Quarz
Vorkommen
Die Erdkruste besteht zu über 90 Prozent, der Erdmantel fast vollständig aus Silikaten und Quarz (1). Die häufigsten Silikate in der Erdkruste sind die Feldspäte und Feldspatvertreter (zusammen 64 %), Pyroxene (4 %), Amphibole (5 %), Olivin (2 %) sowie Glimmer, Tonminerale, Magnetit, Ilmenit, Hämatit, Pyrit, Calcit, Apatit, Zirkon, Titanit, Fluorit. Nach den Feldspäten ist Quarz mit 18 % Anteil das zweithäufigste Mineral der kontinentalen Erdkruste
(1) Das Mineral Quarz (SiO2) gehört nach Strunz zu den Oxiden, im anglo-amerikanischen Sprach- und Wissenschaftsraum nach Dana jedoch zu den Silikaten.
Quarzgänge sind magmatische Gänge, welche zum größten Teil aus Quarz gebildet wurden; sie sind typische distale Ausbildungen von Plutoniten, bei denen die Restschmelzen fast ausschließlich aus Siliziumdioxid bestanden. Sie bilden aufgrund ihrer Härte oft auffällige, lang gestreckte Härtlinge
Der Bayrische Pfahl
Der Pfahl ist ein ehemaliger 150 km langer Quarzgang, der sich durch den nordöstlichen Bayerischen Wald zieht. Geomorphologisch gesehen stellt er einen Härtlingszug dar, der erst durch Verwitterung und Erosion über Jahrmillionen herauspräpariert wurde.
Der Pfahl besteht aus Quarz, welches sich wohl als hydrothermale Gangfüllung vor etwa 275 Millionen Jahren in die bereits vorhandene Bruchstruktur absetzte. Der Pfahl als Störung war wahrscheinlich mehrfach aktiv. Da das Pfahlgestein härter als das umgebende Gestein ist, wurde es bei der Erosion mauerartig herauspräpariert. Der Pfahl bildet heute einen 150 km langen und 10 bis 40 m hohen Härtlingszug. Der weiß schimmernde Pfahlquarz besteht aus bis zu 98 % Kieselsäure, gelbliche bis rötliche oder graue Farbgebungen werden durch Eisenverbindungen und Verunreinigungen („Pfahlschiefer“) verursacht. Die Interpretation der eigentlichen Pfahlstörung als Sutur ist umstritten, Fakt ist, sie trennt unterschiedliche magmatische Gesteine.
Die Eschbacher Klippen
Eschbach liegt im Hochtaunuskreis in Hessen. Wenige hundert Meter oberhalb des Nordendes von Eschbach steht eine Gruppe bis zu 12 Meter hoher Felsen aus Quarzgestein (♁50° 22′ N, 8° 32′ O). Die Felswand ist sichtbarer Teil eines etwa 6 km langen Quarzganges, der sich quer durch das Usatal bis zum Wormstein im Usinger Stadtwald fortsetzt. Er ist geologisch gesehen eine Querverwerfung, die sich bei der Auffaltung des Gebirges bildete. Der widerstandsfähige Quarz konnte an einigen Stellen der Abtragung trotzen und erscheint heute an verschiedenen Orten im Taunus, jedoch selten so spektakulär wie hier. Westlich der Klippen gibt es, auf der gegenüberliegenden Seite der Kreisstraße Usingen-Michelbach etwas versteckt im Wald, einen „Schwesterfelsen“, den Saienstein
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Hydrothermal bezeichnet den Bildungsbereich von Mineralien aus gas- und salzhaltigen wässrigen Lösungen zwischen deren kritischem Punkt (ca. 374,5°C) bis zum Absinken der Temperatur bis ca. 30°C. Hydrothermen können magmatischer, metamorpher oder transmagmatischer Herkunft sein. Hydrothermale Lösungen enthalten häufig große Mengen gelöster vulkanischer Gase und Minerale.
Hydrothermale Erzlagerstätten sind Lagerstätten, bei denen die Erze aus wässrigen metallhaltigen Lösungen ausfallen. Die Lösungen, mit meist hohem Anteil an Ionen, gelösten Gasen sowie Metallen und Nichtmetallen werden in Gänge, Klüfte und Spalten gepresst und kristallisieren dort unter sehr langsamer Abkühlung als Mineral im eigenen Sinne, aber auch gediegen aus (As, Bi, S, Cu, Ag, Au). Bedingt durch eine tw. optimale Isolation der Lösungen, welche selbst in tausenden von Jahren nur um wenige Grade abkühlt, bilden sich oft sehr große und idiomorphe Kristalle. Die wichtigsten hydrothermalen Lagerstätten sind in der Regel gangförmig.
Zu den häufigsten hydrothermal gebildeten Mineralen gehören: Fluorit, Baryt, Calcit, Quarze, Galenit, Chalkopyrit, Sphalerit, Pyrit, Siderit, Löllingit, Nickelin, Beryll, Spodumen.
Am Ende der Kristallisationsfolge eines Magmas bleiben überhitzte hydrothermale Lösungen übrig, die durch Gänge ins Nebengestein eindringen. Während des Abkühlens werden in den hydrothermalen Gängen typische Gangminerale abgeschieden.
Als häufigstes Gangmineral, tw. in großen Mengen, ist Quarz in den auf der Erde äußerst zahlreich vorhandenen hydrothermalen Lagerstätten in Paragenese mit den verschiedensten Mineralen verbreitet: mit Cassiterit, Wolframit, Gold, Molybdänit, Pyrit, Galenit, Sphalerit, Chalkopyrit, Rhodochrosit sowie mit Turmalin, Calcit, Chloriten u.a.
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Pegmatite sind plutonische Ganggesteine, defininiert über die Korngröße, die durch Grob- bis "Riesenkörnigkeit" (im Zentimeter- bis Meterbereich) gekennzeichnet sind und in der Endphase der Tiefengesteinskristallisation aus Restschmelzen entstanden sind. Näher definiert wird das Gestein durch die Voranstellung der Zusammensetzung, also Granit-P., Diorit-P., Nephelinsyenit-P. etc. Granit-Pegmatite sind mit Abstand die häufigsten und wichtigsten.
Pegmatite bestehen hauptsächlich aus Feldspat, Quarz und Glimmer. Neben den häufigen Granitpegmatiten werden auch - je nach Abstammung - andere Pegmatite wie Syenit-, Diorit, und Gabbropegmatite unterschieden. Der Mineralbestand variiert entsprechend.
Pegmatite werden postmagmatisch (spätmagmatisch) gebildet. Nach der Hauptkristallisation (Ausscheidung der Hauptmasse der silikatischen Gesteinsminerale) führt die spätmagmatische Differentiation im Temperaturbereich zwischen 700 und 400 °C zu einer fluidareichen Restschmelze, die sowohl durch ihren Reichtum an leichtflüchtigen Elementen (K, Li, Na, F, O, H, P, Be), in den gewöhnlichen Mineralen (Feldspäte, Quarz, Glimmer, Hornblende etc.) inkompatiblen Elementen (Ta, Nb, REE, U, Th) und Si (z.T. als Siliciumfluorid) gekennzeichnet sind. Gehalte an Wasser bzw. OH-Ionen sind kennzeichnend und verantwortlich für das Wachstum der großen Kristalle.
Da die Restschmelzen oft seltene Elemente enthalten, die aufgrund von ungangbaren Ionenradien nicht in die Hauptmineralien eingebaut werden können, werden in den Pegmatiten oft seltene Mineralien (z.B. Phosphate) angereichert. Man kann die Pegmatite nach ihrem Mineralgehalt (Phosphatpegmatite, Turmalinpegmatite, Granatpegmatite, Beryllpegmatite, ...) oder nach ihrer Form (Pegmatitstöcke, Pegmatitgänge) gliedern. Sie können zoniert sein, also beispielsweise einen Quarzkern enthalten. Metamorph überprägte Pegmatite bezeichnet man als Metapegmatite (> Metasomatose). Pegmatite wie Metapegmatite können wichtige Lagerstätten für Industrierohstoffe oder Edelsteine sein.
Die weitaus meisten Pegmatite sind granitischer oder alkaligranitischer Zusammensetzung und bestehen hauptsächlich aus den Mineralien Quarz, Feldspat (Orthoklas, Mikroklin und natriumreicher Plagioklas) und Glimmern wie Biotit, Muskovit, Zinnwaldit oder Lepidolith. Mengenmäßig untergeordnet, jedoch zum Teil wirtschaftlich sehr bedeutend, sind mafische und syenitische Pegmatite. Neben den häufigen Granitpegmatiten werden auch - je nach Abstammung - andere Pegmatite wie Syenit-, Diorit, und Gabbropegmatite unterschieden. Der Mineralbestand variiert entsprechend.
Pegmatite bilden typischerweise gang- oder linsenförmige Gesteinskörper mit Mächtigkeiten in der Größenordnung einiger Dezimeter bis einiger Zehnermeter. Man kann die Pegmatite nach ihrem Mineralgehalt (Phosphatpegmatite, Turmalinpegmatite, Granatpegmatite, Beryllpegmatite, ...) oder nach ihrer Struktur (Pegmatitstöcke, Pegmatitgänge) gliedern.
Die Gänge können intern zoniert sein, das heißt bestimmte Minerale treten eher am Rand, andere im Kern des Pegmatits auf. (Sie können beispielsweise einen Quarzkern enthalten). Metamorph überprägte Pegmatite bezeichnet man als Metapegmatite.
Als Miarole oder auch miarolitischer Hohlraum werden kleine, blasenförmige Hohlräume in magmatischen Gesteinen wie unter anderem Granit und Pegmatit bezeichnet.
Gebildet werden diese miarolitischen Hohlräume durch leichtflüchtige Gase, die während der Abkühlphase dem Magma entweichen. Da die Abkühlung an deren Oberfläche schneller voranschreitet, bestehen vor allem die Randzonen von Granit- bzw. Pegmatitkörpern aus einem miarolitischen Gefüge. Meist finden sich gut ausgebildete und idiomorphe Minerale als Drusenfüllung in den Miarolen.
Der Wortursprung liegt im italienischen miarolo und bezeichnet eine lokal vorkommende Granitvarietät mit Hohlräumen bei Baveno am Westufer des Lago Maggiore, die auch Miarolit genannt wurde.
Vulkanite (auch vulkanisches Gestein, Ergussgestein, Eruptivgestein, Effusivgestein oder Extrusivgestein) sind Gesteine, daie infolge vulkanischer Aktivität durch rasche Abkühlung einer Gesteinsschmelze an der Erdoberfläche entstehen. Vulkanite liegen als Lavastrom oder als Pyroklasten bzw. Pyroklastische Sedimente vor. Sie bilden gemeinsam mit den Plutoniten (Tiefengesteinen), die aus langsam in tieferen Bereichen der Erdkruste abkühlender Schmelze (Magma) entstehen, die Gruppe der magmatischen Gesteine (Magmatite). Gelegentlich werden Gesteine, die im Übergangsbereich von Vulkaniten und Plutoniten erstarrt sind, als Subvulkanite bezeichnet.
In vielen intrusiven als auch effusiven Eruptivgesteinen bildet Quarz, ebenso wie die Feldspäte und die Glimmer, einen Hauptbestandteil. Porphyrische Quarzkristalle in sauren Eruptivgesteinen besitzen kristallin-zonaren Aufbau und enthalten häufig Einschlüsse von vulkanischem Glas.
Berühmt für hervorragend ausgebildete Quarzkristalle in vulkanischen Gesteinen sind die Amethyst-Vorkommen in Brasilien und Uruguay, vom Brandberg in Namibia sowie von Piedra Parada in Mexiko.
Klassische Vulkanit-Lagerstätten sind die Achatvorkommen in Latit-Andesit der Steinbrüche Juchem und Setz sowie der Untertagegrube Steinkaulenberg im Landkreis Birkenfeld (Idar-Oberstein) in Deutschland sowie zahlreiche weltweite Chalcedon-/Achatvorkommen, besonders in Brasilien und Mexiko.
Geode ist ein nicht einheitlich verwendeter Begriff, mit dem je nach Quellenlage ein rundlicher Hohlraum, begrenzt durch eine einheitliche Gesteinsaußenschicht, und/oder die durch verschiedene, geologische Prozesse entstandene Füllung mit mineralischer bzw. fossiler Substanz bezeichnet wird. Verbleibt bei einer Füllung durch Kristalle noch ein Resthohlraum, wird diese auch als Druse und bei vollständiger Füllung als Mandel bezeichnet. (In der Petrologie versteht man unter dem Begriff Geode eine meist konzentrisch aufgebaute Konkretion)
Entstehung
Innerhalb eines zwischen 800 und 1200 °C heißen Lavastroms lösen sich die leichtflüchtigen Bestandteile aus der Gesteinsschmelze und bilden zunächst kleine Gasblasen. Während diese Blasen im heißeren Kern der Lava noch einige Zeit beweglich sind und sich bei ihrer Wanderung in Richtung Oberfläche zu mehr oder weniger großen Hohlräumen verbinden können, werden sie in den schneller abkühlenden Randbereichen relativ schnell fixiert und bleiben klein mit meist rundlicher oder linsenartiger Form. Da aber Lavaströme während des Abkühlprozesses noch relativ lange fließfähig sind, werden die Gasblasen in Flussrichtung in die Länge gezogen. Dabei nehmen sie eine tropfen- bis mandelähnliche Form an, deren dünnere Spitze stromaufwärts zeigt.
Bei weiterer Abkühlung auf etwa 400 °C, abhängig von der Zusammensetzung des vulkanischen Gases, kondensiert dieses zu aggressiven, teilweise wässrigen (hydrothermalen) Lösungen, die das umgebende Gestein angreifen und zersetzen. Auf diese Weise entstehen einerseits winzige Verbindungskanäle zwischen den Blasen und im Gestein, andrerseits erste Mineralfüllungen in den Geoden aus den hochgradig abscheidenden Bestandteilen der Lösung. Weitere nachfolgende hydrothermale Vorgänge, gespeist aus den fortgesetzten vulkanischen und tektonischen Prozessen im Erdinneren, führen die Arbeit der Hohlraumfüllung bzw. Verwitterung fort, bis schließlich nach mehreren zehn bis hundert Millionen Jahren Drusen mit teilweiser Mineralfüllung und verbleibendem Hohlraum im Zentrum oder vollständig aufgefüllte Mandeln entstanden sind.
Häufig werden Geode und Druse synonym verwendet, vor allem bei der Beschreibung von verschiedenen in der Natur auftretenden Quarzvarietäten wie Amethyste und Achate. So wird beispielsweise mit dem Begriff "Achatgeode" ein rundlicher Gesteinskörper beschrieben, dessen Rinde aus Achat besteht und der im Inneren Quarz, Amethyst oder andere freistehende Minerale in einem verbliebenen Hohlraum ausgebildet hat. Alternativ wird für diese Mischform auch die Bezeichnung Mandel mit Druse verwendet.
Die wohl bekanntesten Drusen sind die berühmten bis mehrere Meter großen Amethystdrusen aus Uruguay und Brasilien. (s.u. > Amethyst)|
Lithophysen (Schneekopfkugeln ; englisch Thundereggs) sind achat-, quarz-, chalcedonführende Porphyrkugeln, welche in sauren Vulkaniten, bzw. sauren Magmen unter sedimentär-diagenetischen Bedingungen gebildet wurden. Sie sind mit den Sphärolithen verwandt. Ihre Form ist kugelig oder linsenförmig, konzentrisch-schalig, bedingt durch ungefähr konzentrisch gelagerte Hohlräume (Kammern). Die Hohlräume enthalten frei aufgewachsene Kristalle von Quarz, Hämatit, Fluorit und anderen Mineralien.
Den deutschen Namen „Schneekopfkugeln“ haben die Gesteine ihrem Hauptfundort zu verdanken, da sie rund um den Berg Schneekopf bei Gehlberg, inmitten des Thüringer Waldes, vorkommen. Bildungen gleicher Entstehung sind von vielen Orten bekannt, an denen vulkanische Gesteine vorkommen, so etwa rund um Idar-Oberstein in Rheinland-Pfalz.
Der amerikanische Ausdruck „Thunderegg“ stammt von den Ureinwohnern des US-amerikanischen Bundesstaates Oregon. Thundereggs sind der Legende nach Eier der Donnervögel (thunderbirds), welche auf den Bergen Mount Hood und Mount Jefferson lebten und welche den Donnergeistern (thunder spirits) dazu dienten, sich gegenseitig zu bewerfen.
Lithophysen sind kugelförmige Aggregate; sie können jedoch auch in aufgesplitterter Form auftreten. Die Lithophysen sind meist vollständig mit Achat, Chalcedon, Opal oder Quarzkristallen gefüllt. Hin und wieder finden sich auch Ansätze von Jaspis oder Amethyst. Nicht selten wachsen hierauf Hämatit- oder Fluoritkristalle. Die mineralische Füllung zeigt häufig ein Geopetalgefüge.
Die zwischen wenige Zentimetern und bis zu zwei Metern messenden Kugeln kommen in Vulkaniten , meist in Porphyr (1) vor. Die Porphyrgrundmasse, welche die Schneekopfkugeln umgibt, ist wesentlich weicher als das Innere der Kugeln; hierdurch verwittert diese Außenhülle schneller, so dass der Inhalt freigelegt wird.
Die deutschen Schneekopfkugeln entstanden im Perm vor etwa 250 Mio. Jahren durch Gasblasenbildung in der rhyolithischen Lavamasse. In den durch die Gasblasen geschaffenen Hohlräumen kristallisierten später die Kristalle durch Ausscheidung aus mineralisiertem Wasser.
(1) Porphyr (von altgr. πορφύρα porphyra „Purpur, Purpurfarbe“) ist ein weit verbreiteter Sammelbegriff für verschiedene vulkanische Gesteine, die große, gut ausgebildete einzelne Kristalle in einer sehr feinkörnigen Grundmasse besitzen. Sie haben für gewöhnlich eine saure (quarzreiche) bis intermediäre Zusammensetzung und enthalten einen hohen Anteil an Feldspaten.
In der modernen geologischen Fachsprache gilt der Begriff Porphyr streng genommen nur für das Gefügebild eines Gesteins und nicht für ein bestimmtes Gestein. Dieses Gefügebild wird entsprechend als porphyrische Gefüge bezeichnet.
Es wird allgemein zwischen quarzreichem und quarzarmem Porphyr unterschieden. Beim Erstgenannten finden sich neben Feldspat- auch Quarzkristalle als Einsprenglinge. Eine mittlerweile veraltete Bezeichnung für dieses Gestein ist daher Quarzporphyr, wobei damit vor allem „alte“ (paläozoische) quarzreiche Porphyre bezeichnet wurden. Der heute zu verwendende Name für dieses Gestein ist Rhyolith. Dieser Name macht allerdings keine Aussagen über das Gefüge, sondern nur über den Mineralbestand und die vulkanische Entstehung. Daher ist nicht jeder Rhyolith zwangsläufig auch ein Porphyr. Genaugenommen muss daher von porphyrischem Rhyolith gesprochen werden, wenn ein entsprechendes Gefüge vorliegt.
Quarzarme Porphyre können Quarz noch in der Grundmasse enthalten. Er kann aber auch vollständig fehlen. Da die genauere chemische Zusammensetzung für dessen Definition keine Rolle spielt, fallen unter den Begriff des quarzarmen Porphyrs mehrere Gesteine, wie zum Beispiel Andesit, Trachyt oder Dazit. Hierbei gilt dasselbe wie für Rhyolith – nicht jedes so bezeichnete Gestein ist zwangsläufig porphyrisch.
Klüfte oder Kluftflächen sind feine Trennflächen im Gestein bzw. im Gebirge, die durch tektonische Beanspruchung entstehen, aber auch durch diagenetische Prozesse oder Abkühlung (Kontraktion) von Gesteinen. Die Größenordnung einer Kluft liegt im Bereich von wenigen Millimetern Weite bis zu einer Erstreckung von mehreren Metern. In der Regel findet an den Kluftflächen kein Versatz der getrennten Gesteine statt. Treten jedoch größere Bewegungen entlang der Klüfte auf, so entwickeln sie sich zu Verwerfungen. Bei seitlicher Öffnung von Klüften reißen Spalten auf.
Bei der Öffnung einer Kluft können sich entlang der Kluftflächen durch die Zirkulation von Grundwasser oder hydrothermalem Wasser Kluftminerale ablagern. Charakteristische Mineralisierungen werden dabei durch Quarz, welcher in unterschiedlichen Varietäten auftritt, sowie andere Silicate wie Epidot oder Chlorit, verschiedene Karbonate, und einige Erzminerale gebildet.
Kalkstein ist ein monomineralisches Gestein und besteht hauptsächlich aus den Mineralen Calcit (bis zu 95 %) und Aragonit, sowie, in wechselnden Anteilen, anderen Mineralen. Dazu zählen Tonminerale, Dolomit (CaMg(CO3)2), Quarz, Gips und tw. Silikate. Überwiegt der Dolomitanteil, so redet man vom Gestein Dolomit. Besitzt der Kalkstein einen relativ hohen Anteil an Tonmineralen, so bezeichnet man ihn dann als Mergel. Kalkstein kann auch bis zu mehreren Prozent organische Substanz enthalten und wird dann als bituminöser Kalk (bei Vorhandensein von Schwefelwasserstoff auch Stinkkalk) bezeichnet. Kalkstein bildet mitunter ganze Gebirge.
Quarze in verwitterten Deckschichten und auf Klüften oberdevonischer Massenkalke im Raum Warstein im Sauerland bildeten sich aus hydrothermalen Lösungen im Oberjura (während der variszischen Gebirgsbildung) als Begleiterscheinungen während einer metasomatischen Dolomitisierung. (GOETTE, 2004).
Dolomit, wissenschaftlich Dolomitstein, ist ein Karbonat-Gestein, das zu mindestens 90 Prozent aus dem Mineral Dolomit (chemische Formel CaMg(CO3)2 (CaCO3·MgCO3)) besteht. Bei geringeren Dolomitgehalten liegt ein dolomitischer Kalkstein vor. Dolomitstein ist im Idealfall weiß, häufig elfenbeinfarben, hellgrau, graugelb oder grüngrau.
Weltbekannt sind die Herkimer-Quarze in Hohlräumen im „Dolostone“ (Dolomitstein) im nördlichen Teil des Staates New York, welche im Karbon entstanden.
Typische Beispiele für in Kalkmergel gebildete Quarze sind die sogenannten Schaumburger Diamanten, welche in Quarzdrusen und Knollen eines Steinmergel-Keupers im Extertal im Bereich des Taubenberges bei Rinteln vorkommen.
Quarzgänge in Mergel finden sich häufig in geologischen Einheiten der spanischen Trias sowie im Anti-Atlas in Marokko.
Zwischen 2005 und 2010 wurde zwischen Essaouira und Marrakech in Marokko eine neue Schnellstraße gebaut. Zwischen den Städtchen Chichaoua und Sidi Moktar, etwa 25 km W von Chichaoua, nächste Gemarkung ist „El Hbabra“, stand dem Straßenbau ein ca. 70 m hoher und am Fuß ca. 800 m breiter Berg im Wege, welcher komplett aus weißen kalkigen Sedimenten und aus mit Quarz gefüllten Calcitdrusen und knolligem Chalcedon im Kalkstein bestand. Der gesamte Berg wurde während des Straßenbaus abgetragen und als Böschungs-Unterbau für die neue Straße verwendet.
Bis 2008 konnte man an den Berg ranfahren und in einer Stunde tausende Drusen aus dem lockeren Gestein rausklopfen; seit 2010 ist der Berg verschwunden; es gibt jedoch immer noch sehr an Quarz und Chalcedon reiche Halden im einfach stehengelassenen Abraum.
An einigen Stellen des Sauerlandes, besonders im Raum Warstein bei Suttrop und bei Hohenlimburg-Oege, fanden sich bis mehrere cm große milchig-weiße Quarz-Doppelender in verwitterten Deckschichten und auf Klüften oberdevonischer Massenkalke. Diese Quarze bildeten sich aus hydrothermalen Lösungen im Oberjura (während der variszischen Gebirgsbildung) als Begleiterscheinungen während einer metasomatischen Dolomitisierung. (GOETTE, 2004).
Weitere bekannte Vorkommen gibt es auch im Rheinischen Schiefergebirge und anderen Orten im Sauerland. Hier sind vor allem das massenhafte Quarzvorkommen von Bleiwäsche bei Brilon sowie die Quarze aus Suttrop zu nennen. (RYKART, R. schreibt hierzu, dass das Wachstum dieser Quarzkristalle manchmal von einem authigenen Quarzkristall ausging).
Suttroper Quarze enthalten entgegen mancher Angaben in der Literatur keine Einschlüsse aus Calcit und Pyrit, sondern aus Chalkopyrit und orientiert eingewachsenem Anhydrit. (KORITNIG, S., 1961)
Suttroper Quarze von Bleiwäsche im Kreis Paderborn
Der Ort Bad Wünnenberg-Bleiwäsche befindet sich auf der Briloner Hochfläche. Die gesamte Hochfläche ist devonisches Karstgebiet und gehört zum Rheinischen Schiefergebirge. Die Karstfläche ist gezeichnet durch Dolinen und Trockentäler. Der Gesteinsuntergrund ist Briloner Massenkalk, bestehend aus Riffcarbonaten.
Der Steinbruch befindet sich im Düstertal unweit der Gemeinde Bleiwäsche. Abgebaut wird ein sehr reiner Kalkstein. Sehr früh wurden im genannten Gebiet Bleierze abgebaut. Erhalten haben sich aus dieser Zeit ausgedehnte Pingenzüge sowie einige Stollen. Das Bleierz findet sich hauptsächlich in Karstschlotten, die mit zähem Letten gefüllt sind. Die "Alten" haben auf der Suche nach diesen Schlotten unzählige Schächte abgeteuft.
Im Steinbruch wurden diese Schlotten unregelmäßig angefahren und lieferten dann Bleierz in häufig enormen Mengen. Bleierz wird im weiteren Abbau schon seit einigen Jahren nicht mehr aufgefahren bzw. gefunden. In Abbaubereich Bleiwäsche findet kein Abbau mehr statt.
Andere Vorkommen im Sauerland
Herkimer Diamanten sind Quarze, welche in kambrischen Dolomiten (amerikanisch: Dolostone) im Mohawk Valley, Herkimer County, Upper New York, USA vorkommen. Die bekanntesten Fundstellen befinden sich zwischen Middleville, Fairfield, Salisbury und The Noses; bei Little Falls und Saint Johnsville sowie nahe des Ortes Fonda.
Der Bundesstaat New York wird zum größten Teil durch das abgetragene Faltengebirge der Appalachen geprägt; sie sind etwa 480 Ma alt (Ordovizium) und gehören zu den Gebirgen, die durch die kaledonische Gebirgsbildung entstanden.
Herkimer Quarze kommen in der Regel als lose, idiomorph ausgebildete Doppelender vor, bekannt sind auch Zwillinge. Die Kristalle sind farblos, seltener als Rauchquarz. Begehrt sind Stufen aus Dolostone-matrix mit frei aufsitzenden Kristallen.
Herkimer Quarze sind meist doppelendig, was darauf beruht, dass das Wirtsgestein Dolostgone kein Silikat enthält und der Quarzkristall somit keine Bindungsmöglichkeit hat, was einen Anwuchs verhindert.
Für die Herkimer Quarze typisch sind Flüssigkeitseinschlüsse (Wasser) in Form kleiner Bläschen, in welchen wiederum Kohlendioxid eingeschlossen ist. Es wird vermutet, dass die Bildungstemperaturen bei ca. 50°C lagen. Die meisten der eingeschlossenen Bläschen verschwinden beim Erwärmen. Weitere Einschlüsse sind schwarz und bitumen-bis kohleartig, ähnlich Anthraxolith (1). Bituminöser Anthraxolit trifft oft in den Hohlräumen auf, in welchen Herkimer Quarze auskristallisierten. Da man dieses bitumen-ähnliche Material innerhalb und außerhalb der Kristalle findet, wird angenommen, dass es vor, während und nach der Kristallbildung vorhanden war.
In den späten 1950er Jahren beschrieben Fisher und Dun, dass Herkimer Quarze auch Platin enthalten.
Die Entstehung der Herkimer Diamanten geht auf SiO2-haltige Lösungen in den Hohlräumen (pockets) eines Dolomitgesteins zurück. Dieses Gestein - auch als Little Falls Dolomit bekannt - entstand durch Dolomitisierung (frühdiagenetischer bis spätdiagenetischer-metasomatischer Austausch von Calcium mit Magnesium) kambrisch-ordovizischer Kalksteinsedimente (Alter ca. 480 Ma). Der Beginn des Entstehungsprozesses der Quarze wird auf ca. 300 Ma (Karbon) geschätzt. Aufgrund der nahezu perfekten Ausbildung der Quarzkristalle wird von einer extrem langen Wachstumsdauer der Kristalle ausgegangen, die ein Alter von bis zu 100 Ma haben können.
Zur Enstehung der Herkimer Quarze gibt es unterschiedliche Modelle. Das wahrscheinlichste ist, dass die Quarze durch Beteiligung von Cryptozoon-Stromatolithen (2) gebildet und durch Sedimente bedeckt wurden, sich im Laufe der Zeit zersetzten und Hohlräume (pockets, vugs) hinterließen. Es gibt zum Teil große elliptisch geformte Hohlräume, die Hunderte von Herkimer Diamanten enthalten. Diese Hohlräume variieren im Durchmesser zwischen 30 und 180 cm. Die Anwesenheit organischen Materials (Anthraxolith) spricht für einen Zersetzungsprozess pflanzlichen Lebens.
Eine andere Theorie erklärt die biogene Entstehung der Quarze durch Radiolarien (3). Radiolarien (deutsch Strahlentierchen) sind winzige, seit Millionen Jahren existierende Meeresorganismen, welche ein siliziumhaltiges Sekret ausscheiden, das geometrische Strukturen bildet. Bisher wurden mehrere tausend verschiedene Siliziumsekrete identifiziert. Es wird vermutet, dass große Kolonien solcher Radiolarien in Sedimenten einschlossen, worin sich ihre siliziumhaltigen Sekrete ansammelten und daraus im Laufe der Zeit Herkimer Quarze entstanden. Diese Theorie ist unbewiesen. Es gibt jedoch neuere Untersuchungen zu Bildungsprozessen von Meeresorganismen, welche sich von Öl am Meeresboden ernähren und mikroskopisch kleine doppelendige Quarzkristalle ausscheiden.
Befürworter der Hydrothermalgenese wiederum gehen davon aus, dass kieselsäurehaltige wässerige Lösungen durch feinste Risse und Poren durch kavernöse Gesteinsschichten in den Dolomitstein sickerten und sich an bestimmten Stellen ansammelte. Die saure Lösung zersetzte den Fels allmählich und bildete Hohlräume (Pockets). Später sickerte dann siliziumhaltiges Wasser in diese Hohlräume und verdunstete. Durch den Druckabfall beim Eintritt der kieselsäurereichen Lösungen in die Hohlräume wurde die Quarzausfällung erleichtert und aus den Ablagerungen bildeten sich die Kristalle. Es ist nicht sicher, wie zutreffend diese Theorie ist.
Es ist sicher, dass die wasserklaren Quarze bereits den Mohawk- und Irokesen-Indianern bekannt waren. Die ersten neuzeitlichen Funde sind aus dem Jahr 1790 bekannt, als Arbeiter beim Straßenbau bei Little Falls beim Anschnitt der Dolomitschichten sehr große Mengen Kristalle freilegten. Der damalige Name war Little Fall Diamonds.
Eine erste Publikation über Herkimer Quarze stammt vom damaligen Yale Professor Benjamin Silliman (American Journal of Science, 1819), eine weitere von Henry Sowerby im Jahr 1850 (Popular Mineralogy). Bei weiteren Straßenbauarbeiten im Jahr 1879 wurden wiederum große Mengen der Kristalle gefunden.
Im Jahre 1893 wurden in der World Columbian Exhibition in Chicago die mehr als 4.000 Kristalle umfassende Sammlung des Sammlers A.B. Crim aus Middleville ausgestellt (über den Verbleib der Sammlung ist nichts bekannt).
Zur Namensbildung gibt es zwei Thesen:
- Der Name Herkimer Diamanten wurde nach General Herkimer geprägt, welcher während des amerikanischen Bürgerkrieges annahm, dass es sich um Diamanten handelt, welche man zur Finanzierung militärischer Aktivitäten andachte.
- Der Name wurde nach dem Herkimer County benannt (zumindest so erklärt in Sowerby's Bericht).
Anmerkung
(1)Anthraxolith ist nach aktueller Definition ein anthrazit-ähnliches Material, welches in Adern und feinst verteilt (disseminiert) in sedimentären Gesteinen vorkommt. Quelle: DIETRICH, E.V., 1956; DOI: 10.2113/gsecongeo.51.7.649 Published on November 1956, First Published on November 01, 1956 , GeoRef, Copyright 2006, American Geological Institute. Abstract, Copyright, Society of Economic Geologists. Reference includes data from Bibliography and Index of North American Geology, U. S. Geological Survey, Reston, VA, United States
Als sehr alte Sapropelitkohlen können der kambrische Anthraxolith und der Schungit gelten. (NIGGLI, P., 1952; Gesteine und Minerallagerstätten)
(2)Cryptozoon sind eine weit verbreitete Formgattung von Stromatolithen (Kalkabscheidungen von Cyanobakterien-Kolonien), im Präkambrium (Archaikum und Proterozoikum, seit etwa 3,5 Ga) und Alt-Paläozoikum (650-450 Ma; Kambrium bis Ordovizium) (SCHOPF, J. W., 1999; Cradle of Life: The Discovery of Earth's Earliest Fossils)
(3)Radiolarien oder Strahlentierchen (Radiolaria, lat. radiolus „kleiner Strahl“) sind eine Gruppe einzelliger Lebewesen mit einem Endoskelett aus Opal (Siliciumdioxid, SiO2), die zu den Eukaryoten gehört.
Radiolarien gehören neben Schwämmen und Kieselalgen zu den gesteinsbildenden Organismen mit Opalskelett (Opal A). Sind ihre Ablagerungen massenhaft angereichert, bilden sie kieselige biogene Sedimente. Radiolarien kommen in den Meeren in sehr großen Mengen vor und entnehmen dem Wasser SiO2 zum Bau ihrer Skelette. Nach ihrem Absterben sinken sie ab, wobei die organischen Bestandteile zersetzt werden und nur das Skelettmaterial erhalten bleibt. Am Meeresboden bildet sich ein rotbrauner, grünlicher oder grauschwarzer Radiolarienschlamm aus Skelettopal (wasserhaltiges, amorphes SiO2). Radiolarienschlämme bedecken etwa 2,6 % der Meeresböden (Hauptverbreitungsgebiet im äquatorialen Westpazifik) und bestehen zu 30 – 80 % aus Radiolarienskelettmaterial, durchschnittlich enthalten sie etwa 55 % kieselige Bestandteile, der restliche Sedimentanteil besteht überwiegend aus Kalk, der zum größten Teil aus den Schalen von Foraminiferen stammt.
Schaumburger Diamanten sind sehr helle, transparente, leicht rauchig gefärbte doppelendige oder seltener szepterförmige Quarze, welche in Quarzdrusen und Knollen gewachsen sind und paragenetisch mit Calcit, Baryt oder Chalcopyrit vorkommen (können). Als Bildungsprozess wird ein zweites Generationswachstum in der Quarzwachstumsfolge angenommen.
Diese Quarze (2. Generation) kommen in Steinmergel-Keuper und z.T. des Muschelkalks im Extertal im Bereich des Taubenberges bei Rinteln vor. Bekannte Fundstellen sind Bösingfeld, Rumbeck und Hohenrode. Der Name stammt vom naheliegenden Schloss Schaumburg.
Aus den Aufschlüssen (affioramenti) Endenna bei Selvino im Seriana-Tal (Bergamesker Alpen, Provinz Bergamo, Lombardei, Italien) sind bipyramidale Quarze bekannt, welche wegen ihrer außerordentlichen Transparenz und wegen ihres Brillantglanzes als "lombardische Diamanten" bezeichnet werden. Die Kristalle, welche Größen bis 7,5 (1) cm erreichen können, finden sich in Hohlräumen in norischem Dolomit und Kalkstein (Obere Trias, 228-208,6 Ma), oft überlagert von schwarzen norischen Tonsteinen. Charakteristisch sind Einschlüsse von Kohlenstoffverbindungen (Bitumen, Kohle oder Methan), welche aus anoxischen organischen Substanzen aus der Zeit der Ablagerung der Karbonatplattform im Flachmeerbereich, bzw. aus der Dolomie Zonate, einem Intra-Plattform-Becken stammen.
Eher selten sind Quarz-Doppelender von Selvino mit starker tektonischer Verformung. (siehe Bild im KApitel "Einschlüsse").
(1) Beschreibung und Foto von Sarah Sudkowsky in mindat
Aus dem für ausgezeichnete Fluorite bekannten Bergbaurevier Berbes bei Ribadesella im Prinzentum Asturias in Nordspanien stammen scharfe transparente Quarz-Doppelender als Kristalle bis mehrere cm Größe, oft zusammen mit Baryt und Calcit, weniger häufig mit Azurit, Malachit, Pyrit und Goethit. Die Quarze kommen in triassischem Kalkstein vor (außer in Cueto L’Aspa; hier treten die Minerale in Kalksilikatgestein aus dem Carbon auf).
Die bemerkenswertesten Quarze kamen aus dem Gebiet der Mina Ana (La Cabaña, El Frondil, El Cueto L’Aspa und la Busteriza); sie sind u.a. charakterisiert durch mehrphasige Einschlüsse (Bitumen, Kohlenwasserstoffe).
Leissigen liegt im Berner Oberland am Thunersee im Verwaltungskreis Interlaken-Oberhasli des Kantons Bern in der Schweiz.
Der Leissigentunnel ist Teil der Verbindung N8 / A8 zwischen Spiez und Hergiswil. Er wurde Ende der 1990iger Jahre erbaut um die übermäßige Belastung des Dorfes durch Durchgangsverkehr zu mindern. Der Straßentunnel Leissigen umfährt das Dorf und hat eine Länge von ca. 2200m. Auf der Halde am westlichen Ende des Tunnels konnten auf kleinen Klüftchen des Kalksteines Quarze, Calcit, Aragonit und Kohlenwasserstoffe in Form von Bitumen und Petroleum (!) gesammelt werden.
Herausragend waren die Funde von handtellergroßen Kluftflächen mit vielen Hundert transparenten und perfekt ausgebildeten Calcit-Zwillingen ("Schmetterlingszwillinge") nach (1011). Desweiteren begehrt waren die hier vorkommenden kleinen Quarzkristalle, die aufgrund der Quarzarmut des umgebenden Sediment-Gesteines sehr langsam, aber perfekt kristallisierten. Diese kleinen, strahlenden Kristalle wurden von den Sammlern auch als "Diamanten" bezeichnet.
Sehr selten kommen unter diesen Quarze auch kleine Zepterquarze vor, die als Endbegrenzung nicht die Rhomboeder r und z zeigen sondern flachere Rhomboeder (pi,omega). Diese Flächen sind bei Quarzen im Allgemeinen sehr selten, kommen aber scheinbar bei Quarzen, die sich in kohlenwasserstoff-führenden Sedimenten bilden, häufiger vor. (s. Details unter > Habitus) (Klaus Schäfer)
Septarien (abgeleitet von lat.: s(a)eptum = Scheidewand) sind linsenförmige oder knollige Kalkkonkretionen in karbonatischen Gesteinen (Kalk-Tone), welche im Inneren durch Austrocknung bedingt, meist radiale Schrumpfungsrisse aufweisen. Sie entstehen durch lokale Anreicherung von Calciumkarbonat infolge Zersetzung organischer Substanzen.
In ihrem Inneren sind sie von Austrocknungs-, bzw. Schrumpfungsrissen durchzogen. Häufig scheiden sich in diesen Rissen Mineralien wie Calcit (Septenbildung), aber auch Siderit, Pyrit, Baryt oder Quarz ab. Im Zentrum von Septarien findet sich sehr häufig ein Nucleus aus ursprünglich organischem Material.
Man vermutetet, dass die Entstehung von Septarien auf die Zersetzung von Organismen zurückgeht; bei diesem Prozess kommt es zur Zersetzung organischen Materials und Bildung von Ammoniak und Aminen, was im umliegendem Sediment zu einer pH-Wert-Erhöhung führt. Dieser erhöhte pH-Wert setzt die Löslichkeit von Karbonaten herab, was das Hinwandern und Abscheiden von Karbonaten am Fossil begünstigte. Auf diese Weise entstehe im umliegenden Sediment eine Untersättigung an Karbonaten, die ihrerseits zum Hinwandern immer neuer karbonatischer Porenwässerlösungen führe. Auf diese Weise können sich Septarien immer weiter vergrößern, bis die Zersetzung des organischen Materials, also die Ammoniakentstehung, beendet ist oder aber der Nachschub von Kalk versiegt. (Tw. entnommen und zitiert Lippmann, F., 1955)
Septarien sind weltweit zu finden und kommen gewöhnlich in karbonatreichen Tonschiefern vor. Eine im mittleren Oligozän abgelagerte Schicht, der Septarienton, erhielt wegen des regelmäßigen Vorkommens von Septarien diesen Namen. Zu den bekannten Septarien-Vorkommen in Deutschland gehört die Tongrube Hermsdorf in Berlin; bei Arpke in Niedersachsen gibt es Septarien mit sehr schönen Calcitwänden, die unter UV- Licht intensiv leuchten, daneben schön regenbogenfarbiger Siderit. Beim Autobahnbau in Arnsberg-Neheim wurden sehr große Septarien bis über 2 m Länge gefunden. In den Schrumpfungsrissen fanden sich Quarze in Zepter- Ausbildung. Bekannt ist auch ein Septarienton aus dem Gebiet Magdeburg-Halle (ein feinsandig - schluffiger Ton aus dem Oligozän).
In einem Seitental bei Sisteron, Dept. Hautes-Alpes, Frankreich kamen fünf Mineralien in ein und derselben Septarie vor: Calcit, Quarz, Dolomit, Cölestin und Strontianit. Weitere bekannte französische Vorkomen sind: Remuzat und Condorcet, Dept. Drome (Calcit neben Quarz, Dolomit, Cölestin u.a. Mineralien); Propriac-les-Bains (Dept. Drome).
Ausgezeichnete Septarien wurden an der an der Küste von Devon in England sowie bei Erfoud in Marokko gefunden.
Mirabeu- und Rémuzat-Diamanten sind Quarze, welche in Septarien im Mergel des südostfranzösischen Jura (Callovium bis Oxfordium, 166,1 bis 157,3 Ma) gebildet wurden.
Septarien sind linsenförmige oder knollige Kalkkonkretionen in karbonatischen Gesteinen (Kalkmergel, Tonmergel), welche im Inneren, durch Austrocknung bedingt, meist radiale Schrumpfungsrisse aufweisen. Sie entstehen durch lokale Anreicherung von Calciumkarbonat infolge Zersetzung organischer Substanzen. Häufig scheiden sich in diesen Rissen Mineralien wie Calcit (Septenbildung), aber auch Aragonit, Dolomit, Ankerit, Strontianit, Cölestin, Siderit, Pyrit, Baryt oder Quarz ab. Seltene organische Minerale wie Whewellit sowie Kerogene (Bitumen) komplettieren die Paragenese.
Einige der Millionen Septarien sind mineralisiert, manchmal mit außergewöhnlichen Kristallen ausgestattet. Dies trifft besonders auf bestimmte Gebiete des Jura zu, welche sich durch ihren Septarienreichtum ausweisen. Als "Mirabeau"-Diamanten werden die berühmten farblosen, hochglänzenden Quarze in Septarien bezeichnet, welche im Großraum der Departements Drome (Region Dauphiné), Alpes-de-Haut-Provence und Hautes Alpes gefunden werden.
Die wohl bekanntesten "Diamanten" kamen aus der Gegend von Rémuzat, von Orpierre und Die (Drome), von Ribiers und Lazer (Hautes Alpes) sowie von Mirabeau (Alpes-de-Haute-Provence).
Die schönsten und reinsten Kristalle stammen zweifelsfrei von Rémuzat; besonders begehrte Stufen waren Paragenesen von Quarzkristallen mit Ammoniten, welche mit schwarzem Calcit bedeckt sind, assoziiert mit Dolomit oder Ankerit. Diese Kristalle erreichen Größen bis vier cm und treten in unterschiedlichen Kristallformen auf: als alpinotype Quarze, als Zwillinge, als Doppelender, Fenster- und Szepterquarze, Kathedralenquarz, mit Phantomen, Sternen, als Citrin, Rauchquarz u.a.. Einige der Kristalle haben gasförmige oder flüssige Einschlüsse von Wasser oder Kohlenwasserstoffen.
Feuerstein, auch Hornstein, Flint (englisch) oder Silex (lateinisch, französisch) – je nach geologischem Alter und Herkunft – ist ein Kieselgestein mit der gleichen chemischen Formel wie Opal SiO2 · n H2O. Feuerstein besteht neben Opal aus Mogánit, Chalcedon (Achat), hinzu kommen Spurenelemente, die ihm zum Teil besondere Farben verleihen. Die Übergänge zwischen den Kieselgesteinen sind fließend: So findet man da, wo der Feuerstein anstehend vorkommt, weißgerindete Exemplare mit einer Rinde aus Opal und optisch gut erkennbaren Gängen aus Chalzedon (Achat).
Von Feuerstein spricht man, wenn dieser Silizit aus der Kreide (Unter- wie Oberkreide) stammt; wenn der Silizit aus den Kreidemineral des Jura oder Trias stammt, spricht man vom Hornstein. Ein heute ebenfalls etablierter Oberbegriff für Kieselgesteine des Feuer- und Hornsteintyps ist der englische Begriff Chert. Der Name Feuerstein verweist auf seine Bedeutung zur Erzeugung von Feuer.
Als authigen werden in der Petrographie Komponenten eines Gesteins, in der Regel Mineralkörner oder -aggregate bzw. das entsprechende Mineral, bezeichnet, die an Ort und Stelle entstanden sind. Das Gegenteil von authigen ist allothigen. Beide Bezeichnungen wurden im Jahre 1880 vom deutschen Geologen Ernst Kalkowsky in die Fachliteratur eingeführt
Als authigene Quarze bezeichnet man Quarze, die während der Verfestigung von salinar beeinflussten Sedimenten (Diagenese) entstanden sind. Daher findet man sie meist eingeschlossen in Anhydrit, Gips, Kalk, oder Mergel. Die Bildungstemperatur liegt dabei recht tief, zwischen Normaltemperatur (Umgebungstemperatur) und 200°C. Ausgebildet sind diese Quarze meist als Doppelender, aber auch als Aggregate, wobei sie meist nur wenige cm groß werden. Die Farben können sehr unterschiedlich ausfallen; von weiß bis morionartig schwarz (durch Einschluss von Bitumen) bis hin zu rot oder gelb.
Quarz ist in vielen metamorphen Gesteinen enthalten (z. B. in Schiefer und Gneisen) und wird über zahllose Mineralreaktionen während der Gesteinsmetamorphose abgebaut oder gebildet. So markiert zum Beispiel die quarzproduzierende Reaktion von Chloritoid und Alumosilikat zu Staurolith und Quarz die Grenze zwischen Grünschieferfazies und Amphibolithfazies bei Metapeliten.
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