Kolloide und Kalk

Kolloide sind Stoffe, die sich in einem halbstabilen Übergangszustand zwischen flüssig und fest befinden und sehr komplexe chemische und physikalische Eigenschaften besitzen. Kolloide bestehen aus mikroskopisch kleinen Substanz- bzw. Molekülaggregaten und befinden sich oft in einem leimartig-cremigen oder gelatinös-gallertigen Zustand. Sie kommen vielfältiger noch als in der anorganischen in der organischen Welt vor, nämlich in den Säften und Weichteilen aller Lebewesen vom Einzeller bis zum Mensch. Zellflüssigkeit, Milch, Eiweiß und Blut sind Kolloide.
Die Kolloide, seien sie organisch oder anorganisch, bilden oft jenes Medium, in dem sich Selbstorganisation auf hoher und höchster Stufe abspielen kann.

Es werden in diesem und den folgenden 6 Kapiteln Experimente mit kolloidalen Substanzen vorgestellt, die zu Differenzierungen und Sonderungen führen, deren Erscheinungsbild gewissen Gesteinsarten erstaunlich ähnlich ist. Zunächst erscheinen Analogieschlüsse aus solchen Ähnlichkeiten verfehlt, doch die Vielzahl der Parallelen kann den Verdacht aufkommen lassen, dass hinter dem Phänomen mehr steckt als nur Zufall. Die relativ einfache Nachbildungsmöglichkeit von Gesteinsformationen durch kolloidale Experimente könnte vermuten lassen, dass die oft sehr differenzierten und eigenartigen Formen der Gesteinswelt unter der Mitwirkung kolloidaler Prozesse entstanden seien. Sicher wäre es falsch zu denken, der Entstehungsprozess dieser Gesteine könne durch solche Experimente "nachgeahmt" werden, denn es handelt sich bei den Experimenten um eine bestimmte Art von heutigen, organischen Kolloiden, wogegen in den Urzeiten der Erde von einer Chemie und von Vorgängen ganz anderer Art ausgegangen werden muss. Mit Experimenten dieser Art kann lediglich der morphologische, d.h. auf die äußere Form konzentrierte Forschungsansatz unterstützt werden. "Beweise" für irgendetwas könnten - wenn überhaupt - erst aufgrund ganz andersartiger und tiefer gehender Untersuchungen erreicht werden.


Die folgenden Bilder in der linken Spalte zeigen, dass Kolloide, wenn sie in einem halbverfestigten, gel-artigen Zustand sind, ähnliche Rissformen bilden können, wie gewisse Kalkformationen. Es handelt sich beim vorliegenden Experiment um eingefärbtes Gel (Agar), das einer künstlichen Scherung ausgesetzt und dann in gerissenem Zustand von weißer, ebenfalls gelierender Masse durchdrungen worden ist.
Rechts zum Vergleich deformierte Flysch-Formationen der Kreidezeit in Ligurien, Italien (so genannte Fiederklüfte in bruchhafter Deformation).
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Die Entstehung dieser Gesteinsformen wird aus den chemophysikalischen Verhaltensweisen des Kalkgesteins unter extremen Bedingungen erklärt. Man stellt sich eine sehr langsame, von chemischen und physikalischen Prozessen begleitete Deformation von hartem, wasserhaltigem Kalkgestein vor, die sich durch die riesigen Druck- und Dehnungskräfte des Erdinnern ergibt (z.B. 2 - 3 Kilobar Druck). Für die geschwungenen, weißen Formen kommen demnach folgende Erklärungen in Frage: Entweder hat sich das graue, feinkörnige Kalkgestein in den Zonen bestimmter Kraftlinien (Scherung, Druck oder Zug) zu größeren, weißen Calzitkristallen umkristallisiert, oder aber langsam entstehende Risse haben sich während des Jahrtausende dauernden Bewegungsvorgangs unter Vermittlung von mineralhaltigem Poren- und Gangwasser kontinuierlich mit Calzit aufgefüllt. Die Temperaturen, zwischen zwanzig und wenigen hundert Grad gelegen, vermochten das Gestein nicht im "magmatischen" Sinne weich zu machen, sondern spielten vor allem in chemischer Hinsicht eine Rolle. Die Konsistenz des Gesteins wird also nicht weich vorgestellt, sondern hart wie das Eis eines Gletschers, das sich nur dank der großen Masse und Langsamkeit plastisch verhält.
Die faserig-fleischigen Formen entstammen bei dieser Vorstellung also einer pseudoplastischen Konsistenz vermittels großem Druck und langer Zeitdauer.
Tatsächlich kann Gletschereis beispielsweise Stau-Wellen ähnlich wie in einem Gewässer bilden (linkes Bild). Rechts sind stark verkrümmte Rissfugen in verknetetem Gletschereis abgebildet (Morteratschgletscher, Bernina-Massiv, Schweiz).
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Und tatsächlich können Calzit-Linsen beobachtet werden, deren Entstehungsprozess nicht abgeschlossen ist, so dass die Umkristallisierung vom dunklen Kalk in den großkristallinen, weißen Calzit deutlich sichtbar ist (stark deformierter Kalkschiefer, Viamalaschlucht, Schweiz).
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Man ist versucht, sich mit dieser einleuchtenden Erklärung der Formentstehung zufrieden zu geben. Doch ein Gefühl der Unsicherheit kann zurückbleiben. Wie steht es beispielsweise mit den beiden wellenförmigen Fasern auf dem folgenden Bild: Daneben abgebildet Trockenfleisch.
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Mag die tektonische Verformung riesiger Gesteinskomplexe ein langsames, pseudoplastisches Aufreißen oder Umkristallisieren von Gesteinsmassen und damit gewisse Rissformen glaubhaft machen, das faserige Verhalten im Mikrobereich entzieht sich dieser Erklärung.
Die folgende Abbildung eines Kalkstücks aus den Schweizer Voralpen zeigt ein weiteres Beispiel von merkwürdiger Rissformation.
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Die kurze, stark gebogene Form besitzt neben den faserigen Rissen zugleich zwei Reihen von Pyrit-Einschlüssen. Auch wenn ein Fossil oder eine fossilartige Konkretion die bogenförmige Umrissgestalt bewirkt hat, bleibt die Form der faserigen Bänder rätselhaft, denn die Risse sind offensichtlich nicht allein durch eine großräumige Tektonik entstanden. Sie erscheinen sehr lokal und objektbezogen, so dass man am ehesten an Schwundrisse denken muss.

Schwundrisse in Palmenrinde, rechts im Negativ (Riss = weiß)
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Schwundrisse durch Entzug von Wasser bzw. gleichzeitiger kolloidaler Verdickung in einer Sahnehaut auf Kakao, rechts im Negativ (Riss = weiß)
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Links Negativbild (Riss = weiß), danach Bilder von metamorphem Flysch-Kalk.
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Schwundrisse oder eine Kombination von Scherungsrissen und Schwundrissen könnten auf eine Konsistenz deuten, die zugleich auch die zuerst genannten wellenförmigen Fasern erklären würde: auf eine nicht ganz erhärtete, stark wassergesättigte, ansatzweise "faserig" reagierende Konsistenz der Ur-Kalkmasse während oder nach ihrer Diagenese. (Diagenese = Verfestigungsprozess nach der Sedimentation).

Im Folgenden sind einige weitere Formen aus dem ligurischen Flysch abgebildet. Zu beachten ist die Mischung aus "faserigem" und "blockartigem" Reißen und Brechen, wie es in hart-gallertigen Strukturen vorkommen kann.
Links: Riss-Experimente mit hartem Gel (Agar), rechts metamorpher Flysch
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Zum Vergleich trockene, rezente (heutige) Brechformen im gleichen Flyschkalk: Die Risse laufen starr durch, es gibt keine halb angerissene Stellen und abgekrümmte Fragmente wie im metamorphen Flysch.
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Einige weitere Bilder mit stark metamorphen Kalkformationen, hier aus dem Unterengadin in der Schweiz (Val Trupchun). Das Phänomen ist weltweit häufig zu finden.
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Dass der weiße Inhalt der Risse nicht nur durch langsame Umkristallisation, sondern auch durch "normale" Ausfällung von Calzit aus einer stark mineralisierten Porenflüssigkeit entstand, lässt sich angesichts der folgenden Bilder von stark abgewittertem Flysch vermuten. Die Risswandungen sind wie in einer normalen Kluft beiderseitig mit Calzit bedeckt. Auch hier ergibt sich die Vorstellung einer käsig-harten Kalkmasse zum Zeitpunkt der Metamorphose.
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Die Schlussfolgerung?
Die Kalkmassen der genannten Art könnten in der Zeit vor und während ihrer Metamorphose eine stark wasserhaltige und auch (entsprechend dem riesigen Druck beschränkt) "weiche" und "faserige" Konsistenz besessen haben, wären also nicht als ausgehärtetes Gestein vorzustellen. Die Art der Scherungs- und evtl. Schwundrisse deuten auf eine solche Möglichkeit.