Quarzgebundene Gerölle und Brekzien

Die morphologische Untersuchung gewisser quarzgebundener bzw. verkieselter Gerölle und Brekzien (auch Hartklastite genannt), führt zu interessanten Fragen. Auf den ersten Blick erscheinen die Phänomene klar, die Art der Metamorphose bekannt, doch der zweite Blick und das nähere Studium der Details zeigen, dass möglicherweise andere Umstände von Konsistenz, Verformung und Umwandlung geherrscht haben, als man zunächst annehmen möchte. Man stößt hier auf ähnliche Fragen, wie sie bereits im Kapitel über die Kolloide besprochen worden sind.

Bei den hier gemeinten Geröllen, die im Gegensatz zu den schwächer gebundenen jungen Geröllen beispielsweise der Alpenfaltung (Nagelfluh) vollkommen verfestigt sind, geht die kristalline Härte auch durch die Matrix (Füllmasse) hindurch, so dass sich die einzelnen Steine (Klasten) nicht mehr herauslösen lassen. Die Petrologie geht hier von fluviatilen Geröllen (Flussgeröllen) aus, die versenkt worden und in die Nähe warmer oder heißer Zonen geraten sind, wo sie unter hohem Druck und unter Mitwirkung von temperierten, kieselsauren Lösungen metamorph überprägt (umkristallisiert) und miteinander verbunden wurden. Teilweise ging die Metamorphose bis hart an die Grenze des Aufschmelzens heran.
Bei den hier in Betracht kommenden quarzitischen Brekzien wiederum (auch Breccien oder Bruchtrümmer-Konglomerate) wird eine analoge Entstehungsweise angenommen, mit dem Unterschied, dass nicht Flussgeröll, sondern Bruchtrümmer aus ober- und untermeerischen Bergstürzen oder Bruchzonen in warme oder heiße Tiefen hinabgedrückt und dort ebenfalls metamorph überprägt wurden.

Zwei Phänomene sollen hier interessieren: Die gegenseitigen Verformungen (Eindellungen) und die Auflösungserscheinungen.

Bilder: Gerölle aus Quarzit, Gneis und Magnetit mit Eindellungen und Verbiegungen. (Bahia, Nordostbrasilien; Präkambrium)
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Die Eindellungen zeigen den Unterschied zu den jungen Geröllen der Nagelfluh, die ohne gegenseitige Verformung sind.

Dasselbe Phänomen des gegenseitigen Eindringens findet man bei quarzitischen Brekzien, (Norwegen, ?Präkambrium):
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Bevor das Phänomen diskutiert werden soll, nachstehend einige Bilder von Auflösungserscheinungen bei den Geröllen:
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Und entsprechende Auflösungserscheinungen bei den Brekzien:
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Dass bei der Metamorphose der Gerölle und Brekzien Diffusionsprozesse (= atomare bzw. molekulare Wanderungsprozesse) erheblich mitgewirkt haben, zeigen die folgenden Bilder. Es sind ein roter und ein grüner Diffusionshof zu sehen, die um zwei Steine herum lagern, ferner rote Diffusionsringe innerhalb eines Steins und gelbe Ränder in der Außenzone eines anderen. Die Diffusion konnte vermutlich vor allem dank der alles durchdringenden, heißwässrigen Lösung stattfinden. Das Wasser war gewissermaßen Bestandteil des Gesteins, zum einen chemisch gebunden und zum andern frei, und vermutlich mit einem verhältnismäßig bedeutenden Anteil vertreten:
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Während der Metamorphose fanden starke Umkristallisations-Prozesse statt, wie sie auf den folgenden Bildern zu sehen sind. Die abgebildeten Steine gliedern sich nach ihrer Umwandlung in ganz unterschiedliche Mineral- oder Gesteinspartien auf:
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Welche Konsistenz aber besaßen diese Gerölle und Brekzien, wenn sie sich gegenseitig eindellen und ähnlich wie ein verrottendes Material auflösen konnten? Man hat insgesamt den Eindruck von einem "hart-gallertigen" Zustand. Natürlich kann es sich bei einem Druck von 1 oder 2 Kilobar nicht um eine gallertige Kolloidalität im üblichen Sinne handeln, aber es scheint denkbar, dass zumindest eine gewisse starke Wasserbeteiligung zu den vorliegenden Charakteristiken geführt hat.

Der Weg zu einer noch stärkeren Erhitzung und Aufweichung führt etwa zu folgenden Formen, wobei auch hier die chemische Wasserbeteiligung nicht ausgeschlossen werden kann:
Ausgewalzte Gerölle (Brasilien?)
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Die weiter oben gezeigten Gerölle und Brekzien sind noch nicht in diesem cremig-weichen, verschwimmenden Zustand. Sie sind scharf konturiert, nahezu formstabil, verformen sich jedoch von Stück zu Stück individuell in den kleinräumigen Fliessbewegungen der quarzitischen Matrix bzw. durch Zusammenstoßen infolge dieser Bewegungen. Die gegenseitigen Eindellungen sind selbstverständlich nicht aufgrund des großen tektonischen Druckes entstanden, der in dem Gesamtgefüge ja allseitig wirkt, sondern aufgrund lokaler Stossbewegungen.
Wo Auflösungserscheinungen eintreten sind diese ebenfalls individuell und erfassen die Steine je nach ihrer stofflichen Eigenart. Die Auflösung führt oft zu einem Auseinanderfallen in Teile oder in neue, eigenständige Klasten.

Bei den quarzitischen Brekzien lösen sich die dunklen Gesteine in hellen, strömenden Quarzit auf, d.h. die bewegte Matrix zwischen den Klasten besteht nicht nur aus ursprünglichem Sand, sondern auch aus aufgelöster Gesteinssubstanz:
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Gerade diese strömende Matrix, die sogar Klasten ineinander zu drängen und zu stoßen vermochte, bevor sie wieder zu reinem Quarzit erhärtete, erinnert an Substanzen wie gesottene Butter oder Schokolade. Es wird hier trotz des Wissens um den ungeheuren Druck ein solcher Vergleich gezogen, weil die Formen auf ein Entsprechendes hindeuten. Die Prozesse waren zumindest kleinräumig-fliessend.

Bei den Quarzit- und Gneis-Geröllen lösen sich die Gesteine teilweise in eine granitartige Masse auf, d.h. auch hier scheint die Matrix nicht nur aus ursprünglichem Erosionsmaterial, sondern auch aus aufgelöster Gesteinssubstanz zu bestehen:
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Im Weiteren sind Zerfallsformen zu beobachten, die weniger mit einem Weich-Werden durch reine Erhitzung zu tun zu haben scheinen, als vielmehr mit jenem Aufreißen und Zerfallen, das ähnlich bereits bei den Kalkformationen diskutiert wurde (vgl. das Kapitel Kolloide und Kalk). Der grau-rote Stein auf dem linken Bild beispielsweise wäre bei einer Verkrümmung im weichen Zustand einfach nur krumm geworden wie erhitztes Glas. Oder aber er wäre entzweigebrochen wie Glas, das zu stark belastet wird. Auch hier deuten die eingerissenen Formen auf eine Konsistenz, die weich-rissig und zerfallend-auflösend war:
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Zum Schluss soll nochmals auf die eigenartigen Eindellungen und Durchdringungen gerade bei den Brekzien zurückgekommen werden: Die Konsistenzfrage stellt sich hier besonders eindringlich. Denn bei einer großräumigen Metamorphose oder Aufweichung eines gepressten, starren Konglomerat-Pakets wären die einzelnen Objekte vermutlich nicht auf diese Weise ineinander gedrungen. Es müssen kleinräumige, bedeutende Fliessbewegungen mit lokalen Druckwirkungen vorhanden gewesen sein. Zudem müssen die Gesteine weich und zugleich formstabil gewesen sein, wie das gerade bei gallertigen, kolloidalen Zuständen bekannt ist. Sicher, die hart-gallertige Konsistenz beispielsweise von Hartkäse liegt nahe bei der zäh-plastischen von erhitztem Glas und der Druck war bei den Hartklastiten um Potenzen größer als auf der Erdoberfläche, aber trotzdem drängt das Formempfinden auf die Vermutung einer gewissen Differenz zu gewöhnlichen Aufschmelz- oder Aufweichprozessen. Man hat den Eindruck, dass die Phänomene insgesamt eine Mischung aus Plastizität durch Erwärmung, "sandig-flüssiger" Beweglichkeit unter Beteiligung von Kieselsäure oder freiem Wasser und Deformierbarkeit mit hart-kolloidalem Charakter zeigen. Vielleicht waren Druck und Wasser die beiden Hauptverantwortlichen für Prozesse dieser Art.


Man wird auf dem Umweg über die roten Quarzit-Gerölle aus Nordostbrasilien auf ein weiteres, hier nur am Rand zu streifendes Phänomen gestoßen, das die "Wasser-Frage" ebenfalls enthält. Die roten Gerölle stammen aus den zentralen Gebirgen im brasilianischen Bundesstaat Bahia. In dieser Region finden sich nun auch fluviatile und äolische (wind-erodierte) Sandsteine aus dem mittleren Proterozoikum, die ähnlich wie Kalkgebrige verkarstet und mit Höhlen durchzogen sind. Eine parallele Erscheinung tritt in den proterozoischen und archaischen Quarzitkomplexen der Gebirge im brasilianischen Bundesstaat Minas Gerais auf. Dort finden sich Höhlen bis zu drei Kilometern Länge und 50 Metern Weite, mit Stalaktiten und Stalagmiten aus Quarz (in der amorphen Form von Opal), daneben Karren, Dolinen und andere Karsterscheinungen. Das Phänomen ist ebenfalls in Australien und Südafrika anzutreffen, es ist global und im Verhältnis gesehen jedoch selten. Dass nicht nur der quarzgebundene Sandstein, sondern auch der noch stärker gebundene Quarzit deutliche Verkarstungs-Erscheinungen aufweist, ist deshalb rätselhaft, weil Quarz als sehr lösungsresistent gilt. Die bisher gemachten Untersuchungen zeigen als Motor der Erscheinung Erosion durch Wasser, müssen aber zur Erklärung der großen Ausmaße der Verkarstung selbstredend sehr lange Zeiträume für diese Erosion annehmen. Man ist an die Metapher der "Sekunde der Ewigkeit" erinnert, in der ein Diamantberg durch den Schnabel eines Vogels abgewetzt wird, welcher nur alle Tausend Jahre den Berg besucht.
Beim Phänomen der Quarzitverkarstung kann sich angesichts der oben besprochenen Gerölle die Frage ergeben: War die Konsistenz der Quarzite (und Sandsteine) dank einer merklichen Menge im Quarz chemisch gebundenen und auch freien Wassers ein solche, dass eine starke Verkarstungen ähnlich wie in den Kalkgebirgen auch in geologisch kürzeren Zeiträumen entstehen konnte?