Das Achat-Problem

In der geologischen Fachdiskussion gehört das Phänomen der Achat-Geoden zu jenen Problemen, die mit verschiedensten Erklärungsversuchen angegangen wurden, ohne dass ein offizieller Konsens möglich geworden ist. Die rundlichen Achatkörper, die vor allem in den oberen Zonen älterer vulkanischer Ergusskomplexe vorkommen, werden als Quarzfüllungen von ehemaligen Gasblasen des Ergussgesteins verstanden, die durch komplizierte Bildungs- und Verwandlungsprozesse hindurchgegangen sind. Frühere Theorien gingen von rhythmisch aushärtenden Quarztropfen im heißen Gestein aus, andere sprachen von gasförmiger Anlagerung der Stoffe in Blasenhohlräumen. Es wurde auch mit hydrothermalen Vorstellungen gearbeitet (hochtemperierte Wasser-Minerallösungen), und schließlich gelangte ein Teil der Forscherkreise zur dringenden Vermutung, dass der kolloidale Zustand von Quarz (Kieselsäure im Gel-Zustand) maßgebend beteiligt gewesen sein muss.

Linkes und rechtes Bild: Nach der Verhärtung der verschiedenfarbig angelagerten Kieselgel-Sphären folgte im Zentrum der Geode oft die farblos-grobkörnige Kristallisation der restlichen Kieselsäure. Im rechten Bild sind kugelförmige Bildungen (Sphärolithe) sichtbar.

kopie von 09 das achatproblem 01 kopie_von_09_das_achatproblem_02.jpg

Zwei Achate aus dem bekannten Fund-Gebiet Idar Oberstein
kopie_von_09_das_achatproblem_03.jpg kopie_von_09_das_achatproblem_04.jpg

Links: Ausgeprägt sphärolithische Bildungen
Rechts: Abgelöste Membrantrümmer
kopie_von_09_das_achatproblem_05.jpg kopie_von_09_das_achatproblem_06.jpg

Links: Nach einer ersten Phase der Kristallisation (weisses Band aussen) folgte eine Periode der Bänder-Bildung mit nochmaliger Kristallisation am Schluss (Zentrum).
Rechts: Zellenartige Bildungen mit je eigener sphärolithischer Bänderung in jeder Zelle.
kopie_von_09_das_achatproblem_07.jpg kopie_von_09_das_achatproblem_08.jpg

Moosachat-Bildung im unteren Geodenteil (sog. "Silikatgewächs"), rechts im Detail
kopie_von_09_das_achatproblem_09.jpg kopie_von_09_das_achatproblem_10.jpg

Links: Einflusskanäle sind für die Achatbildung nicht notwendig, aber sie verdrängen durch feinste Flüssigkeitsbewegungen die Bänderbildung. In der Geode auf dem rechten Bild sind Störungen sichtbar, die wahrscheinlich auch durch Fliessbewegungen verursacht sind.
kopie_von_09_das_achatproblem_11.jpg kopie_von_09_das_achatproblem_12.jpg

Achat-Mandeln: Verformung der Gasblasen durch laminares Fliessen der vulkanisch-basaltoiden Masse.
kopie_von_09_das_achatproblem_13.jpg kopie_von_09_das_achatproblem_14.jpg

Links: Mandelform durch Fliessverformung der Basaltlava, Steinkaulenberg, Idar Oberstein.
Rechts: Polygonform, in einem von tafeligen Kristallen gebildeten eckigen Hohlraum entstanden.
kopie_von_09_das_achatproblem_15.jpg kopie_von_09_das_achatproblem_16.jpg

Durch die jahrzehntelange Forschung von Spezialisten wie M. Landmesser gelangte die Achatforschung auf einen Stand mit hoher Glaubwürdigkeit, indem die vorherigen Theorien korrigiert und durch den Einbezug von kolloidalen Prozessen ergänzt wurden. Demnach bildeten sich die Achate bei Temperaturen von 150°C bis 200°C, evtl. 300°C, aus silikatisch-wässrigen Gelen (Kieselsäure-Gelen), die sich in Gasblasen- oder anderen Hohlräumen durch diffundierendes ("atomar wanderndes") Silizium und andere Stoffe nach und nach verdichten und rhythmisch gliedern konnten. Diese Gliederung, die Verwandtschaft mit den Liesegang-Ringen zeigt und ein Beispiel von stark differenzierter Selbstorganisation darstellt, geschah prinzipiell immer sphärolithisch, d.h. in kugelschaligen Formen, die nur bei enger Aneinanderreihung und Durchdringung der Sphärolithe lagig-flächig erscheinen. Der zarte Diffusionsprozess konnte sich durch die Außenhülle der Geoden hindurch abspielen. Bei den ab und zu beobachtbaren "Einflusskanälen" handelt es sich demnach nicht um eigentliche Zuflusskanäle, sondern vielmehr um Störungszonen, in denen durch merkliche Flüssigkeitsbewegungen die Strukturbildung verhindert wurde. Der Quarz ist dort wo er nicht kristallisiert ist als Chalzedon, als amorphe, nichtkristalline Masse verhärtet. Dass im Chalzedon unter dem Rasterelektronenmikroskop kryptokristalline (extrem kleinkristalline) Strukturen sichtbar sind, zeigt, dass die kristallisierende Wirkung zwar vorhanden war, jedoch von den kolloidalen Prozessen und der amorphen Aushärtung zurückgedrängt wurde.

Die These des kolloidalen Zustandes bei der Achatbildung wird besonders auch im Hinblick auf die ab und zu auftretenden waagrechten Lagen, die so genannten Uruguay-Schichten, erhärtet:
Links: Nach einer Phase der sphärischen Gliederung erfolgte im Zentrum eine Wiederverflüssigung des Silikat-Gels mit lagiger Schichtung größerer kolloidaler Teilchen durch Schwerkraft. Am Schluss geschah die lagige Schichtung gleichzeitig mit der sphärischen Anlagerung (helles Dreieck in der Mitte). In den Geoden auf dem rechten Bild erfolgte nach kurzer sphärischer Schichtung eine längere lagige Sedimentierung und am Schluss nochmals eine sphärische (allseitige) Anlagerung der Kolloid-Teilchen bzw. die Kristallisation der Restmasse.
kopie_von_09_das_achatproblem_17.jpg kopie_von_09_das_achatproblem_18.jpg

Die nachfolgend abgebildeten Achatknollen (sog. Donner-Eier) zeigen weitere Eigenarten, die sich durch kolloidale und selbstorganisierende Prozesse erklären. Die äußere Zone der Gebilde besteht aus einem grünlichen Quarzmaterial (Rhyolith bzw. rhyolithischer Vulkantuff), das aus linsenförmig oder zwiebelschalenartig angeordneten Fasern zu bestehen scheint. In der mittleren Zone ist diese "Fasersubstanz" aufgerissen und teilweise aufgelöst. Der entstandene Raum ist mit Chalzedon angefüllt, wobei zu vermuten ist, dass dieser teilweise aus dem aufgelösten "Faserquarz" besteht. Man könnte sich demnach vorstellen, dass diese Art von Achathülle im Ergussgestein zunächst aus einer weichen, faserartigen Knolle bestand, um später aufzureißen und in die übliche chalzedonische Bildung hineinzugehen. Morphologisch ausgedrückt könnte man sagen, die "präbiotische" Selbstorganisation habe hier Aufbauformen der organischen Welt auf primitive Weise vorweggenommen.

Donner-Eier (Rhyolithknollen): Openau / Lierbachtal im Schwarzwald
kopie_von_09_das_achatproblem_19.jpg kopie_von_09_das_achatproblem_20.jpg

Kürbis- oder blumenkohlartige Außenformen der Rhyolithknollen.
kopie_von_09_das_achatproblem_21.jpg kopie_von_09_das_achatproblem_22.jpg

Bei den Rhyolithknollen stellt sich die Frage, ob es sich um später ausgefüllte "rollende" Gasblasen handelt, oder um kieselsaure, kolloidale Knollenkörper, die sich bereits früh innerhalb der rhyolithischen Grundmasse angereichert haben.

Zwei weitere Beispiele von achatverwandten Gesteinsbildungen mit präbiotischem Charakter: Links Sphärolithischer Jaspis, rechts Rhodochrosit (kein Fossil)
kopie_von_09_das_achatproblem_23.jpg kopie_von_09_das_achatproblem_24.jpg

Es liegt bei den Achaten eine ausgeprägte Form von Selbstorganisation vor, die ein großes Maß an Differenzierung und Schönheit hervorbrachte. Vielleicht ließe sich vorstellen, dass unter dem Diktat der selbstorganisierenden Potenz gewisse farbbildende Stoffe aus der Porenwasser-gesättigten Umgebungsmasse in die kieselsauren Geoden diffundierten und dort sphärolithisch eingebunden wurden. Es kann angenommen werden, dass die Kieselgel-Masse bei Erhitzung oder Bewegung dünner werden und die Form zeitweise verlieren konnte, ohne dabei die selbstorganisierende Potenz grundsätzlich zu verlieren. Schließlich wären die kolloidalen Geodenmassen endgültig zum heute vorliegenden Achat bzw. Chalzedon ausgehärtet, wobei oft ein letzter Teil der flüssigen Restmasse zu durchsichtigem Quarz auskristallisieren konnte. Solche Auskristallisierungen scheinen teilweise sogar mit Achatbildungsphasen abgewechselt zu haben (vgl. 1. und 7. Bild dieses Kapitels).

Die nächsten Bilder zeigen weitere Innenräume, die zerbrochen oder durch Entwässerung aufgerissen und nachträglich mit Chalzedon (beim Septarian Nodule mit Calzit) und Kristallstrukturen verfüllt wurden. Das letzte Bild macht sichtbar, wie weicher Chalzedon (hier Jaspis) ähnlich wie Lehm oder Teig austrocknen und reißen konnte. Die starke Wassersättigung vor der Bildung solcher Schwundrisse ist offensichtlich. Zu beachten ist, dass diese Gesteine trotz ihrer früheren Weichheit sehr hart geworden sind und nicht mehr in den kolloidalen Zustand zurückgeführt werden können (Irreversibilität).

Links: Donner-Ei (Rhyolithknolle) mit Achat
Rechts: Schwundrisse auch beim Septarian Nodule (nicht achatverwandt), Innenzone mit Calzit verfüllt
kopie_von_09_das_achatproblem_25.jpg kopie_von_09_das_achatproblem_26.jpg

Links: Rhyolithknolle, Chalzedontrümmer, weiße Uruguay-Schichten
Rechts: Chalzedon- bzw. Jaspisknolle mit Schwundrissen
kopie_von_09_das_achatproblem_27.jpg kopie_von_09_das_achatproblem_28.jpg

Es wurden achatische Füllungen auch in Wurzelzellen, Kalkschnecken und in einem Saurier-Ei aufgefunden. Die kolloidale Kieselsäure-Füllung vermochte ihre selbstorganisatorische Potenz in verschiedensten Hohlräumen zu entfalten.


Was die Achate als geologisches Phänomen deutlich machen ist die Möglichkeit des Auftretens kolloidaler Prozesse innerhalb von Gesteinskomplexen, die eine Verbindung von magmatisch-vulkanischen Prozessen mit warmem oder heißem Wasser zeigen. Wenn man diese Verbindung hypothetisch auf die ganze Erde überträgt und unterstellt, es hätte auf der von magmatischer Wärme beherrschten Ur-Erde eine schwere, wasserhaltige Atmosphäre gelastet, dann kann folgende Frage aufkommen: Haben am Grund dieser vielleicht nahezu flüssigen Atmosphäre Kieselsäureprozesse stattgefunden, die zu Ausfällungen und Ablagerungen ganzer silikatischer Gesteinskomplexe in ähnlicher Weise geführt haben wie bei der Ablagerung der Kolloidteilchen in den Uruguay-Schichten der Achate? Nur dass im Unterschied dazu das Silizium nicht aus einem umgebenden Vulkan-Gestein gestammt hätte, sondern aus der Atmosphäre selbst, die sich aus dem "Sonnennebel" um den werdenden Planeten verdichtet hatte.