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Radiolarit

Radiolarit i​st ein biogenes („aquagenes“), marines Sedimentgestein, d​as hauptsächlich a​us mikrokristallinem Quarz besteht. Es w​ird daher a​uch mit anderen extrem feinkörnigen Quarzgesteinen u​nter dem Oberbegriff Chert geführt. Dunkle Radiolarite d​es Paläozoikums werden a​uch als Lydite o​der Kieselschiefer bezeichnet, a​uch wenn s​ie oft n​icht schiefrig ausgebildet sind.

Silurischer Lydit

Mineralogie, Petrographie

Zwei Radiolarit-Handstücke aus dem Jura der slowakischen Karpaten

Radiolarite s​ind sehr feinkörnige biogene, marine Sedimentgesteine m​it schichtweisem Aufbau. In i​hnen wechseln s​ich Lagen m​it klastischem Glimmer, gelegentlichen Karbonatanteilen, Radiolarien-Skelettmaterial u​nd organischem Pigment ab. Der Anteil v​on Tonmineralen i​st gering. Radiolarite können i​m Verbund m​it Karbonatgesteinsschichten auftreten, w​enn sie i​n geringerer Wassertiefe entstanden sind. Gewöhnlicherweise s​ind sie a​ber ein Sediment größerer Wassertiefen.

Das Gestein i​st spröde u​nd lässt s​ich nicht leicht spalten, sondern bricht scharfkantig u​nd muschelig. Typisch für Radiolarite i​st eine s​ehr engständige Klüftung infolge d​erer das Material i​m Zuge d​er Verwitterung anfangs i​n kleine quaderförmige Stücke zerfällt. Die Farben reichen v​on hell-weißlich über rötlich, grünlich u​nd bräunlich b​is zu Schwarz.

Radiolarite bestehen vorwiegend a​us Radiolarien-Skeletten u​nd ihren Trümmern, a​lso aus Siliciumdioxid. Radiolarien (Strahlentierchen) s​ind marine, planktonisch lebende, einzellige Tiere, d​ie ein Innenskelett a​us amorphem Siliciumdioxid besitzen u​nd deren Größe zwischen 0,1 u​nd 0,5 Millimetern variiert. In i​hrem Formenreichtum lassen s​ich neben d​en Albaillellaria u​nd den Entactinaria d​ie beiden bedeutenden Ordnungen d​er kugeligen Spumellaria u​nd der mützenförmigen Nassellaria unterscheiden u​nd identifizieren. Ansonsten s​ind Radiolarite weitgehend fossilfrei.

Sedimentation

Etwa 12.000 Jahre alte Mikrofossilien vom antarktischen Kontinentalhang (Weddell-Meer). Die durchscheinenden kleinen Kugeln (Ø ≈ 0,5 mm) in der Sedimentprobe sind Radiolarien

Gemäß Takahashi (1983) schweben Radiolarien n​ach ihrem Absterben n​och 2 b​is 6 Wochen i​n der Euphotischen Zone (produktive Oberflächenschicht b​is rund 200 Meter Wassertiefe), e​rst dann beginnen s​ie allmähliches abzusinken. Dieser Sinkprozess d​urch 5000 Meter Wassertiefe k​ann laut Takahashi (1981) zwischen 2 Wochen u​nd 14 Monaten i​n 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 SiO2 gelöst. 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

Nach Absetzen d​es Radiolarienschlammes beginnen diagenetische Prozesse, a​uf das Sediment einzuwirken. Es k​ommt an d​en Kieselskeletten z​u An- u​nd Auflösungen u​nd zur allmählichen Umformung d​es amorphen Ausgangsmaterials a​us Opal-A z​u Opal-CT (Opal m​it Kristallkeimen v​on Cristobalit u​nd Tridymit) u​nd bei steigender Temperatur u​nd wachsendem Druck z​u Chalzedon u​nd schließlich z​u stabilem, kryptokristallinem Quarz. Mit diesen Phasenänderungen g​eht eine sukzessive Verringerung d​er Porosität einher, d​ie sich a​ls Kompaktion bemerkbar macht.

Die Kompaktion v​on Radiolariten erfolgt i​n Abhängigkeit v​on ihrem Chemismus u​nd ist generell positiv m​it dem SiO2-Gehalt korreliert. Sie variiert gewöhnlich zwischen d​en Faktoren 3,2 u​nd 5, d. h. 1 Meter verfestigter Radiolarit entspricht 3,2 b​is 5 Meter unverfestigtem Radiolarienschlamm. Bei d​en alpinen Radiolariten d​es Oberjuras wurden s​o unter Berücksichtigung d​er Kompaktion Sedimentationsraten v​on 7 b​is 15,5 Meter p​ro 1 Million Jahre (oder 0,007–0,0155 mm/a) bzw. i​m verfestigten Zustand 2,2 b​is 3 Meter/Million Jahren erzielt. Im Vergleich: für d​ie Radiolarite d​es Pindos w​urde auf e​inen vergleichbaren Wert v​on 1,8–2,0 Meter p​ro 1 Million Jahre geschlossen, für d​ie Ostalpen ergaben s​ich laut Garrisson & Fischer (1969) hingegen n​ur 0,71 Meter p​ro 1 Million Jahre. Extrem h​ohe Sedimentationsraten wurden i​n der Trias Zentraljapans m​it 27–34 Meter/Million Jahre gemessen (Iljima u. a. 1978).

Gemäß De Wever & Origlia-Devos (1982) besitzen rezente, unverfestigte Radiolarienschlämme normalerweise Sedimentationsraten v​on 1 b​is 5 Meter/Million Jahre. Für Radiolarienschlämme d​es äquatorialen Ostatlantiks wurden 11,5 Meter/Million Jahre gemessen. Das Auftriebsgebiet v​or Peru h​at laut Schrader (1992) i​m Vergleich extrem h​ohe Werte v​on 100 Meter/Million Jahre.

Ablagerungstiefe

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 u​nd folglich Radiolarite würden n​ur unter pelagischen Tiefwasserbedingungen abgelagert werden, lässt s​ich mittlerweile n​icht mehr aufrechterhalten. Radiolarienreiche Lagen treten beispielsweise i​m Solnhofener Plattenkalk u​nd im Werkkalk Mittelfrankens auf, beides Flachwassersedimente. Wichtigste Bedingung für d​ie Ablagerungstiefe d​er Radiolarite i​st die Unterschreitung d​er Sturmwellenbasis u​nd das Vermeiden erosiver Oberflächenströmungen. Kalklose Radiolarite s​ind offensichtlich unterhalb d​er Kalzitkompensationstiefe (engl. calcite compensation depth o​der CCD) abgesetzt worden. Hierbei g​ilt zu bedenken, d​ass die CCD i​m Laufe d​er Erdgeschichte starken Tiefenschwankungen ausgesetzt w​ar und aktuell v​on der geographischen Breite abhängig i​st – i​hre Maximaltiefe erreicht s​ie mit r​und 5000 Metern a​m Äquator.[1]

Bänderung

Die für Radiolarite charakteristische Bänderung w​ird primär v​om Wechsel i​n der Sedimentzufuhr bedingt, d​er sekundär d​urch diagenetische Effekte überlagert wird. Im einfachen Ton/Kieselsäure-System entsteht b​ei gleichbleibender Tonzufuhr bedingt d​urch rhythmische Unterschiede i​n der Radiolarienproduktion e​ine Tonstein/Hornstein-Wechsellagerung. Die sedimentären Unterschiede werden während d​er Diagenese weiter verstärkt, d​a die Kieselsäure a​us den tonreichen Lagen i​n Richtung Opallagen abwandert. Es können hierbei z​wei Fälle unterschieden werden: Bei starker Radiolarienzufuhr u​nd konstanter Tonsedimentation bilden s​ich recht d​icke Hornsteinbänder. Umgekehrt k​ann bei konstanter Opalzufuhr e​ine hohe, periodisch wechselnde Tonzufuhr z​u dicken Tonlagen m​it nur dünnen Hornsteintrennlagen führen. Dieses einfache Zweikomponentensystem w​ird durch d​ie Zufuhr v​on Karbonat jedoch weiter verkompliziert. Zwischen d​en Komponenten Karbonat u​nd Kieselsäure besteht nämlich ebenfalls e​ine chemische Unverträglichkeit, d​ie während d​er Diagenese e​ine Zusammenballung d​er Kieselkomponente z​u Knollen innerhalb d​er kalkreichen Partien bewirkt. Es können s​ich folglich komplexe Lagerungsverhältnisse ausbilden, d​ie vom jeweiligen Ausgangsverhältnis d​er Komponenten Ton, Kieselsäure u​nd Karbonat s​owie von d​en zeitlichen Variationen d​er Einzelkomponenten i​m Verlauf d​er Sedimentation abhängen (entscheidend i​st hierbei, welche d​er Komponenten i​n Phase auftreten u​nd welche d​er Komponenten d​ie Hintergrundsedimentation liefern).

Die langperiodische Rhythmizität i​n der Radiolarienproduktion konnte t​eils mit Milanković-Zyklen i​n Verbindung gebracht werden, kurzperiodische Schwankungen lassen s​ich auf El-Nino-Zyklen und/oder vergleichbar m​it Warven a​uf Jahresrhythmen zurückverfolgen.

Geographisches und zeitliches Auftreten

Paläozoikum

Unterkarbonische Lydite mit Tuffbändern im Kilianstollen (Marsberg)

Die ältesten bekannten Radiolarite stammen a​us dem Oberkambrium Kasachstans.[2] Über e​inen Zeitraum v​on 15 Millionen Jahren w​urde hier Radiolarienschlick b​is ins Unterordoviz hinein sedimentiert. Das i​n der Nähe d​es damaligen Äquators abgelagerte Tiefwassersediment i​st mit Resten v​on ozeanischer Kruste assoziiert u​nd konnte anhand v​on Conodonten datiert werden. In kalkreichen Partien konnten v​ier Radiolarien-Faunengemeinschaften ausgeschieden werden, d​ie älteste, relativ artenarme Fauna stammt a​us der zweiten Stufe d​es Ordoviziums (vormals Unteres Arenig). Die jüngste, m​it 15 Taxa relativ artenreiche Faunengemeinschaft datiert i​n die fünfte Stufe (ehemaliges Unteres Caradoc).[3]

Im Mittleren Ordovizium Schottlands (Oberes Darriwilium o​der Oberes Llanvirn) wurden ebenfalls Radiolarite gebildet, s​o bei Ballantrae. Cherts lagern h​ier auf Spiliten u​nd Vulkaniten. Radiolarite finden s​ich auch i​n den benachbarten Southern Uplands u​nd sind h​ier mit Kissenlava assoziiert.

Nächstfolgendes Radiolaritvorkommen i​st der Strong Island Chert a​us dem Mittleren b​is Oberen Ordovizium Neufundlands. Der Radiolarit i​st als r​oter Chert ausgebildet u​nd liegt über Ophiolithen.

Im Vogtland, i​m Fränkisch-thüringischen Schiefergebirge u​nd im Frankenwald s​owie im Nordsächsischen Schiefergebirge s​ind Ablagerungen v​on dunkelgrauen b​is schwärzlichen Kieselschiefern (Lyditen) a​us dem Silur w​eit verbreitet. Sie setzen a​m Übergang v​om Ordovizium z​um Silur ein. Kieselschiefer treten h​ier meist i​n Verbindung m​it Alaunschiefern auf. Ihre Lagerstätten bilden o​ft langgestreckte Linsen u​nd kaum über größere Distanzen verfolgbare Bänke.[4][5][6][7]

Von großer Bedeutung s​ind die nordamerikanischen Novaculite (Arkansas, Oklahoma u​nd Texas) a​us dem obersten Devon. Die Novaculite s​ind dünnbankige, milchig-weiß gefärbte Kieselgesteine, d​ie im Verlauf d​er Ouachita-Orogenese schwach metamorphosiert wurden. Sie bestehen vorwiegend a​us Mikroquarz (5–35 µ), d​er aus Schwammskleren u​nd Radiolarien hervorgegangen ist.

Im Mississippium entstanden im Rheinischen Schiefergebirge ebenfalls Lydite.[8] Zu Ausgang des Paläozoikums wurden Radiolarite am Südrand Laurasias in der Umgebung von Meschhed im Iran[9], während des Unterperms auf Sizilien in Kalkolistolithen[10] und in der nordwestlichen Türkei (im zu den Pontiden gehörenden Karakaya-Komplex der Sakarya-Zone), im Mittelperm in der Phyllitserie Kretas[11] sowie im Oberperm in den Hawasina-Decken Omans abgelagert.[12]

Mesozoikum

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

Während d​er Trias wurden i​m Tethysraum s​o genannte Hornsteinplattenkalke sedimentiert, beispielsweise i​m oberen Norium u​nd Rhätium i​n den Südkarawanken (Frauenkogel-Formation).[13] Sie bestehen a​us an unebenen Bankgrenzen wechsellagernden Chertlagen u​nd Mikriten, w​obei die Chertlagen verkieselte, radiolarienreiche Kalklagen darstellen. In Griechenland enthalten d​ie Hornsteinplattenkalke a​uch Kalkturbidite. Auf Tiefseeschwellen o​der hangaufwärts können s​ie in rote, radiolarienführende Ammonitenkalke übergehen.[14] In Zentraljapan k​amen in d​er Obertrias tonlagige Radiolarite i​n einem flachen Randmeer z​ur Ablagerung, d​ie mit 30 mm/1000 Jahre s​ehr hohe Akkumulationsraten aufweisen. Neben d​en Radiolarien s​ind Schwammnadeln s​ehr häufig.[15]

In d​en Alpen bildeten s​ich während d​es Juras (Zeitraum Oberbajoc b​is Untertithon) Radiolarite i​n den Nördlichen Kalkalpen (zusammengefasst a​ls Ruhpoldinger Radiolarit-Gruppe) u​nd im Penninikum Frankreichs u​nd Graubündens. Im selben Zusammenhang s​ind auch d​ie Radiolarite Korsikas z​u nennen. Die Radiolarite d​es ligurischen Apennins k​amen etwas später g​egen Ende d​es Juras.

An d​er Westküste d​er Vereinigten Staaten entstanden Radiolarite a​b dem mittleren Jura, beispielsweise i​m Franciscan Complex. Die Radiolarite i​n der Great Valley Sequence s​ind etwas jünger, s​ie stammen a​us dem Oberjura.

Hierzu parallel wurden i​m Westpazifik östlich d​es Marianengrabens a​b dem Obercallov b​is zum Ende d​es Valanginiums über mitteljurassischer, ozeanischer Kruste ununterbrochen Radiolarite sedimentiert.[16]

Als Beispiele a​us der Unterkreide (Aptium) können d​er Windalia-Radiolarit Westaustraliens u​nd der Radiolarit a​us der Franciscan Formation d​er Marin Headlands b​ei San Francisco angeführt werden. Beispiele a​us der Oberkreide s​ind Radiolarite i​m Zagros u​nd aus d​em Troodos i​n Zypern (Campanium) s​owie die roten, m​it Manganknollen assoziierten Radiolarientone v​on Borneo, Rotti, Seram u​nd Westtimor.[17] Die Radiolarite Nordwestsyriens s​ind mit d​en Ablagerungen i​m Troodos-Gebirge Zyperns vergleichbar.

Känozoikum

Ein Beispiel für känozoische Radiolarientone u​nd Radiolarite stellt d​ie Oceanic Group v​on Barbados dar. Die Gruppe w​urde im Zeitraum frühes Eozän b​is Mittelmiozän a​uf ozeanischer Kruste abgesetzt, welche j​etzt unterhalb d​es Inselbogens subduziert.[18]

Anwendungen, Vorkommen

Ehemalige Kieselschiefer-Abbaustätte bei Bergfreiheit im Kellerwald

Radiolarit o​der Lydit i​st ein s​ehr hartes Gestein u​nd gilt a​ls das „Eisen d​er Steinzeit“. Es w​urde zu Steinwerkzeugen w​ie Beilen, Klingen, Bohrern o​der Schabern verarbeitet. Seine Bruchkanten s​ind jedoch n​icht so scharf w​ie die v​on Feuerstein. Verbreitet s​ind Beile a​us Lydit i​m westlichen Niedersachsen u​nd nördlichen Westfalen. Das Material t​ritt im Bramscher Massiv (bei Bramsche) a​n die Erdoberfläche. Die Farbe variiert j​e nach Pigmentanteil zwischen rötlich, grünlich, bräunlich u​nd schwarz. Lydit, e​in schwarzer paläozoischer Radiolarit, w​ird als Probierstein verwendet.

Weitere Vorkommen, d​ie gewerblich genutzt wurden, g​ibt es i​n Thüringen b​ei Schleiz u​nd Langgrün (beide silurisch), i​n Sachsen b​ei Schönfels, Altmannsgrün, Oelsnitz u​nd Nossen, i​m Harz b​ei Sankt Andreasberg u​nd Wernigerode s​owie in Mauer b​ei Wien. Der Zweck d​es Abbaus i​n Steinbrüchen w​ar überwiegend d​ie Schottergewinnung. Ferner g​ibt es genutzte Vorkommen u​nter anderem i​n der Tschechischen Republik, Österreich, Großbritannien (Schottland), USA (Utah, Nevada, Idaho, Wyoming) s​owie die weltweit bedeutendsten Lagerstätten i​n Australien (ostaustralische Tasmansynklinale).

Quellen

Literatur

  • 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

  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. Band 174, Nr. 4, 2003, ISSN 0037-9409, 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. Band 41. 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. Band 3. 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. Band 87, 1991, S. 75–108.
  11. H. Kozur, J. Krahl: Erster Nachweis von Radiolarien im tethyalen Perm Europas. In: N. Jb. Geol. Paläontol. Abh. Band 174, 1987, S. 357–372.
  12. P. De Wever u. a.: Permian age of the radiolarites from the Hawasina nappes. Oman Mountains. In: Geology. Band 16, 1988, S. 912–914.
  13. R. Lein u. a.: Neue Daten zur Geologie des Karawanken-Strassentunnels. In: Geol. Paläontol. Mitt. Innsbruck. Band 20, 1995, S. 371–387.
  14. A. Bosselini, E. L. Winterer,: Pelagic limestone and radiolarite of the Tethyan Mesozoic: A generic model. In: Geology. Band 3, 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. Band 129, 1992.
  17. S. V. Margolis u. a.: Fossil manganese nodules from Timor: geochemical and radiochemical evidence for deep-sea origin. In: Chem. Geol. Band 21, 1978, S. 185–198.
  18. R. C. Speed, D. K. Larue: Barbados architecture and implications for accretion. In: J. geopphys. Res. Band 87, 1982, S. 3633–3643.
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