Das Kugelgranit-Problem

Beim Kugelgranit handelt es sich um einen speziellen Granit oder granitverwandtes Gestein, das schalenförmig gegliederte Kugeln enthält. Die Orbicule (Kugeln) sind mit dem jeweiligen Muttergestein (Granit, Gneis, Diorit, Gabbro, Andesit usw.) so stark verbunden, dass sie nur in Ausnahmefällen herausgelöst werden können. Ihre Größe variiert zwischen einigen cm bis etwa 20 cm (in Ausnahmen bis 40 cm) und ihre Form zeigt oft ein erstaunlich plastisches Aussehen. Die Schalen enthalten angereichert dieselben Minerale (Plagioklas, Alkalifeldspat, Quarz, Glimmer, Hornblende), die auch das Muttergestein besitzt. Jene besonderen Sorten des Kugelgranits, die starke Differenzierungen, Wachstums-, Deformations- und Abbauspuren aufweisen - sie werden im Folgenden Orbiculit genannt - werden auf der ganzen Erde nur an einigen Dutzend Orten im direkten Aufschluss gefunden, dabei teilweise in Grenzgebieten zwischen Granit- und Gneis-, Diorit- oder anderen Magmatitkomplexen. Einige berühmt gewordene Kugelgranittypen liegen nur gerade in Form eines oder einiger Findlingsblöcke vor. Etliche Vorkommen finden sich in Mittel- und Südfinnland auf dem baltischen Schild (Proterozoikum, z.T. Archaikum). Der Orbiculit steht nur auf kleinen Flächen an, wird marginal abgebaut, meist als kostbare Rarität behandelt und in Sammlungen oder Museen ausgestellt. Teilweise steht er unter Naturschutz. Der kleinkugelige Rapakivi-Kugelgranit ist eine Varietät, die im internationalen Natursteinhandel zu finden ist. (Der Rapakivi wird teilweise nicht als klassischer Kugelgranit angesehen, da er eine grossräumige Genese und abweichende Eigenarten besitzt).

Mit der Frage der Entstehung des Kugelgranits hat sich die Wissenschaft schwer getan. Heute besteht eine Erklärungsthese, die zum einen Teil befriedigt, die im Hinblick auf gewisse Phänomene jedoch Unsicherheiten hinterlässt. Diese Phänomene sollen nach den Bildern diskutiert werden.

Orbiculit aus Finnland (Kuohenmaa - Kangasala). Zu beachten sind die Fragmente, die Kerne bilden können, und die aufgebrochene oder aufgelöste Schale rechts, durch die die Granit-Matrix von außen eingedrungen ist.

08_das_kugelgranitproblem_01_300.jpg 08_das_kugelgranitproblem_02_300.jpg

Links: Finnland (Kuohenmaa - Kangasala). Außerordentliche Kombination von Fragmentkern, zahlreichen Schichten und einer nachträglich eingedrungenen Kugel.
Rechts: Finnland (Ruskiavuori - Savitaipale). Kristallaggregat in der Matrix, das einen Kugelrand überprägt hat.
08_das_kugelgranitproblem_03_300.jpg 08 Das Kugelgranit-Problem 04_300.jpg

Finnland (Virvik - Porvoo). Rechts mit starken Auflösungserscheinungen
08 Das Kugelgranit-Problem 05_300.jpg 08_das_kugelgranitproblem_06_300.jpg

Finnland (Pengonpohja - Kuru). Starke plastische Ausformung, rötliche Orthoklas-Schalen, zum Teil als abgelöste Schalenfragmente.
08_das_kugelgranitproblem_07_300.jpg 08_das_kugelgranitproblem_08_300.jpg

Finnland (Pallokivilevyt). Sich ablösende Schalenteile, einzelne Kugeln mit rhomboidem Kern aus Feldspat (Plagioklas).
08_das_kugelgranitproblem_09_300_1.jpg 08_das_kugelgranitproblem_10_300.jpg

Herkunft Skandinavien, Fundort in glazialem Geschiebe in Niedersachsen. Aufgebrochene Kugeln.
08 Das Kugelgranit-Problem 11_300.jpg 08 Das Kugelgranit-Problem 12_300.jpg

Links: Australien
Rechts: Chile (Caldera). Kugelbildung bis unmittelbar an das angrenzende Granit- oder Dioritgestein heran.
08 Das Kugelgranit-Problem 13_300.jpg 08 Das Kugelgranit-Problem 14_300.jpg

Finnland, der bekannte, im Handel erhältliche Rapakivi-Granit (Kugeln bis ca. 5 cm)
08_das_kugelgranitproblem_15_300.jpg 08_das_kugelgranitproblem_16300.jpg

Die Details auf den Bildern zeigen weiche, plastisch verformbare Bildungen, die teilweise aufgebrochen sind, so dass Außenmassen einfließen oder Innenmassen ausfließen konnten. Teilweise lösen sich die äußersten Zonen schalenartig ab, wobei die Schalen als verkrümmte Fetzen in der umgebenden Matrix schwimmen. Einzelne Orbicule besitzen im Zentrum Fragmente von Schalen anderer Kugeln oder Gneisstücke. Zum Teil sind mehrere aufeinander folgende Wachstums- und Wiederauflösungsphasen zu beobachten.

Man hat dem Orbiculit schon früh Beachtung geschenkt und das Phänomen in zahlreichen wissenschaftlichen Arbeiten zu erklären versucht. Im Jahr 1966 hat der Amerikaner D.J. Leveson viele Arbeiten zusammengetragen und eigene Untersuchungen angestellt, um unter anderem zu folgenden Schlussfolgerungen zu gelangen: Die Kugeln sind in einem magmatischen Pluton, das in kühlere Gesteinskomplexe eingedrungenen ist, unter bestimmten physikalischen und chemischen Bedingungen entstanden. Die Orbicule können in chemisch ähnlichen Gesteinsformationen durchaus unterschiedliche Ausprägungen zeigen, und zugleich können Gesteinsformationen mit ganz unterschiedlichem Chemismus Orbicule mit ähnlichem Habitus enthalten. Deformierte und teilweise aufgelöste Orbicule lassen Leveson vermuten, dass die Seltenheit des Orbiculits auf die häufig stattfindende Auflösung der Kugeln kurz nach deren Entstehung zurückzuführen ist. Er zog im Weiteren eine Verbindung zu den Experimenten von R. E. Liesegang, der 1896 mit Silbernitrat in gallertig-gelatinöser Masse konzentrische Ringbildungen erzeugte. Leveson schloss jedoch nicht auf eine kolloidale (gallertige) Konsistenz der Orbiculitmatrix, sondern auf die Möglichkeit, dass der Liesegang-Effekt auch in magmatischen Schmelzen und in Lösungen auftreten könnte.
Ende der 1980-er Jahre lieferte H.P. Meyer aus Heidelberg mit seiner Dissertation ein präzisiertes Genese-Modell. Er beschrieb das Geschehen in der Nähe der entstehenden Orbicule mit dem Modell der "Unterkühlung mit heterogener Keimbildung und diffusionskontrolliertem Wachstum". Dabei kristallisieren in einem in fremdes Gestein eingedrungenen, für geologische Verhältnisse rasch abkühlenden Pluton (Magma) bestimmte Substanzen radialstrahlig um eine Anzahl von Kristallisationskeimen, was zu einer örtlichen Ausdünnung dieser nur langsam wandernden (diffundierenden) Substanz im Magma führt. Von einem bestimmten Moment an ist die Ausdünnung so stark, dass das Übergewicht einer anderen Substanz zu deren Kristallisation um die entstehenden Orbicule führt, wodurch eine zweite Schicht entsteht. Nach einer gewissen Zeit kippt das Verhältnis wieder in die andere Richtung, was zur Bildung einer dritten Schicht führt, usw.
Im Vergleich zu den abenteuerlichen Entstehungsthesen früherer Zeiten scheint dieses Modell mit vielen orbiculitischen Phänomenen vereinbar zu sein, weshalb es allgemein anerkannt wird.

Trotzdem kann man den Eindruck haben, dass gewisse Aspekte des Phänomens in diesem Genesemodell zu wenig berücksichtigt sind: Vor allem das Abblättern und Herumschwimmen von Außenschalen (vgl. dasselbe Phänomen bei gewissen Achaten), das Aufbrechen von Orbiculen mit nachfolgendem Eindringen der umgebenden Masse, und nicht zuletzt das weiche Aneinanderschmiegen der Kugeln erscheint rätselhaft. Bei üblicher Kristallisation würde man eher harte oder zumindest nicht in dieser Weise deformierbare Formen und Schalen erwarten. Bei einer reinen Kristallisation würden die Kugeln bei gegenseitiger Berührung wohl einfach zusammenwachsen oder starre Berührungsflächen bilden, ähnlich den Kristallfronten, die sich in Drusen begegnen oder durchdringen.

Man kann von diesem Punkt aus den Denkversuch machen, das Phänomen der Orbiculite unter der Voraussetzung einer kolloid-artigen Konsistenz der intrudierten Plutone zu verstehen. Man muss dabei den Schritt vom magmatischen Pluton zu einer heißen, annähernd "gallertigen" Mineralmasse machen. Die von Meyer postulierte diffusionskontrollierte Kristallisation wäre dann als diffusionskontrollierte schalige Anlagerung in kolloidaler Grundmasse zu verstehen, wie sie auch im Kapitel über Achate beschrieben wird. Die eigentliche Kristallisation, d.h. der Übergang zum heutigen Zustand hätte dann erst später, nach der vollen Ausbildung und allfälligen plastischen Deformation der Orbicule stattgefunden.

Die Bilder zeigen links Experimente mit Eiern, die in Kolloiden unter Druck erhärtet sind und rechts Ausschnitte von Kugelgraniten.
08_das_kugelgranitproblem_17_3002.jpg 08_das_kugelgranitproblem_18_3001.jpg
08_das_kugelgranitproblem_19_3002.jpg 08_das_kugelgranitproblem_20_3001.jpg

Man könnte bei der Orbiculitmatrix vielleicht an ein Mittelding zwischen den beiden Zuständen "magmatisch" und "kolloidal" denken, an eine heisse, kolloidähnliche, wässrig-kieselsaure "Prä-Gesteinsmasse". Es müsste wohl angenommen werden, dass eine solche Gesteins-Konsistenz unter den heutigen chemophysikalischen Randbedingungen der Erde kaum mehr möglich ist und auch im Experiment kaum nachvollzogen werden könnte. Auffälligerweise finden sich in jüngeren Gesteinen keine Orbiculite dieser Ausprägung mehr, das Phänomen scheint auf eine bestimmte Zeitdauer beschränkt gewesen zu sein (v.a. Proterozoikum, z.T. spätes Archaikum, einzelne im Paläozoikum). In den grundsätzlichen Kapiteln, z.B. Selbstorganisation wird der Frage der möglichen Irreversibilität und zeitlichen Bedingtheit gewisser Gesteinsentstehungsprozesse nachgegangen.