Radiolarit

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Silurischer Lydit

Radiolaritist einbiogenesmarines(„aquagenes “)Sedimentgestein,das hauptsächlich aus mikrokristallinemQuarzbesteht. Es wird daher auch mit anderen extrem feinkörnigen Quarzgesteinen unter dem OberbegriffChertgeführt. Dunkle Radiolarite desPaläozoikumswerden auch alsLyditeoderKieselschieferbezeichnet, auch wenn sie oft nicht schiefrig ausgebildet sind.

Mineralogie, Petrographie

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Zwei Radiolarit-Handstücke aus demJurader slowakischenKarpaten

Radiolarite sind sehr feinkörnigebiogene,marineSedimentgesteinemit schichtweisem Aufbau. In ihnen wechseln sich Lagen mit klastischemGlimmer,gelegentlichenKarbonatanteilen,Radiolarien-Skelettmaterial und organischemPigmentab. Der Anteil vonTonmineralenist gering. Radiolarite können im Verbund mit Karbonatgesteinsschichten auftreten, wenn sie in geringerer Wassertiefe entstanden sind. Gewöhnlicherweise sind sie aber ein Sediment größerer Wassertiefen.

Das Gestein ist spröde und lässt sich nicht leicht spalten, sondern bricht scharfkantig und muschelig. Typisch für Radiolarite ist eine sehr engständigeKlüftunginfolge derer das Material im Zuge derVerwitterunganfangs in kleine quaderförmige Stücke zerfällt. Die Färbung reicht von hell-weißlich über rötlich, grünlich und bräunlich bis zu tiefschwarz.

Radiolarite bestehen vorwiegend ausRadiolarien-Skeletten und ihren Trümmern, also ausSiliciumdioxid.Radiolarien (Strahlentierchen) sind marine,planktonischlebende, einzellige Tiere, die ein Innenskelettaus amorphem Siliciumdioxid besitzen und deren Größe zwischen 0,1 und 0,5 Millimetern variiert. In ihrem Formenreichtum lassen sich neben denAlbaillellariaund denEntactinariadie beiden bedeutendenOrdnungender kugeligenSpumellariaund der mützenförmigenNassellariaunterscheiden und identifizieren. Ansonsten sind Radiolarite weitgehend fossilfrei.

Sedimentation

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Etwa 12.000 Jahre alteMikrofossilienvom antarktischenKontinentalhang(Weddell-Meer). Die durchscheinenden kleinen Kugeln (Ø ≈ 0,5 mm) in der Sedimentprobe sind Radiolarien

Gemäß Takahashi (1983) schweben Radiolarien nach ihrem Absterben noch 2 bis 6 Wochen in derEuphotischen Zone(produktive Oberflächenschicht bis rund 200 Meter Wassertiefe), erst dann beginnen sie allmähliches abzusinken. DieserSinkprozessdurch 5000 Meter Wassertiefe kann laut Takahashi (1981) zwischen 2 Wochen und 14 Monaten in Anspruch nehmen.

Mit der Zersetzung der organischen Substanz beginnt die Auflösung des Kieselsäureskeletts. Die Lösungsvorgänge sind im Ozean am effektivsten in den obersten 750 Metern, darunter wird nur noch wenig SiO2gelöst. Die Grenzschicht Sediment/Wasser ist erneut sehr lösungsaktiv (mit einer Eindringtiefe ins Sediment von einigen Zentimetern), etwa dreimal so hoch wie im darunterliegenden Sediment. Aber auch im Sediment gehen die Lösungs- und Umwandlungsprozesse weiter (siehe Diagenese). Die Überlebensrate der Radiolarienskelette ist gering, sie wird auf etwa 1 Prozent geschätzt. Gemäß Dunbar & Berger (1981) verdanken Radiolarien dieses eine Prozent ihren kolonienbildenden Fähigkeiten und dem Umstand, dass sie gelegentlich in Kotpillen und anderen organischen Aggregaten eingebettet werden. Die organische Ummantelung beschützt die Kieselskelette vor der Auflösung (Casey u. a. 1979), außerdem erhöht sich laut Vinogradov & Tsitlin die Sinkgeschwindigkeit durch die Wassersäule auf das Zehnfache.

Diagenese, Kompaktion und Sedimentationsraten

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Nach Absetzen des Radiolarienschlammes beginnen diagenetische Prozesse, auf das Sediment einzuwirken. Es kommt an den Kieselskeletten zu An- und Auflösungen und zur allmählichen Umformung des amorphen Ausgangsmaterials aus Opal-A zu Opal-CT (Opal mit Kristallkeimen vonCristobalitundTridymit) und bei steigender Temperatur und wachsendem Druck zuChalzedonund schließlich zu stabilem, kryptokristallinemQuarz.Mit diesen Phasenänderungen geht eine sukzessive Verringerung derPorositäteinher, die sich alsKompaktionbemerkbar macht.

Die Kompaktion von Radiolariten erfolgt in Abhängigkeit von ihrem Chemismus und ist generell positiv mit dem SiO2-Gehalt korreliert. Sie variiert gewöhnlich zwischen den Faktoren 3,2 und 5, d. h. 1 Meter verfestigter Radiolarit entspricht 3,2 bis 5 Meter unverfestigtem Radiolarienschlamm. Bei den alpinen Radiolariten des Oberjuras wurden so unter Berücksichtigung der KompaktionSedimentationsratenvon 7 bis 15,5 Meter pro 1 Million Jahre (oder 0,007–0,0155 mm/a) bzw. im verfestigten Zustand 2,2 bis 3 Meter/Million Jahren erzielt. Im Vergleich: für die Radiolarite desPindoswurde auf einen vergleichbaren Wert von 1,8–2,0 Meter pro 1 Million Jahre geschlossen, für die Ostalpen ergaben sich laut Garrisson & Fischer (1969) hingegen nur 0,71 Meter pro 1 Million Jahre. Extrem hohe Sedimentationsraten wurden in der Trias Zentraljapans mit 27–34 Meter/Million Jahre gemessen (Iljima u. a. 1978).

Gemäß De Wever & Origlia-Devos (1982) besitzenrezente,unverfestigte Radiolarienschlämme normalerweise Sedimentationsraten von 1 bis 5 Meter/Million Jahre. Für Radiolarienschlämme des äquatorialen Ostatlantiks wurden 11,5 Meter/Million Jahre gemessen. Das Auftriebsgebiet vorPeruhat laut Schrader (1992) im Vergleich extrem hohe Werte von 100 Meter/Million Jahre.

Ablagerungstiefe

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Mookait aus den Kennedy Ranges, in der Nähe Gascoyne Junction, West-Australien in der ständigen Sammlung des Kinder-Museum of Indianapolis

Die früher vertretene Ansicht, Radiolarien und folglich Radiolarite würden nur unterpelagischenTiefwasserbedingungen abgelagert werden, lässt sich mittlerweile nicht mehr aufrechterhalten. Radiolarienreiche Lagen treten beispielsweise imSolnhofener Plattenkalkund imWerkkalkMittelfrankensauf, beides Flachwassersedimente. Wichtigste Bedingung für die Ablagerungstiefe der Radiolarite ist die Unterschreitung der Sturmwellenbasis und das Vermeiden erosiver Oberflächenströmungen. Kalklose Radiolarite sind offensichtlich unterhalb derKalzitkompensationstiefe(engl.calcite compensation depthoderCCD) abgesetzt worden. Hierbei gilt zu bedenken, dass die CCD im Laufe der Erdgeschichte starken Tiefenschwankungen ausgesetzt war und aktuell von dergeographischen Breiteabhängig ist – ihre Maximaltiefe erreicht sie mit rund 5000 Metern amÄquator.[1]

Bänderung

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Die für Radiolarite charakteristische Bänderung wird primär vom Wechsel in der Sedimentzufuhr bedingt, der sekundär durchdiagenetischeEffekte überlagert wird. Im einfachen Ton/Kieselsäure-System entsteht bei gleichbleibender Tonzufuhr bedingt durch rhythmische Unterschiede in der Radiolarienproduktion eine Tonstein/Hornstein-Wechsellagerung. Die sedimentären Unterschiede werden während der Diagenese weiter verstärkt, da die Kieselsäure aus den tonreichen Lagen in Richtung Opallagen abwandert. Es können hierbei zwei Fälle unterschieden werden: Bei starker Radiolarienzufuhr und konstanter Tonsedimentation bilden sich recht dicke Hornsteinbänder. Umgekehrt kann bei konstanter Opalzufuhr eine hohe, periodisch wechselnde Tonzufuhr zu dicken Tonlagen mit nur dünnen Hornsteintrennlagen führen. Dieses einfache Zweikomponentensystem wird durch die Zufuhr vonKarbonatjedoch weiter verkompliziert. Zwischen den Komponenten Karbonat und Kieselsäure besteht nämlich ebenfalls eine chemische Unverträglichkeit, die während der Diagenese eine Zusammenballung der Kieselkomponente zu Knollen innerhalb der kalkreichen Partien bewirkt. Es können sich folglich komplexe Lagerungsverhältnisse ausbilden, die vom jeweiligen Ausgangsverhältnis der Komponenten Ton, Kieselsäure und Karbonat sowie von den zeitlichen Variationen der Einzelkomponenten im Verlauf der Sedimentation abhängen (entscheidend ist hierbei, welche der Komponenten in Phase auftreten und welche der Komponenten die Hintergrundsedimentation liefern).

Die langperiodische Rhythmizität in der Radiolarienproduktion konnte teils mitMilanković-Zyklenin Verbindung gebracht werden, kurzperiodische Schwankungen lassen sich aufEl-Nino-Zyklen und/oder vergleichbar mitWarvenauf Jahresrhythmen zurückverfolgen.

Geographisches und zeitliches Auftreten

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Paläozoikum

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Unterkarbonische Lydite mit Tuffbändern imKilianstollen(Marsberg)

Die ältesten bekannten Radiolarite stammen aus demOberkambriumKasachstans.[2]Über einen Zeitraum von 15 Millionen Jahren wurde hier Radiolarienschlick bis insUnterordovizhinein sedimentiert. Das in der Nähe des damaligenÄquatorsabgelagerte Tiefwassersediment ist mit Resten vonozeanischer Krusteassoziiert und konnte anhand vonConodontendatiert werden. In kalkreichen Partien konnten vier Radiolarien-Faunengemeinschaften ausgeschieden werden, die älteste, relativ artenarme Fauna stammt aus der zweiten Stufe des Ordoviziums (vormalsUnteres Arenig). Die jüngste, mit 15 Taxa relativ artenreiche Faunengemeinschaft datiert in die fünfte Stufe (ehemaligesUnteres Caradoc).[3]

Im Mittleren OrdoviziumSchottlands(OberesDarriwiliumoder Oberes Llanvirn) wurden ebenfalls Radiolarite gebildet, so beiBallantrae.Cherts lagern hier aufSpilitenundVulkaniten.Radiolarite finden sich auch in den benachbartenSouthern Uplandsund sind hier mitKissenlavaassoziiert.

Nächstfolgendes Radiolaritvorkommen ist derStrong Island Chertaus dem Mittleren bis Oberen OrdoviziumNeufundlands.Der Radiolarit ist als roter Chert ausgebildet und liegt überOphiolithen.

ImVogtland,imFränkisch-thüringischen Schiefergebirgeund imFrankenwaldsowie imNordsächsischen Schiefergebirgesind Ablagerungen von dunkelgrauen bis schwärzlichen Kieselschiefern (Lyditen) aus dem Silur weit verbreitet. Sie setzen am Übergang vom Ordovizium zum Silur ein. Kieselschiefer treten hier meist in Verbindung mit Alaunschiefern auf. Ihre Lagerstätten bilden oft langgestreckte Linsen und kaum über größere Distanzen verfolgbare Bänke.[4][5][6][7]

Von großer Bedeutung sind die nordamerikanischenNovaculite(Arkansas,OklahomaundTexas) aus dem obersten Devon. Die Novaculite sind dünnbankige, milchig-weiß gefärbte Kieselgesteine, die im Verlauf derOuachita-Orogeneseschwachmetamorphosiertwurden. Sie bestehen vorwiegend ausMikroquarz(5–35 µ), der aus Schwammskleren und Radiolarien hervorgegangen ist.

ImMississippiumentstanden imRheinischen Schiefergebirgeebenfalls Lydite.[8] Zu Ausgang desPaläozoikumswurden Radiolarite am SüdrandLaurasiasin der Umgebung vonMeschhedimIran[9],während desUnterpermsaufSizilienin Kalkolistolithen[10]und in der nordwestlichenTürkei(im zu denPontidengehörendenKarakaya-KomplexderSakarya-Zone), im Mittelperm in derPhyllitserieKretas[11]sowie im Oberperm in denHawasina-DeckenOmansabgelagert.[12]

Mesozoikum

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Aufschluss mit verschiedenfarbigen Radiolariten des Oberen Jura,Totes Gebirge(Nördliche Kalkalpen), Grenzbereich Oberösterreich-Steiermark

Während derTriaswurden imTethysraumso genannteHornsteinplattenkalkesedimentiert, beispielsweise im oberenNoriumundRhätiumin denSüdkarawanken(Frauenkogel-Formation).[13]Sie bestehen aus an unebenen Bankgrenzen wechsellagernden Chertlagen undMikriten,wobei die Chertlagen verkieselte, radiolarienreiche Kalklagen darstellen. InGriechenlandenthalten die Hornsteinplattenkalke auchKalkturbidite.Auf Tiefseeschwellen oder hangaufwärts können sie in rote, radiolarienführende Ammonitenkalke übergehen.[14]InZentraljapankamen in der Obertrias tonlagige Radiolarite in einem flachen Randmeer zur Ablagerung, die mit 30 mm/1000 Jahre sehr hohe Akkumulationsraten aufweisen. Neben den Radiolarien sindSchwammnadelnsehr häufig.[15]

In denAlpenbildeten sich während desJuras(ZeitraumOberbajocbisUntertithon) Radiolarite in denNördlichen Kalkalpen(zusammengefasst alsRuhpoldinger Radiolarit-Gruppe) und imPenninikumFrankreichsundGraubündens.Im selben Zusammenhang sind auch die RadiolariteKorsikaszu nennen. Die Radiolarite desligurischenApenninskamen etwas später gegen Ende des Juras.

An der Westküste derVereinigten Staatenentstanden Radiolarite ab dem mittleren Jura, beispielsweise imFranciscan Complex.Die Radiolarite in derGreat Valley Sequencesind etwas jünger, sie stammen aus dem Oberjura.

Hierzu parallel wurden imWestpazifiköstlich desMarianengrabensab demObercallovbis zum Ende desValanginiumsüber mitteljurassischer,ozeanischer Krusteununterbrochen Radiolarite sedimentiert.[16]

Als Beispiele aus derUnterkreide(Aptium) können derWindalia-RadiolaritWestaustraliensund der Radiolarit aus derFranciscan FormationderMarin HeadlandsbeiSan Franciscoangeführt werden. Beispiele aus der Oberkreide sind Radiolarite imZagrosund aus demTroodosinZypern(Campanium) sowie die roten, mitManganknollenassoziierten Radiolarientone vonBorneo,Rotti,SeramundWesttimor.[17]Die RadiolariteNordwestsyrienssind mit den Ablagerungen im Troodos-Gebirge Zyperns vergleichbar.

Känozoikum

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Ein Beispiel fürkänozoischeRadiolarientone und Radiolarite stellt dieOceanic GroupvonBarbadosdar. DieGruppewurde im Zeitraum frühesEozänbisMittelmiozänauf ozeanischer Kruste abgesetzt, welche jetzt unterhalb desInselbogenssubduziert.[18]

Anwendungen, Vorkommen

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Ehemalige Kieselschiefer-Abbaustätte beiBergfreiheitimKellerwald

Radiolarit oder Lydit ist ein sehr hartes Gestein und gilt als das „EisenderSteinzeit“.Es wurde zu Steinwerkzeugen wieBeilen,Klingen,BohrernoderSchabernverarbeitet. Seine Bruchkanten sind jedoch nicht so scharf wie die vonFeuerstein.Verbreitet sind Beile aus Lydit im westlichenNiedersachsenund nördlichenWestfalen.Das Material tritt imBramscher Massiv(beiBramsche) an die Erdoberfläche. Die Farbe variiert je nach Pigmentanteil zwischen rötlich, grünlich, bräunlich und schwarz. Lydit, ein schwarzer paläozoischer Radiolarit, wird alsProbiersteinverwendet.

Weitere Vorkommen, die gewerblich genutzt wurden, gibt es in Thüringen beiSchleizundLanggrün(beidesilurisch), in Sachsen beiSchönfels,Altmannsgrün,OelsnitzundNossen,im Harz beiSankt AndreasbergundWernigerodesowie inMauerbeiWien.Der Zweck des Abbaus in Steinbrüchen war überwiegend die Schottergewinnung. Ferner gibt es genutzte Vorkommen unter anderem in der Tschechischen Republik, Österreich, Großbritannien (Schottland), USA (Utah, Nevada, Idaho, Wyoming) sowie die weltweit bedeutendsten Lagerstätten in Australien (ostaustralischeTasmansynklinale).

Quellen

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Literatur

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  • C. Gäbert, A. Steuer, Karl Weiss:Die nutzbaren Steinvorkommen Deutschlands.Union Deutsche Verlagsgesellschaft, Berlin 1915.
  • Arnd Peschel:Natursteine.2. überarbeitete Auflage. Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1983.
  • Dorrik A.V. Stow:Sedimentgesteine im Gelände. Ein illustrierter Leitfaden.Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2008,ISBN 978-3-8274-2015-2.
  • Roland Vinx:Gesteinsbestimmung im Gelände.Elsevier, München 2005,ISBN 3-8274-1513-6.
  • Alexander Binsteiner:Steinzeitlicher Bergbau auf Radiolarit im Kleinwalsertal/Vorarlberg (Österreich). Rohstoff und Prospektion.In:Archäologisches Korrespondenzblatt 38.Mainz 2008,S.185–190.

Einzelnachweise

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  1. ↑W. H. Berger, E. L. Winterer,:Plate stratigraphy and the fluctuating carbonate line.In: K. J. Hsü, H. C. Jenkyns (Hrsg.):Spec. Publ. Int. Ass. Sediment.Pelagic sediments: on Land and under the Sea.1974,S.11–48.
  2. ↑Tatiana J. Tolmacheva, Taniel Danelian & Leonid E. Popov:Evidence for 15 m.y. of continuous deep-sea biogenic siliceous sedimentation in early Paleozoic oceans.
  3. ↑Taniel Danelian, Leonid Popov:La biodiversité des radiolaires ordoviciens: regard à partir des données nouvelles et révisées provenant du Kazakhstan.In:Bulletin de la Société Géologique de France.Band174,Nr.4,2003,ISSN0037-9409,S.325–335.
  4. ↑Günter Freyer, Karl-Armin Tröger:Geologischer Führer durch das Vogtland.Leipzig 1965, S. 9–16
  5. ↑Geopfad Döbraberg – Eisenbachtal. auf www.geopark-schieferland.de(PDF-Datei; 417 kB)
  6. ↑Lithostratigraphische Einheiten Deutschlands, Lederschiefer-Formation. auf www.bgr.de
  7. ↑Lithostratigraphische Einheiten Deutschlands, Unterer Graptolithenschiefer-Formation. auf www.bgr.de
  8. ↑A. Schwarz:Die Natur des culmischen Kieselschiefers.Band41.Senckenberg. Naturforschende Gesellschaft, Frankfurt/M. 1928,S.191–241.
  9. ↑A. E. Ruttner:The southern borderland of Laurasia in NE Iran.In: European Union of Geosciences (Hrsg.):Terra Abstracts.Band3.Strasbourg 1991,S.256–257.
  10. ↑R. Catalano u. a.:Permian circumpacific deep-water faunas from the western Tethys (Sicily, Italy) - New evidences for the position of the Permian Tethys.In:Palaeogeogr. Palaeocli. Palaeoeco.Band87,1991,S.75–108.
  11. ↑H. Kozur, J. Krahl:Erster Nachweis von Radiolarien im tethyalen Perm Europas.In:N. Jb. Geol. Paläontol. Abh.Band174,1987,S.357–372.
  12. ↑P. De Wever u. a.:Permian age of the radiolarites from the Hawasina nappes. Oman Mountains.In:Geology.Band16,1988,S.912–914.
  13. ↑R. Lein u. a.:Neue Daten zur Geologie des Karawanken-Strassentunnels.In:Geol. Paläontol. Mitt. Innsbruck.Band20,1995,S.371–387.
  14. ↑A. Bosselini, E. L. Winterer,:Pelagic limestone and radiolarite of the Tethyan Mesozoic: A generic model.In:Geology.Band3,1975,S.279–282.
  15. ↑A. Iijima u. a.:Shallow-sea, organic origin of the Triassic bedded chert in central Japan.In:J. of the Faculty of Sci., Univ. of Tokyo, Sec. 2.Vol. XIX, 5, 1978,S.369–400.
  16. ↑J. G. Ogg u. a.:32. Jurassic through early Cretaceous sedimentation history of the central equatorial Pacific and of sites 800 and 801.In:Proceedings of the Ocean Drilling Program, Scientific Results.Band129,1992.
  17. ↑S. V. Margolis u. a.:Fossil manganese nodules from Timor: geochemical and radiochemical evidence for deep-sea origin.In:Chem. Geol.Band21,1978,S.185–198.
  18. ↑R. C. Speed, D. K. Larue:Barbados architecture and implications for accretion.In:J. geopphys. Res.Band87,1982,S.3633–3643.
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