Es könnte auch ganz anders gewesen sein!

Die verkieselten Hölzer entstanden an der Unterseite des vulkanischen Zeisigwald-Tuffes. Die Bäume, noch lebend oder bereits abgestorben, wurden von den Tuffmassen überrascht und unter Luftabschluss eingebettet. Als glutheiße Masse soll der Aschenstrom gekommen sein, der feingliedrige Teile in aller Schnelle verbrannte, aber die verbliebenen Holzreste standen zur Verkieselung im weitesten Sinne zur Verfügung.

Pflanzenstrukturen sind wie wohl an keiner anderen Stelle, wo derartige Vegetabilien in Stein umgebildet erhalten sind, in derartiger Artenvielfalt und einem solch hervorragenden Erhaltungszustand überliefert. Die Kieselsäurezufuhr muss also in die filigranen Holzstrukturen recht rasch und doch in ausreichend hoher Konzentration erfolgt sein. Es ist schwer vorstellbar, dass das Siliziumdioxid als einfache Kieselsäure auf dem Lösungsweg in einem wässrigen Medium transportiert wurde.

Des weiteren gibt zu denken, dass nach dem ignimbritischen Eruptionsakt – einer Glutwolke - und den zu erwartenden Verkohlungen lediglich Partikel kohliger Substanz gefunden werden konnten, wenngleich unter ähnlichen Bedingungen über Jahrmillionen die Kohleflözchen des Wilden Kohlengebirges aus dem Chemnitzer Rotliegend der Zersetzung widerstanden haben. Es erhebt sich die Frage, inwieweit eine Verbrennung der Rotliegendpflanzen in dem Chemnitzer Fall überhaupt stattgefunden hat, oder ob andere Vorgänge den Umbildungsprozess bewirkt haben könnten, da meist Rinden und feingliedrige Pflanzenteile fehlen.

An einigen wenigen Kieselhölzern wurden Rissstrukturen gefunden, die denen von angekohltem Holz gleichen, also ein Indiz sind für die abgelaufene Verbrennung, besser Verkokung, weil unter Luftabschluss geschehen. Es ist also anzunehmen, dass weitaus mehr als bisher beobachtet, derartige Erscheinungen anzutreffen sein müssten. Das ist aber insbesondere bei den Chemnitzer Kieselhölzern nicht der Fall. Im Gegenteil, derartige Strukturen sind selten.

Brennendes Holz im Ofen (links) und in Fäulnisprozess begriffenes Holz (rechts)

Aber: Kann es nicht möglich sein, dass die wenigen Beispiele solcher Strukturen von in Verfaulung begriffenen, aber noch verkieselungsfähigem Holz stammen? Immerhin werden beim Fäulnisprozess wie bei der Verbrennung Teile der festen organischen Substanz in brennbare oder nicht brennbare Gase umgesetzt, Materialschwund tritt ein und Rissstrukturen entstehen mehr oder weniger präzis entlang der Holzstrukturen ausgerichtet, längs und quer der sogenannten Achsen, wie man in der Fachsprache Stämme und Äste auch bezeichnet. In diesem Prozess dürfte auch ein Argument dafür liegen, dass die Kieselhölzer oft in großen "Trommeln" gefunden werden, eine Teilbarkeit, die nicht durch Schlag oder abrupten Bruch, sondern langsam erfolgte, wie sich das der Mensch durch behutsames Lösen eines Werksteinblockes mittels Keilarbeit zunutze macht.

Bild: Keilarbeit im Porphyrtuff am Rochlitzer Berge, um 1966

Mit Verkieselungsfähigkeit ist ein System gemeint, in dem auf der einen Seite das Angebot der Kieselsäure zur Verkieselung steht, auf der anderen Seite das Holz in der Lage ist, die Kieselsäure aufzunehmen. Beide Komponenten müssen so aufeinander abgestimmt sein, dass der Prozess in Gang kommt. Das Holz muss also auch die Bedingungen erfüllen, damit eine Substitution von organischer Substanz durch Siliziumdioxid erfolgen kann.

Ausgangspunkt ist, dass sich insbesondere durch die Umbildung der Feldspäte in Tonminerale in der ignimbritischen Masse alkalische Bedingungen einstellen. Das freigesetzte Kalium wird wieder in andere Mineralphasen eingebaut, das Natrium ist aber nicht dazu prädestiniert und bleibt in Lösung (vgl. Vortrag von 16.10.2006, die Seiten "Mobilisat & Auszutschung" dieser Hompepage). Somit entsteht eine Alkalinität, und migrationsfähige wasserglasähnliche Si-Al-Mg-Ca-Mobilisate bilden sich.

Eine der Grundbedingungen für diesen Vorgang ist die Anwesenheit von Wasser, um die neuen Minerale überhaupt bilden zu können. Die Veränderung der Volumina der einzelnen Phasen wie auch die des eingebetteten Holzes bewirkt die Bewegung ("Auszutschung"), und die Mobilisate dringen in die Holzsubstanz ein. Alles verläuft ähnlich wie in einem Retortenofen über Jahre, vielleicht sogar über Jahrzehnte hinweg. Kurzum – das Holz wird wie bei der Zelluloseherstellung zerstört. Dabei entstehen auch organische Säuren wie z.B. Essigsäure. Die Alkalinität sinkt, Kieselsäure fällt aus. Die organischen Säuren wandern ab oder zerstören sich gegebenenfalls durch Oxidationsvorgänge. Das Holz verkieselt in einem nach geologischen Dimensionen gemessen ziemlich kurzen Zeitraum. Die Baumrinden als bereits tote Holzbestandteile erfüllten nicht mehr die Bedingungen einer Verkieselungsfähigkeit und wurden anderweitig zersetzt. Die Frage des Luftabschlusses ist insofern zu relativieren, da zumindest zur Zeit der Eruption Oberflächenwasser mit gelösten Luftbestandteilen an der Basis des Tuffs zirkulieren konnte.

Eine nachdenkenswerte Tatsache ist, dass im Chemnitzer Raum Kieselholzstücke nur ab einem Durchmesser von zwei bis drei Zentimetern gefunden wurden. Feingliedrigere Pflanzenteile fehlen nahezu gänzlich. Eine Entlaubung und Entastung durch den vulkanischen Einfluss ist zwar denkbar, aber ebenso denkbar ist eine zur Verkieselungsfähigkeit erforderliche Mindestmasse an angebotenem Holz, die in der Lage ist, eine hinreichend große Menge Säure zu bilden, um den Fällungsvorgang der Kieselsäure zu bewerkstelligen.

Eine zweite Bedingung ist die Möglichkeit, durch Umbildung instabiler Gesteinskomponenten die Mobilisate als Träger der Kieselsäure bilden zu können, also das Vorkommen der Feldspäte und Glasanteile, die in vulkanischen Aschen reichlich vorhanden sind. Dazu kommt die chemische Zusammensetzung des vulkanischen Materials überhaupt. Mit dem Zeisigwaldtuff liegt ein hochdifferenziertes vulkanisches Material vor, das durch Aufnahme fremder Materialien und flüchtiger Stoffe wie Wasser und Fluor und durch Anreicherung verschiedener Metalle wie Zinn, Wolfram, Lithium und Rubidium eine Besonderheit darstellt. Der Gehalt an Kieselsäure ist hoch, verschiedentlich auch extrem hoch.

Petrochemisch ähnliche Gesteine (Rhyolithe) sind im Chemnitz-Flöhaer Raum mehrfach nachgewiesen. Es ist naheliegend, in diesen Gesteinen, die eine Erhöhung des Gehaltes der genannten Spurenelemente um das drei- bis fünffache aufweisen, die vulkanischen Äquivalente zu den erzgebirgischen Zinngraniten sehen zu können, die ebenfalls eine Besonderheit im mitteleuropäischen Raum darstellen.

Der Zeisigwald-Tuff ist also geochemisch soweit spezialisiert, dass er recht gut geeignet ist, "überschüssige" Bestandteile, wie einen hohen Gehalt an Siliziumdioxid, über Mineralumbildungsprozesse abzugeben und unter anderem damit die Rotliegendbäume zu verkieseln.

Kieselholz entsteht andererseits auch im sedimentären Bereich. Besteht hier etwa gar ein Widerspruch? Eigentlich nicht. Auch hier werden die Bäume eingebettet, meist unter Beteiligung von tuffogenem Material. Es ist eben auch denkbar, dass der Prozess der Mobilisatbildung und die Ausfällung der Kieselsäuren durch organische Säuren, die sich aus der Holzsubstanz bildeten, über Verwitterungsvorgänge geschieht, die bei Feldspäten und sauren vulkanischen Gläsern ähnlich verlaufen.

Weiterführende Literatur und Hinweise finden Sie auf den Seiten "Mobilisat & Auszutschung" und "Publikationen" und in den "Veröffentlichungen des Museums für Naturkunde Chemnitz", die in Chemnitz, im DAStietz erhältlich sind. !