. Exkursionsbericht Odenwald.......... 18. Juni 2005 Betreuer: Prof. Dr. Brey Andreas G. Neuhauser
Die Entstehung des Odenwalds Die Geologie Der kristalline Odenwald ist ein Mittelgebirge, welches in Deutschland in den Bundesländern Hessen, Baden-Württemberg und Bayern liegt und aus metamorphem Gestein besteht. Uranfänge der Entwicklung bereits vor mehr als 570 Millionen Jahren, bei der sich durch Metamorphose und Aufschmelzung Gneise, Granitoide und Migmatide bildeten. Vor ungefähr 520 bis 320 Millionen Jahren entstand durch Intrusionen und Sedimentationen Grauwacke, Pelit, Quarzite, Kalke, Gabbro, Diorit, Granit, Gneis und Marmor. Der heutige Odenwald entwickelte sich vor etwa 300 Millionen Jahren im Devon und gehört mit seinen vielen Mittelgebirgen zum variszischen Gebirge. Ursache für dieses Entstehen war die Kollision der Kontinente Ur-Europa und Ur-Afrika. Vor etwa 200 Millionen Jahren, im Trias, senkte sich diese Region ab. Dabei entstand das so genannte Germanische Becken mit rotem Buntsandstein, Muschelkalk, Tone, Quarzporphyre und Keuper. Später hob sich dann wieder der Odenwald. Dabei wurden Sedimentschichten bis auf das Grundgebirge abgetragen. Im östlichen Odenwald ist nur der rote Buntsandstein übrig geblieben und teilweise Muschelkalk. Vor etwa 60 bis 50 Millionen Jahren hatten sich entlang der Störungszone Vulkane gebildet, die wiederum zur Basaltbildung führten. Zur selben Zeit begann die mitteleuropäische Platte aufzureißen, Chronologisches Übersichtsprofil Odenwald wodurch der Rheintalgraben im Norden einbrach und sich in Richtung Süden bewegte (die Hessische Senke entstand). Dieser Vorgang ist der Grund der heutigen Existenz dieses Gebietes. Die Lage Der Odenwald liegt zwischen Oberreihnischen Tiefebene, im Westen, und dem Main, im Osten. An dessen Mitteldeutschen Kristallschwelle befindet sich das breite Gebiet Saxo-Thuringikum. Ebenso grenzt das Rheinische Schiefergebirge 2
(Ozeanboden wurde subduziert) an und besteht aus Tonschiefer und Basalte. Der Odenwald ist von Kristallinen Regionen Umgeben, wie dem Taunus, Spessart und Fichtelgebirge. Es existiert eine Zweiteilung: Bergsträsser und Böllsteiner Odenwald. Der Böllsteiner Odenwald ist ca. 570 Millionen Jahre alt. Schematische Übersichtskarte http://www.geo-naturpark.de West-Ost-Profil http://www.geo-naturpark.de 3
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Die Stationen der Exkursion Übersicht der Planung 1. Aufschluß: Frankenstein Seite 5 2. Aufschluß: Steinbruch bei Roßberg Seite 7 3. Aufschluß: Steinbruch Wannberg Seite 9 4. Aufschluß: Hohenstein Seite 11 5. Aufschluß: Felsenmeer Seite 13 1. Aufschluß: Frankenstein Anfahrt: Abfahrt von Frankfurt am Main, Dantestraße in Bockenheim; auf die A5 Anschlussstelle Pfungstadt Eberstadt Weiterfahrt auf der B426 (Mühltalstr.) Auffahrt zum Frankenstein Parkmöglichkeit: Naturpark Bergstraße Odenwald Parkplatz Burg Frankenstein Gefundene Gesteine/Mineralien auf dem Weg zur Burg Frankenstein: Gabbro: Ein fein- bis grobkörniges magmatisches Tiefengestein. Es besteht aus einem großen Anteil dunkler Minerale [Pyroxen (ca. 50%; Spaltbarkeit 90 ), Olivin (bis zu 4%)], welche zu einer blaugrünen Färbung führten, und heller Minerale [Plagioklas (ca. 50%; verwittert milchig weiß; {Epidot (färbt grün), Chlorid}), Feldspaten]. Der Kalifeldspat ist mit Quarz versetzt, dies ist erkennbar an dem Fettglanz der Kristalle und Aplitgänge. Es sind Reste aus dem Untergrund. Gabbro geht mit abnehmendem Mineralanteil in Peridodit über (Hauptbestandteil des Erdmantels). Er hat sich durch Abkühlung des basaltischen Magmas in einer Tiefe von mehr als 5 km Intrusivgestein: Gabbro gebildet, dabei entstehen auch Plutonite. Er findet auch als Baustoff Verwendung. Weiterwanderung zurück in Richtung Wald zur Felsing-Hütte. Von dort aus den Pfad L zum Magnetsteinhügel. Rund 600 Meter südlich von der Burg Frankenstein. Gabbro mit Epidot 5
Der Magnetstein besitzt die Eigenschaft die Kompassnadel zu irritieren und diese auf sich zu lenken. Die Magnetisierung dieser Gesteinsformation, welche aus Gabbro, Plagioklas, Anorthit, Pyroxen und eventuell aus Glimmer besteht, soll durch äußere Einflüsse, wie Blitzeinschläge, verursacht worden sein. Diese Gesteinsformation ist relativ leicht. Magnetfelsgestein An einem frischen Bruch kann man glänzend glatte Flächen entdecken, denn darin ist Serpentin verwachsen. Diese Kristalle sind Orthopyroxene (ca. 10%), welche ursprünglich Olivin war. Ab 700 C alterniert Olivin zu Serpentin und Magnetit. Die Konzentration des Eisens ist in diesem Fall sehr hoch. Das Alter wird auf etwa mehr als 320 350 Millionen Jahre datiert und das Magnetfeld ist verkippt (eingefroren). Magnetit bildet sich unter 763 C und das Magnetfeld wird ebenfalls eingefroren. Serpentinit: Ist ein wasserhaltiges Magnesiumsilikat und ein monoklines Mineral, welches keine Kristalle ausbildet, sondern zwei Aggregate (Blätterserpentin [Antigorit] und Faserserpentin [Christotil]). Sie sind hell- und dunkelgrün gefärbt. Serpentinit wird aus Serpentin gebildet, und es füllt Klüfte und Gänge aus. Bei diesem Gestein spricht man auch von Serpentinisierung, d. h. es tritt als Umwandlungsprodukt bei der Zersetzung anderer Magnesiumsilikate auf, z. B. bei Olivin, Pyroxene, Amphibolen. 6
2. Aufschluß: Steinbruch bei Roßdorf Weiterfahrt: zurück zur B 426 über Nieder-Ramstadt und Ober-Ramstadt nach Roßdorf Ortsmitte hinter der Kirche rechts am Ortsausgang recht zum Roßberg Steinbruch bei Roßdorf Parkmöglichkeit: vor dem Steinbruch am Feldrand. Besucher müssen sich zuvor im Büro anmelden. Der Steinbruch ist ein alter Vulkan, dessen Schlotwände heute noch erhalten sind. Der Rest ist durch Sedimentation abgetragen worden. Das Alter des Vulkans ist etwa 50 Millionen Jahre. Die Bewegung des Rheingrabens fand erst vor 30 Millionen Jahren statt. Im Steinbruch sind deutlich Basaltsäulen zu erkennen. Sie entstehen durch Abkühlung der Magma. Steinbruch bei Roßbach Basalt: Es ist ein vulkanisches Gestein dessen Farbe schwarz ist. Es ist eine Mischung aus Eisen- und Magnesiumsilikaten, Magnetit, Ilmenit, Apatit, Biotit, Olivin, Pyroxenen, und calciumreichen Feldspäten, wie dem Plagioklas. Senkrecht zur Abkühlungsfläche bilden sich meterlange Besaltsäulen aus der erkalteten Lava, die eine polyedrische Form ausbilden. Die dabei optimale Struktur sind sechseckige Säulen, selten treten auch 5- und 7-eckige auf. Sechseckig, weil dies die beste Struktur ist um stabil zu sein und die geringste Energie zur Entstehung benötigt. Das Volumen von Gesteinen ist somit kleiner als vor der Schmelze. Das Verhältnis Umriss zur Fläche ist unter allen geometrischen Figuren am geringsten. Basaltsäulen Basaltsäulen (verschiedene Ansichten) 7
Olivin-Nephelinit: Der Olivin ist ein Mischkristall, welcher zum wesentlichen Teil aus Eisen und Magnesium besteht. Er ist somit ein Silikat-Mineral, das eine grünliche Färbung besitzt. Olivine sind die häufigsten Silikate und gesteinsbildende Minerale. Sie bilden den Hauptbestandteil des Erdmantels. Xenolyte liegen etwa in 30 bis 70 km Tiefe. Olivine in der Grundmasse verwittern und bilden gelbliche Einschlüsse im Gestein aus. In diesem Stadion sind sie völlig verwittert und weich, da sie zu einem Tonmineral umgewandelt sind. In den Gesteinen waren Einsprenglinge zu finden die Olivin- Nephelinit mit sich führten. Das Mineral Nephelin Klinopyroxen bildet sich bei starkem SiO 2 -Mangel. Nephelinit ist Olivin eines der SiO 2 ärmsten Gesteine. Daher ist auch kein Feldspat vorhanden, denn er wird durch den Nephelin vertreten. Dies ist der Unterschied zu einem Basalt, welcher Feldspat mit sich führt. Die typisch braune Färbung der Olivine entsteht durch Olivin-Nephelinit die Verwitterung. Sonnenbrenner: Der Basalt verkrustet unter Einfluss der Atmosphäre und bildet Flecken aus, die eine weißliche Farbe besitzen, denn (NaAlSiO 4 ) wird hydratisiert. Durch diesen Vorgang wird der Basalt rissig und bröckelig. Die Ursache für diesen Vorgang ist der im Gestein befindliche Nephelin und welcher sich dabei in Analzim umwandelt. Dabei tritt eine Volumenvergrößerung von etwa 5,5 % auf. Daher Sonnenbrenner tritt der Zerfallsprozess ein. Aus diesem Grund ist dieser Basalt nicht mehr für viele Zwecke in der Industrie verwendbar. 8
3. Aufschluß: Steinbruch Wannberg Weiterfahrt: Fahrt nach Osten Richtung Reinheim, B 38 nach Brensbach; von dort nach Böllstein, Südortsausgang Richtung Osten. Parkmöglichkeit: nur am Seitenweg möglich. Steinbruch Wannberg (erkennbare Richtung der Schichtung) Die Schichtungen in diesem Steinbruch sind etwa 280 bis 300 Millionen Jahre alt. Entstehung gegen Ende des Variscicum. Hier liegt der Böllsteiner Odenwald, welcher vor etwa 570 Millionen Jahre der Bergstresser Odenwald war. Der Steinbruch besitzt eine gewölbeartige Struktur, die als eine Kuppelklüftung durch das gesamte Böllsteiner Odenwaldgebiet verläuft, welche hier nur zu einem kleinen Ausschnitt zu sehen ist. ehemaliger Steinbruch Heute wird in diesem Steinbruch kein Gestein mehr abgebaut und ist stillgelegt worden. Es entstand ein ökologisches Seesystem. Gneis: Gneis - glänzender Kristalleinschluss -Quarz, Glimmer, 2 Feldspate(Kali u. Plagioklas) Er entsteht durch Metamorphose und ist somit ein Metamorphit mit hohem Umwandlungsgrad. Dieses Gestein besteht zu mehr als 20% aus Feldspat, Quarz, Glimmer, Geotit, Muscovit und wenig Biotit. Sie sind eher grobkörnig und grobschieferartig gelagert. Sie bilden primäre Sedimentgefüge. Man unterscheidet die verschiedenen Genesen, zwischen Orthogneis und Paragneis. Beim Paragneis, der zum großen Teil aus Aluminium, Eisen und Magnesium besteht, wird ursprüngliches Tongestein umgewandelt. 9
P 5 500 800 T Eutektikum/ 1. Schmelze liquidus T Wasser erniedrigt die Schmelztemperatur. Schmelzen bei etwa 650 C. Solidus für Granit. Im Eutektikum Kalifeldspatz + Quarz. solidus fest KFsP Q Migmatite Migmatite: Durch Temperaturschwankungen (partielles Schmelzen und erstarren) entstandenes metamorphes Gestein. Sie bestehen aus Paläosom, helle Teile (ehemalige Schmelzen) Leukosom und dunkle Teile (Melanosom). Sie entstehen bei Minimaltemperaturen von etwa 650 C. Die zum Teil darin erkennbaren schwarzen Lagen sind eingeschlossene Schmelzen. 10
4. Aufschluß: Hohenstein Weiterfahrt: nach Kirchbrombach Reichelsheim Lindenfels Gadernheim Reichenbach; Ortsmitte Richtung Osten zum Hohenstein. Parkmöglichkeit: Parkplatz Hohenstein (Felsberg) Kletterfelsen. Die Quarzitgänge sind etwa 30 Millionen Jahre alt und etwa 20 m mächtig. Ihre Streichrichtung ist NW-SE. Die Gesteine bestehen aus SiO 2. Die Gesteinsgänge wachsen aufeinander zu. Der Barytgang entsteht dadurch, dass Bariumsulfat durch SiO 2 ersetzt wird. Durch hyperthermale Temperaturen tritt die Pseudomorphose auf, bei der Baryt zu Quarz umtransferiert wird. Die Gesteine weisen eine Verzerrung auf und besitzen blättrige Strukturen in denen kleinere Kristalle eingeschlossen sind, wie z. B. Malachit, Kupferkies, Sulfid. Felsberg Hohenstein Der größte Quarzitgang in Deutschland ist der Pfahl im Bayrischen Wald und ist über 1 000 km lang. Quarzit: Es ist ein metamorphes Gestein, welches weißgrau ist und eine mittelkörnige Eigenschaft besitzt. Durch Verunreinigungen können auch andere Färbungen auftreten, z. B. braun oder rosa. Diese entstehen durch Anwesenheit von Baryt oder Migmatit. Quarzit entsteht durch Metamorphose von Sandstein. Durch hohe Temperaturen und Druck werden die Quarzkörner verformt. Beim Rekristallisieren bilden sie netzartige Strukturen. Quarz rosafarben Baryt: Baryt ist ein Salzbariumsuflat (BaSO 4 ). Wegen der hohen Dichte nennt man ihn auch Schwerspat. Die Mohs-Härte ist 3 3,5 und hat eine Dichte von 4,5 g/cm 3. Barytkristalle 11
P 1 Atm Kritischer Punkt von H 2 O T Eigenschaftsänderung löst SiO 2 flüssig fest gasförmig T Ausschnitt Felsberg Hohenstein Felsberg Hohenstein 12
5. Aufschluß: Felsenmeer Weiterfahrt: Reichenbach; nördlicher Ortsausgang Parkplatz Felsenmeer. Parkmöglichkeit: Parkplatz Felsenmeer. Felsenmeer mit seinen herumliegenden Gesteinen Die Entstehung des Felsenmeers: Es kam durch Subduktion zu Schmelzbildung innerhalb des Erdmantels. Diese Magmen stiegen in einem langandauernden Prozess auf und erkalteten in der Erdkruste. In einer Tiefe von etwa 15 km bildete sich Quarz-Diorit aus. Es besteht aus den Mineralen Quarz, Feldspat, Plagioklas, Biotit, Hornblende und Pyroxene. Der Quarz-Diorit entsteht bei einer Temperatur von etwa 550 C. Er kühlt über einen Zeitraum von mehreren Millionen Jahre ab und schrumpft dabei. Durch die Schrumpfung entstehen Risse und Klüftungen. Bis zum Tertiär wurde das Deckgebirge abgetragen und der Quarz-Diorit stieg bis zur Erdoberfläche auf. Der Bergsträsser Odenwald hob sich durch den Einbruch des Rheingrabens. Dadurch spalteten sich die Intrusivgesteine in blockartige Gebilde. Zu dieser Zeit herrschte ein Subtropisches Klima, welche eine starke Verwitterung verursachte der Kies und Tonmineral an den Gesteinen bildete. (Silizium wird bei einem ph-wert von 7 abgebaut.) Risse und Klüftungen Zur heutigen Gestalt kam das Felsenmeer im Odenwald mit seinen runden Gesteinsblöcken erst im Pleistozän. Vor etwa 12 000 Jahren war der Odenwald in der Eiszeit nicht von Eis bedeckt, aber dennoch herrschte ein frostiges Klima, das Wasser gefrieren und wieder schmelzen ließ. Durch diesen Vorgang wurden Tonminerale, Kiese und loses Gestein herausgeschwemmt. Ebenso gefror Wasser in den Klüften. In Folge dessen wurden die Felsblöcke auseinandergesprengt. Durch die Wassergänge wurden die Felsblöcke in Richtung Tal mitgerissen und bildeten somit das heute typische Aussehen. Das Felsenmeer erstreckt sich 700 Meter in der Länge und 100 bis 200 Meter in der Breite. 13
Riesensäule der Römer Der Altarstein Die Römer nutzten die Granitblöcke für ihre Bauzwecke etwa im 4. Jahrhundert n. Chr.. An einigen zurückgelassenen Objekten kann man noch Bearbeitungsspuren erkennen. Sie nutzen die Klüftungen und Risse in den Blöcken aus, die sie mit Keile zum Auseinanderbrechen brachten. Diorit: Ein Diorit ist ein dunkles bis schwarzes Gestein. Es besteht aus einer kristallig körnigen Masse, welche aus Plagioklas, Hornblende, Chlorit und Quarz bestehen kann. Ist Quarz darin enthalten spricht man von einem Quarzdiorit. Falls Hornblende durch Magnesium ersetzt wird, spricht man von Glimmerdiorit. Diorit bildet in Bergen meist stufenartige Gänge. Sie entstanden im Archaikum und dem Paläozoikum. Dunkle Diorite finden oft Anwendung in der Grabsteingestaltung oder auch im Straßenbau. Mineral bestehend aus helle Flächen: Quarz, Plagioklas, Feldspat, dunkle Flächen: Biotit, Pyroxene Quellenangabe Geologische Karten: http://www.mg-mineralien-fossilien.de http://www.rzuser.uni-heidelberg.de/~b52/lokgeol.htm http://www.geo-naturpark.de Allgemeine Informationen: http://de.wikipedia.org Mineralogie Okrusch, Matthes (7. Auflage) 14