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Kalksilikathornfels Kalksilikathornfels, ein verwandelter Stein

Die Metamorphose kennen wir aus der Biologie. Aus einer Raupe wird ein Schmetterling, aus einer Made eine Fliege oder ein Käfer.

Auch bei Steinen ist eine Umwandlung möglich. Gerät z.B. ein Granit infolge tektonischer Bewegung in große Tiefe, so herrschen dort sehr hohe Drücke und Temperaturen. In einer Tiefe von z.B. 20 km herrscht eine Druck von 5 000 bar und eine Temparatur von ca. 600°C. Diese Bedingungen verwandeln den Granit mit seinem richtungslosen Kristallgefüge in einen Gneis mit linienförmiger Ausrichtung. Insbesondere die schwarzen Biotit Minerale weisen eine parallele Textur auf. Wie kann ein Teil der Erdkruste in 20 km Tiefe abtauchen und dann wieder an der Erdoberfläche erscheinen?

Die Antwort gibt die Kontinentaldrift, bzw. Tektonik.

Kollidieren zwei Kontinente, wird ein Gebirge aufgefaltet, aber es schiebt sich auch eine Platte unter die andere. Die Kollision der Afrikanischen mit der Europäischen Platte und die daraus resultierende Entstehung der Alpen, ist bekannt. Weniger bekannt ist, dass die Afrikanische Platte im Mittelmeer unter die Europäische abtaucht, einige hundert Kilometer. Vor diesem Hintergrund erscheinen die 20 km Abtauchtiefe weniger gigantisch. Aber wie kommt das Material wieder an die Erdoberfläche?

Durch Abtragung des mächtigen Deckgebirges von einigen tausend Metern, nimmt der Druck auf den Erdmantel ab und die tiefer gedrückte Erdkruste hebt sich langsam wieder. Schreitet die Erosion fort, so kommt es zu weiterer Druckentlastung und folglich zu weiterer Landhebung. Gleiches lässt sich in Skandinavien beobachten, wo nach der Eiszeit ein bis zu 3000m starker Eispanzer abschmolz und den Druck auf die Erdkruste entlastete. Obwohl das Ende der Eiszeit bereits über 10.000 Jahre zurückliegt, hebt sich ein Teil Skandinaviens heute noch jährlich um ca. einen Zentimeter

Zurück zu unserem Hornfels

Normalerweise hängen Druck und Temperatur linear zusammen und zwar in Abhängigkeit von der Tiefe. Eine Faustregel besagt, pro tausend Meter Tiefe nimmt die Temperatur um 30° zu. Der Druck steigt pro 10 m Wassertiefe um 1 bar, pro 10 m in der Erdtiefe um ca. 2,5 bar im Mittel. Das ergibt 250 bar pro 1000 m Tiefe. Um eine Temperatur von 600° C zu bekommen, müssen wir in 20 km Tiefe gehen, dort herrscht ein Druck von ungeheuren 5000 bar. Würde das Ausgangsmaterial Kalksandstein diesen Bedingungen ausgesetzt, so wäre möglicherweise eine Richtung der Kristallstruktur zu erkennen, auch größere Kristalle wären vorstellbar.

Unser Kalksilikathornfels hat allerdings ein richtungsloses Gefüge und sehr kleine Kristalle. Das ist darauf zurück zu führen, dass die Umwandlungstemperatur von 600-700°C vorhanden war, der Druck aber fehlte. Die hohe Temperatur hing in diesem Fall nicht mit der Tiefe zusammen, sondern aufsteigendes Magma, mit Temperaturen bis zu 1000°C erwärmte das umgebende Gestein. Es kam zu einer Kontaktmetamorphose: hohe Temperatur, rel. Geringer Druck und schnelles Abkühlen führten zu der feinkörnigen, richtungslosen Struktur des Kalksilikat-Hornfelses.

Der Kalksilikat-Hornfels

Was hat sich hier vor Jahrmillionen abgespielt?

Das mächtige Varistische Gebirge war bereits am Ende des Erdaltertums, also vor 225 Millionen Jahren, von den Kräften der Verwitterung zerstört und bis auf seinen kristallinen Sockel zu einer sanftwelligen Rumpffläche abgetragen worden. Von Norden her war das Zechsteinmeer vorgedrungen und hatte seine Reste überschwemmt. In der Folgezeit lösten sich Festlands- und Meeresphasen ab. Es kam zur Ablagerung von Sedimentmassen in einer Mächtigkeit von mehreren 1.000 m.

Die große Veränderung im Landschaftsbild begann in der Erdneuzeit, im Tertiär. Infolge der Alpenauffaltung sank entlang von mächtigen Rissen in der Erdkruste, sogenannten Verwerfungen, der Oberrheingraben als eine Scholle von etwa 30 bis 40 km Breite und mehr als 300 km Länge ab (von Basel bis Mainz). Als Gegenbewegung zu diesem Einbruch wurden die Randschollen hochgehoben: Schwarzwald und Vogesen, Odenwald und Pfälzer Wald. Schließlich drang in den Graben ein Meer ein, es stellte über die Rhein-Rhone-Senke eine Verbindung zwischen dem Mittelmeer und dem europäischen Nordmeer her. Vor etwa 30 Millionen Jahren wären unsere Bergstraßenstädtchen wie Bensheim oder Heppenheim Küstenstädte gewesen!

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