteinen lassen sich recht gut solche Prozesse nachvollziehen und beispielhaft darstellen. In ihnen treten Rhyolithkugeln in unterschiedlichen Größen und vielfältigen Formen auf, die gewissermaßen als Anzeiger der mineralbildenden und -umbildenden Abläufe gesehen werden können.

Trotz unterschiedlicher Auffassungen in Detailfragen kann davon ausgegangen werden, dass sich die Rhyolithkugeln durch Entglasung und gleichzeitige Entgasung der vulkanischen Schmelze bilden. Bei diesem Vorgang bilden sich neben Quarz auch Kalifeldspat entweder in Form von fasrigen Quarz-Feldspat-Aggregaten oder mit idioblastischem Kalifeldspat vom Adulartyp. Damit werden Teile des Kaliums, des Aluminiums und des Siliziums abgebunden. Das Natrium geht in die Restlösung ein, bewirkt deren Alkalinität, die wiederum auflösend auf das vulkanische Glas einwirkt. So entsteht ein Mobilisat als Träger des Siliziumdioxids, eine migrierfähige natriumwasserglasähnliche Flüssigkeit, in der noch weitere Lösungsbestandteile enthalten sind und die ihrerseits entsprechende Absatzräume sucht.

Hinweise, bei welchen Temperaturen dieser stoffliche Differentiationsprozess abläuft, liefert der Rhyolith von Sailauf. In Rhyolithkugeln und in plattigen Zonen sphärolithischer Bildungen tritt außerhalb der eigentlichen Sphärolithe, gewissermaßen in Bereichen, in denen fluidaangereicherte Schmelzenteile zur Kristallisation gelangten, schwarzer Turmalin auf.

Turmalin ist als ein Hochtemperaturmineral im magmatischen Bereich bekannt. Synthetisierungen gelangten bei Temperaturen von 500 bis 700° C bei Drücken von 200 MPa [8]. Dies entspricht auch den Bedingungen zur Sphärolithbildung, wie sie für die Zone der kugelführenden Fazies des Älteren Oberhöfer Quarzporphyrs festgestellt wurden [9].



Rhyolith der Hartkoppe bei Sailauf. Perlschnurartig aufgereihter Turmalin in sphärolithisch kristallisierter "Schwarte". Bildbreite ca. 3 cm. 

Die Sphärolithbildung mit den Quarz-Kalifeldspat-Kristallisaten in einem fluidaangereichertem Milieu ist nicht der Abschluss des stofflichen Differentiationsprozesses. Die Stoffbilanz zwischen Schmelze und den Kristallisaten ist unausgeglichen, wie beim Verhalten des Natriums aufgezeigt wurde. Wie leicht sich Natrium auch beispielsweise aus einem Glas herauslösen lässt, belegen Untersuchungen an Schlacken thermischer Restabfallbehandlungsanlagen.

Diese Schlacken sind wegen ihres Schadstoffgehaltes und der nicht zuletzt auch darin begründeten chemischen Inhomogenität solcher Gläser prädestiniert für Eluationen. Der pH-Wert der Eluate von Schlacken der Schlackedeponie Grossmehring beträgt beispielsweise an frischen Schlacken 12 ± 0,5. Bei zweijährigen Schlacken geht der Wert zurück und liegt zwischen 6,3 und 10,6 [10]. Überhaupt geht das Natrium leicht in Lösung und wird deshalb sogar als Leitelement für den Grad der Auflösung genommen, da es von Sekundärreaktionen nicht verbraucht wird.

Dieser Vorgang verläuft sowohl in der Technik als auch in der Natur nicht nach einem strengen Schema. Stoffliche Inhomogenitäten, die auch in der Zusammensetzung der natürlichen Gläser gegeben sind, der zu erwartende Einfluss von Wasser in unterschiedlichen Mengen und unterschiedlicher Herkunft, auch das Vorhandensein organischer Bestandteile oder sich ändernde Druck- und Temperaturverhältnisse bestimmen die Bildung und den Absatz mineralisierender Lösungen oder umgekehrt verhindern sie. So lässt sich die angetroffene Vielgestaltigkeit der Mineralbildungen in den Rhyolithoiden erklären, indem, um ein Beispiel zu nennen, kaum eine Füllung der Rhyolithkugeln der anderen gleicht.


Chemische Analysen des Quarzporphyr-Pechstein-Körpers des Erzgebirgischen Beckens, der durch eine ignimbritische Ejektion gebildet wurde. Beachtenswert ist die Abnahme des Natriums gegenüber der Zunahme des Kaliums bei zunehmender Kristallinität (von links nach rechts).  

Es steht die Frage, wie sich Erdalkalien wie Calcium und Magnesium, die in der vulkanischen Schmelze in merklichen Mengen enthalten sind, in den herausdifferenzierten Mobilisaten verhalten. Da alkalisches Wasser als dominierendes Lösungsmittel gegeben sein dürfte, hält sich ihre Lösungsfähigkeit in Grenzen. Ihre Neigung aber, zusammen mit Aluminium und Silizium Tonminerale zu bilden, liegt nahe. In der Tat erfolgt die Fixierung der Erdalkalien rasch in Schichtgittersilikaten wie Glimmer, Chlorit und Montmorillonit. Das für diese Bildung erforderliche alkalische Milieu dürfte mit den Mobilisaten realisiert sein.





Achat aus Rhyolith von der Hartkoppe bei Sailauf, Stbr. Rehberg, 1. Sohle


 


Schichtgittersilikatführender Jaspis (gelbgrün) und Turmalin-Neubildungen in Brekzienzone des Rhyoliths von der Hartkoppe bei Sailauf, Stbr. Hartkoppe, 1. Sohle. Bildbreite ca. 4 cm



man die vielerorts nachvollziehbare Abscheidungsfolge weiter verfolgt, bilden sich bei späteren Mineralisationen durch den Kieselsäureüberschuss der sauren Gläser hauptsächlich Quarzminerale. Aber auch Ca- und Mg-Karbonate wie Calcit und Dolomit sind in der Bildungsfolge vertreten. Selten konnte auch Baryt als sulfatischer Vertreter des Bariums nachgewiesen werden. Dass sowohl orangefarbener Heulandit und hellgrüner, sich fettig anfühlender und zur Trockenrissbildung neigender Montmorillonit die Paragenese begleitet, soll hier als wesentlich benannt werden. Für den Heulandit von Chemnitz-Altendorf konnte spektrometrisch ein Gehalt von etwa 2 % Barium diagnostiziert werden, ein weiterer Hinweis darauf, seine Herkunft aus den hochdifferenzierten Mobilisaten abzuleiten, da keine geochemisch auffälligen Ba-Konzentrationen im Umfeld beobachtet werden konnten.






Darstellung der Stoffverschiebung aus dem Blickwinkel der Elementwanderungen