Von Sigmund KORITNIG, Göttingen
Etwa 15 km nw von Göttingen befindet sich das Basaltvorkommen der Bramburg bei Adelebsen. Es besteht aus einer etwa 100 m mächtigen, schüsseiförmigen Basaltplatte (MURAWSKI 1951, 1956), die fast in ihrer ganzen Mächtigkeit durch einen großen Stein-bruchbetrieb aufgeschlossen ist. Die Basaltdecke wird von tertiären Sanden unterlagert, unter denen mesozoische und paläozoische sandig-tonige und carbonatische Sedimente liegen.
Dieses Basaltvorkommen hat sich in den letzten Jahren zu einer äußerst interessanten Mineralfundstelle entwickelt. Schon früher war der Basalt durch sekundäre Mineralbildun-gen bekannt geworden (KORITNIG 1964, 1968). Dazu kamen vor weniMineralbildun-gen Jahren noch neue, z. T. in der Welt nur an wenigen Fundorten auftretende Minerale (KORITNIG 1972).
Ein Teil dieser Minerale kann auch heute noch gefunden werden. Freilich handelt es sich dabei in den meisten Fällen um „Lupen-Stücke", und der Besuch des Steinbruchs ist nur nach Genehmigung der Betriebsleitung erlaubt!
Ich möchte hier die dort gefundenen Mineralgesellschaften im Rahmen ihrer Genese anordnen, weil wir dadurch gleichzeitig auch einen Einblick in die verschiedenen Vorgänge solcher Mineralbildungen erhalten.
Die primären Minerale des Alkali-Olivin-Basalts (Olivin, Pyroxen, Plagioklas) der Bramburg sollen hier nicht besprochen werden. Näheres dazu findet sich in WEDEPOHL, d. H. S. 156. Außer dieser normalen, den Basalt aufbauenden Gesellschaft, haben wir dort verschiedene Bildungskreise, die sich jeweils in einer gesonderten Mineralparagenese manifestieren. Wir wollen sie hier in der Reihenfolge der abnehmenden BildungsTemperatur -beginnend von der noch flüssigen Basaltschmelze, bis hinab zu den Verwitterungsbildungen bei normalen Tagestemperaturen - besprechen. Die angegebenen Temperaturen sind jedoch nur als rohe Abschätzungen zu verstehen.
Paragenese I
Die flüssige Basaltschmelze mit Temperaturen von etwa 1100ÜC hat beim Aufdringen aus der Tiefe verschiedene Gesteinsbruchstücke der durchschlagenen Schichten mitgenom-men (vgl. SCHWARZMANN 1957). Von diesen interessieren uns besonders die Quarzite, weil sie später Anlaß zur Bildung einer eigenen Mineralparagenese geworden sind.
Durch diese Schmelze erlitten die Quarzit-Brocken eine P y r o m e t a m o r p h o s e . Diese Quarzite, die praktisch aus 100% Si02 bestehen, reagierten mit der Basaltschmelze und bildeten darum herum einen Reaktionssaum von etwa senkrecht auf der Quarzitober-fläche stehenden Pyroxen-Nadeln. Er ist als dunkler Saum an der Quarzit/Basalt-Grenze bzw. an den umgewandelten Quarziten gut zu sehen (vgl. Abb. 5).
*) Wesentlich erweiterte Fassung aus dem Sonderheft 17 zum Aufschluß 1968.
Anschrift des Verfassers: Prof. Dr. S. KORITNIG, Mineralog.-Petrolog. Institut der Univ., Gold-schmidtstr. 1, D-3400 Göttingen.
S. K O R I T N I G : Die sekundäre Mineralbildung im Basalt der Bramburg 169 Paragenese II
Basaltschmelzen, die im Erdmantel entstehen (vgl. WEDEPOHL d. H. S. 156), sind normalerweise trocken und enthalten nur spurenweise Wasser. Unser Basalt hat beim Auf-steigen der Basaltschmelze aus den durchörterten sedimentären Gesteinen, deren wasser-haltigen Tonmineralen und ihrer Bergfeuchtigkeit, sowie in den obersten Teilen sicher auch aus dem Grundwasser Wasser aufgenommen. Dieses Wasser hat sich in Form von Blasen in der Schmelze angesammelt (KORITNIG 1964,1968). Es war die Ursache für die Mineral-bildungen der Paragenese II.
Dieses Wasser hat örtlich um die Blase zu einer abweichenden Ausbildung des Basaltgesteins selbst geführt. Die Schmelze ist dadurch um solche „Wasserblasen" etwas dünnflüssiger geworden, und es konnten sich deshalb größere Kristalle, als wie sie sonst den Basalt aufbauen, bilden. Gleichzeitig konnte deshalb auch eine etwas andere Mineral-zusammensetzung entstehen.
Dieses Gestein besteht etwa zur Hälfte aus einem Natrium-reichen (Or40Ab60) mono-klinen Alkalifeldspat, K a l i m o n a l b i t genannt, dann aus violettstichigem „ T i t a n a u g i t " , dünnen pigeonitisch-diopsidischen Pyroxenen, langen Apatitnadeln, etwas rotbraunem B i o t i t , dünnen Ilmenit-Skeletten und etwas M a g n e t i t (vgl. Abb. 1, 2).
Die Bildung dieses Gesteins fand etwa zwischen 850-800 °C statt, als der übrige Basalt gerade schon verfestigt war. Bei der weiteren Abkühlung haben sich erst bei sehr viel tieferen Temperaturen, beginnend etwa ab unterhalb 370 °C, jene Minerale gebildet, die uns als sekun-däre Mineralbildung dort so besonders interessieren. Es sind alles hydrothermale, also aus heißen wässerigen Lösungen entstandene, Abscheidungen. Wir können dabei zwei ver-schiedene Paragenesen unterscheiden: Die eine bei etwas höheren, die andere bei etwas niederen Temperaturen gebildet. Zum Schluß überschneiden sich dann beide Paragenesen.
Paragenese III
Im Hohlraum der Blasen, um die sich das helle Gestein der Paragenese II gebildet hat, entstand eine ausgesprochen hydrothermale Mineralgesellschaft. Die zum Blasenraum offenen Zwickel des pegmatoiden Gesteins, insbesondere zwischen dem Kalimonalbit, wer-den von P h i l l i p s i t KCaAl3Si501 6 • 6 H20 ausgefüllt, der z. T. mit Kristallflächen in den Hohlraum hineinragt (vgl. Abb. 1 u. 4). Darauf folgt in der eigentlichen Blase eine Zeolith-Auskleidung, die zuunterst immer aus G o n n a r d i t (Ca, Na)3 [(AI, Si)5O10]2 • 6 H20 und
Abb. 1. Blase im Basalt. Ausklei-dung: weiß = Phillipsit, grau = Thomsonit, zwischen beiden, am Bild nicht sichtbar, Gonnardit. Zwi-schen Blase und normalem Basalt (rechts, dunkel) die helle, grobkör-nige Zone. Länge des weißen Recht-ecks 1 cm.
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Abb. 2. Dünnschliff, ein Pol. Schnitt durch Gesteins-stück der Abb. 1. Rechts unten normaler Basalt (dunkel), nach links anschließend grobkörniges pegmatoides Ge-stein. Links oben Zeolith-Auskleidung der Blase, zu-unterst Gonnardit, darüber Thomsonit; vgl. auch Abb.
4. Lange Bildkante 1 cm.
darüber a u s T h o m s o n i t NaCa2 [Al2 (AI, Si) Si201(l]2 • 6 H20 , dieser oft als feinster wolliger Filz ausgebildet, besteht. Außer diesen Zeolithen wurde gelegentlich auch noch C h a b a s i t (Ca, Na2) [Al2Si4Oi2] • 6 H20 beobachtet. Zwischen der Zeolith-Hülle in der Blase und der grobkörnigeren Gesteinszone befinden sich stellenweise sulfidische Erze. Es ist im wesentlichen K u p f e r k i e s , der z. T. merkwürdige myrmekitartige Verwachsungen mit M a g n e -t i -t aufweis-t und daneben im Kupferkies noch P e n -t l a n d i -t , der randlich z.T. in B r a v o i -t umgewandelt ist.
Bei manchen Blasen ist der auf die Zeolithhülle folgende Raum vollkommen leer, bei anderen aber mit einem blaß-bläulichgrünen fettig anzufühlenden Mineral, dem S a p o n i t (Mg, Fe)3 [(OH)2Al,v,3Si3 67O10] • [Na0 3 3(H2O)4] ausgefüllt (vgl. Abb. 3). Diese Blasen sind oft von einer einen cm und mehr betragenden Aureole vergrünten Basalts umgeben. In dieser vergrünten Zone sind vor allem die Olivine durch ein eisenhaltiges M o n t m o r i n m i n e r a l
Abb. 3. Blase im Basalt. Weiß: Zeolith-Aus-kleidung, innen mit Saponit (grau) ausge-füllt. Länge des weißen Rechtecks 1 cm.
S. KORITNIG: Die sekundäre Mineralbildung im Basalt der Braraburg 171 Abb. 4. Schema der Mineralabfolge in den Blasen. Unten
grobkörniges Gestein, darüber Blasenausfüllung. Natrolith Thaumasil
Saponil Calci!
Thomsonit Gonnardit Kupferkies Philtipsit K-Monalbit Pyroxen llmenit
pseudomorphosiert. Die Feldspäte sind ebenfalls ziemlieh stark zersetzt, und an ihrer Stelle ist fast farbloser Saponit abgelagert worden, wogegen die Pyroxene daneben vollkommen frisch und unverändert geblieben sind.
Ein feiner Nadel-Rasen von N a t r o l i t h Na2 [Al2Si3O]0] • 2 H20 , der in manchen Blasen gefunden wird, ist dort meist mit Saponit vergesellschaftet und jünger als dieser, desgleichen eine einzelne, einmalig auf der obersten Steinbruchsohle aufgefundene, etwa 8 cm Durchmesser aufweisende Knolle von dem seltenen Mineral T h a u m a s i t Ca3H2
[C03|S04|SiOJ • 13 H20 , die hierher gehören könnte. Auch A p o p h y l l i t KCa4[F(Si4O10)2] • 8 H20 , der manches Mal in bis etwa 1 cm großen Kristallen gefunden wird, ist jünger als der Saponit.
Die hier in den Blasen geschilderte Mineralparagenese (vgl. Abfolgeschema Abb. 4) findet sich z. T. auch noch in einem feinen Kluftnetz, das den Basalt durchzieht. Auf den Kluftflächen, die die Säulen bilden, findet man meist etwas abgeänderte Paragenesen. Dort trifft man neben dem nun seltener gewordenen Gonnardit sehr viel häufiger Thomsonit, vor allem aber, neu hinzugekommen, K a s c h o l o n g o p a l und mehrere Generationen von Calcit-Skalenoedern. Diese gehen von den älteren Generationen in dunkler, rotbrauner Farbe über in jüngere rosa-artig gefärbte bis zu farblosen Kristallen. Diese Abfolge kann oft auch an einzelnen zonar gebauten Kristallen beobachtet werden. Weiter tritt hier häufig noch Saponit und Natrolith zusammen auf. In allerjüngster Zeit wurden auf solchen Kluft-flächen auch sehr kleine Gyrolith-Kriställchen (vgl. Parag. IV) gefunden (frdl. Mitt. von G. SCHNORRER).
Im Basalt, zu beiden Seiten des Kluftnetzes, finden wir, besonders in den Ecken, wo sich solche Klüfte kreuzen, an den Olivinen und Plagioklasen die gleichen Umsetzungs-erscheinungen, wie wir sie aus den vergrünten Zonen um die Blasen her kennen. Die durch-strömenden heißen Wässer haben diese Veränderungen verursacht.
Wenn wir die chemischen Formeln aller dieser Minerale betrachten, so sehen wir, daß die überwiegende Zahl Ca-Na-Al-Silikate sind. Nur beim frühen Phillipsit kommt noch K hinzu und beim Apophyllit zum K noch Fluor.
Paragenese IV
In dieser ebenfalls hydrothermalen Lösungen zuzuschreibenden Mineral-Paragenese, die im Durchschnitt bei etwas tieferen Temperaturen entstanden ist, haben wir es in der Hauptmenge, im Gegensatz zu oben, mit AI-freien, reinen Ca-Silikaten zu tun. Als Ausnahme haben wir hier nur den seltenen Tacharanit zu nennen, der noch AI in der Formel hat, und
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Abb. 5. Querschnitt durch einen ehemaligen Quarzit-Einschluß, der fast vollkommen in Gyrolith, Oke-nit, Apophyllit und Calcit umge-wandelt ist. Grauschwarz mit Pfeil Quarz-Reste. Dunkle Adern beson-ders Apophyllit-reich. Unten an der Basaltgrenze unveränderter Py-roxenreaktionssaum aus der Pyro-metamorphose (Paragenese I).
wieder den Apophyllit, der zusätzlich K und F enthält. Wahrscheinlich liegt bei einem Teil der Minerale eine Überschneidung beider Paragenesen (III und IV) vor. Wir sehen daraus, daß die hydrothermalen Lösungen sich inzwischen geändert haben müssen. Außerdem, während sich bei Paragenese III die einzelnen Minerale aus diesen Lösungen direkt ausge-schieden haben, fand bei der Paragenese IV großteils eine Reaktion dieser Lösung mit den praktisch nur aus Si02 bestehenden Quarzitbrocken statt. Ca-reiche Lösungen haben sie auf metasomatischem Wege in sog. CSH-Minerale1) umgewandelt. Diesen Umwandlungs-prozeß kann man an verschiedenen Stücken in allen Stadien (KORITNIG 1972) beobachten.
Als CSH-Neubildungen wurden dabei G y r o l i t h Ca2[Si4O10] • 4 H202) in Hohl-räumen z. T. auch in bis fast 6 mm messenden Kristallpaketen auftretend, O k e n i t , Ca3[Si306(OH)3]2 • 3 H20 und T a c h a r a n i t3) Ca1 2Al2H6[Si309] • 15 H20 als Bestandteil der kreidigen bis opalartigen Einschlüsse gefunden. Andere CSH-Minerale waren nicht nachweisbar. Der von dort bereits beschriebene und bisher nur ein einziges Mal gefundene
J) In der Zement-Chemie übliche Abkürzung für C = CaO, S = Si02 und H = H20 (EITEL, 1966).
2) Die chemischen Formeln für Gyrolith und Okenit werden in der Literatur mit verschiedenem C: S: H-Verhältnis angegeben. STRUNZ (1970) gibt für beide CS2H2 an, während andere (vgl. z. B. EITEL 1966) C2S3H2 bzw. CS2H2 angeben.
3) Am Material des Tacharanit der Bramburg wurde von CLIFF et al. (1975) die chemische Zusammen-setzung und seine Selbständigkeit bestimmt.
S. K O R I T N I G : Die sekundäre Mineralbildung im Basalt der Bramburg 173 Abb. 6. Anschnitt eines
Einschlus-ses, im wesentlichen aus Gyrolith und wenig Okenit bestehend (große graue Partie im Bild) mit dunklem Adernetzwerk von Apophyllit. Oben rechts weiße Kruste aus Tacharanit mit wenig Gyrolith. Schwarz Basalt.
T h a u m a s i t (KORITNIG 1964), der noch zusätzlich C 02 und S 04 in der Formel enthält, könnte vielleicht statt zu Paragenese II auch hierher gehören.
Die weißen dichten Einschlüsse, oft deutlich aus helleren (kreideweißen) und etwas dunkleren (gräulichen oder gelblichen) Teilen bestehend (vgl. z. B. Abb. 6), enthalten z. T.
noch makroskopisch sichtbare fettig glänzende Quarz-Körner-Reste (vgl. Abb. 5). Beson-ders gelbliche, opalartig aussehende Partien können Trockenrisse aufweisen. Die Ritzhärte der Einschlüsse beträgt etwa 3 bis 4. Manche Einschlüsse enthalten auch Hohlräume, die von Kristallen ausgekleidet sind.
Im Dünnschliff erweisen sich alle diese Einschlüsse aus einem Gewirr von Fasern und Faserbüscheln aufgebaut, deren Hauptkomponenten Gyrolith und Okenit sind. Kreide-weiße Anteile, wie in Abb. 6, bestehen oft aus Tacharanit. Dies ist jedoch nicht immer so!
Eine sichere Unterscheidung ist nur röntgenographisch möglich! Meist sind diese Minerale oft in beträchtlichen Mengen mit A p o p h y l l i t vergesellschaftet.
In Hohlräumen, verbunden mit solchen umgewandelten Quarziten, haben sich sekun-däre Drusen von tafeligen Apophyllit-Kristallen und selten von sechsseitigen Gyrolith-Kristall-Paketen (vgl. Abb. 7) gebildet. In jüngster Zeit wurden auch ganz glasklare 2-3 mm messende Gyrolith-Täfelchen, einmal auch auf einer Kluftfläche, gefunden (frdl. Mitteilung von G. SCHNORRER).
Wie sind diese Minerale nun entstanden: Heiße alkalische wässerige Lösungen, vor allem mit Calcium, etwas Kalium und Fluor (gelegentlich auch Na, etwas AI und Mg) müssen unter Bildung von Apophyllit und CSH-Gel mit dem Quarz reagiert haben, wobei gleich-zeitig ein Großteil der Kieselsäure der Quarzite weggeführt wurde. Das gebildete CSH-Gel ist nachher zu Gyrolith, Okenit oder Tacharanit umkristallisiert, wobei z. T. ein Rest von amorpher Substanz (CSH-Gel) übrigblieb. Dieser Vorgang hat in vieler Hinsicht manche Parallelen zu den Beobachtungen von NEUHAUS & GEBHARDT (1969) bei der CSH-Phasenbildung in wasserdampfgehärteten Kalksandsteinen, bei denen diese Minerale das
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Abb. 7. Gyrolith-Kristallpakete auf weißer Gyrolith 4- Tacharanit-Un-terlage. Darunter grau Gemenge aus Gyrolith + Okenit + Apophyllit.
Bindemittel darstellen. Zu diesem Bild paßt auch, daß dort, wo Calcit vorhanden ist, dieser gerne als Hülle um Quarz- (bzw. auch Apophyllit-) Körner auftritt. Die in Hohlräumen gebildeten Apophyllit- und Gyrolith-Kristalle dürften auf eine Umlagerung in einer späten Phase zurückzuführen sein.
wegen der technischen Bedeutung dieser Minerale ausgeführt wurden, weiß man, daß die Minerale Gyrolith und Okenit etwa in einem Temperaturbereich zwischen 140-250 °C unter hydrothermalen Bedingungen sich bilden. [Wegen der umfangreichen Literatur dazu sei auf KORITNIG (1972) verwiesen.]
Interessant ist, die Umsatzmengen bei dieser Metasomatose zu betrachten. Bei der Umwandlung des Quarz, z. B. zu Gyrolith, müssen rund 44 Gew.-% Si02 des Quarzits abgeführt und dafür rund 27 Gew.-% CaO und 17 Gew.-% H20 zugeführt werden. Die Dichte von Quarz beträgt 2,65 und die von Gyrolith etwa 2,40. Das Volumen des aus dem Quarz gebildeten Gyrolith ist daher rund 10 Vol.-% größer als das Volumen des dem Ge-wichtsverhältnis entsprechend wegzuführenden Quarzes, trotzdem gibt es viele Stücke, in denen sich zusätzlich noch Hohlräume gebildet haben und bei denen man z. T. den Eindruck hat, daß die Reaktionen gelegentlich sogar recht heftig abgelaufen sein müssen.
Nach den Volumsbeziehungen und der chemischen Ausgangs- und Endzusammen-setzung müssen beträchtliche Stoffmengen zu- und abgeführt worden sein. Deutliche Zu-fuhr-Kanäle sind nicht zu beobachten, trotzdem besteht kein Zweifel, daß dieser Lösungs-umsatz stattgefunden hat. Die Lösungen scheinen dabei die Basalt-Minerale selbst, wie die Umgebung der Einschlüsse zeigt - außer höchstens Olivine - nicht angegriffen zu haben, denn der aus der reinen Pyrometamorphose stammende Pyroxensaum, wie auch die unmit-telbar angrenzenden Feldspäte, zeigen nicht die geringsten Korrosionserscheinungen.
Das Vorkommen der CSH-Minerale ist dort insofern ungewöhnlich und bemerkens-wert, als solche bisher nur als hydrothermale Blasen-Füllungen in Basalten beschrieben
S. KORITNIG: Die sekundäre Mineralbildung im Basalt der Bramburg 175 Abb. 8. Schematische Karte des Basaltvorkommens der
Bramburg mit eingetragener Lage der hydrothermalen Mineralvorkommen nach SCHNORRER (unveröffent-licht). Legende: Bereich mit Phillipsit, Thomsonit, Natrolith und Tacharanit; Bereich mit Apophyllit, Natrolith; Bereich mit Natrolith, Chabasit;
~ ~ ~ Halloysit-Gang. Einzelfunde: volle Quadrate Gyrolith; offene Quadrate Okenit; offene Kreise Kupfer-kies + Magnetit; volle Kreise Calcit; x einmaliger Fund von Thaumasit.
worden sind (vgl. z. B. SWEET 1961; u. a.), jedoch niemals als metasomatische Umwand-lungsprodukte von Quarziten oder ähnlichen Gesteinen.
Paragenese V (Verwitterungsbildungen)
Außer Calcit und Goethit werden von BOLTER (1961) zu den Verwitterungsbildungen auch die Zersetzungsprodukte (Mg- und Fe-reiche Montmorin-Minerale, Kaolinit-Minerale) des Basaltes am Kontakt zum tertiären Nebengestein gerechnet. Ein Teil davon ist jedoch sicher besser zu den hydrothermalen Mineralen zu stellen, da diese Zersetzung durch die Ein-wirkung des vom Basalt erhitzten Grundwassers - ähnlich wie die Nontronit-Bildung am Hohen Hagen - entstanden ist.
Durch die Bezirksgruppe Göttingen (Leiter G. SCHNORRER) wird seit einigen Jahren das örtliche Auftreten der einzelnen sekundären Minerale registriert und auf einer Karte eingetragen. Abb. 8 zeigt schematisch diese Eintragungen. Es zeigt sich schon jetzt, daß die einzelnen Paragenesen nicht statistisch über das Vorkommen verteilt sind, sondern gewisse Zonen für einzelne Minerale bevorzugt sind. Eine Weiterverfolgung dieser Vertei-lung kann neue Aspekte für die Genese beibringen.
Alphabetische Liste der hydrothermalen Minerale der Bramburg
Analcim Gonnardit Montmorin Phakolith Apatit Gyrolith Natrolith (Chabasit-Tracht) Apophyllit Halloysit Nontronit Saponit Bravoit Kascholong Okenit Tacharanit Calcit Kupferkies Pentlandit Thaumasit Chabasit Magnetit Phillipsit Thomsonit
176 S. KORITNIG: Die sekundäre Mineralbildung im Basalt der Bramburg
BOLTER, E. (1961)'. Über Zersetzungsprodukte von Olivin-Feldspatbasalten. - Beitr. z. Miner. u. Petr., 8,111-140.
CLIFF, G., G A R D , J. A., LORIMER, G. W. & TAYLOR, H. F. W. (1975): Tacharanite. - Mineral.
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EITEL, W. (1966): Hydrothermal Silicate Systems, Silicate science. Vol. IV. New York and London:
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KORITNIG, S. (1964): Pseudodifferentiation eines basaltischen Magmas durch sekundäre Wasserauf-nahme. - Beitr. Mineral. Petrogr., 10, 50-59.
KORITNIG, S. (1968): Die sekundären Mineralbildungen im Basalt der Bramburg bei Adelebsen. -Sonderheft 17 Der Aufschluß, Heidelberg, 131-134.
KORITNIG, S. (1972): Gyrolith, Okenit und Tacharanit als metasomatische Reaktionsprodukte aus dem Basaltvorkommen der Bramburg bei Göttingen, Deutschland. - Contr. Mineral, and Petrol, 35,293-301.
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STRUNZ, H. (1970): Mineralogische Tabellen, 5. Aufl. Leipzig: Akadem. Verl. Ges. Geest & Portig SWEET, J. M. (1961): With analyses by BOTHWELL, D. I. and X-ray determination by WILLIAMS,
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