Ilfeld/ Südlicher Harzrand

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Die Lange Wand bei Ilfeld markiert die Grenze zwischen Rotliegend und Zechstein, den beiden im deutschsprachigen Raum gebräuchlichen lithostratigrafischen Unterteilungen des Perm (Dyas). Ein Unterschied, wie er nicht deutlicher sein könnte: roter, bröseliger Ilfelder Porphyrit (270-280 mya) mit klarer Grenze zu überlagernden Kalksteinen des Zechstein.

Ilfeld

Skizze des südlichen Harzrandes nach LIESSMANN (1997). Im Permokarbon kam es zu einer Bildung von Becken und Schwellen durch spätvariszische Tektonik. Damit begann vor etwa 300 Millionen Jahren nahezu zeitgleich zur Bildung des Brockengranits der Vulkanismus im Ilfelder Raum. Das Klima zu dieser Zeit war heiß und trocken, die Rotfärbung der Sedimente ist typisch für ein wüstenartiges Klima. Rund 40 Millionen Jahre lang gab es hier Vulkanismus mit gleichzeitiger kräftiger Erosion (fluviatil und aeolisch) sowohl der Vulkanite, hauptsächlich aber der Abtragungsprodukte aus dem Harz (Konglomerate) in die vorgelagerten Becken, die eine Mächtigkeit von bis zu 3000 m besitzen.

Der Harz wurde durch Abtragung eingerumpft, seine Höhe dürfte 150 m nicht überschritten haben, die Becken lagen bis zu 200 m unter dem Meeresspiegel. Die folgende Meerestransgression im oberen Perm vor 258 Millionen Jahren lagerte zuerst das Zechsteinkonglomerat (Brandungsgerölle) ab, dann den wirtschaftlich wichtigen Kupferschiefer. In sehr heißem Klima entstanden die Kalke und Dolomite des Zechstein und schließlich die mächtigen Gips- und Anhydritlager der Werra-Formation als Folge der Eindunstung in Salztonebenen (Playas).

 

Vereinfachte Stratigraphie des Ilfelder Gebiets

Rotliegend

  • Ilfelder Schichten (Stefan und Autun): Sandsteine, Melaphyre (Andesit), Rhyolith, Tuffit
  • Ellricher Schichten (Saxon): Porphyr-Konglomerat, Walkenried-Sandstein

Zechstein (Werra-Folge)

  • Zechsteinkonglomerat (258 mya)
  • Kupferschiefer (Schwarzschiefer, älteste Formation)
  • Zechsteindolomit
  • Werra-Anhydrit (Werra-Steinsalz)

 

Maximale Verbreitung des Zechsteinmeeres vor 225 Millionen Jahren (Quelle: wikipedia). Flaches Binnenmeer mit durchlüftetem Oberflächenwasser und anoxischem Tiefenwasser, vergleichbar mit dem heutigen Schwarzen Meer, jedoch in ariden Klimaverhältnissen.

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Über dem roten Porphyrit (Rhyolith), ca. 270-280 mya, folgt ein schmaler Bleichhorizont, der die Grenze zum Zechsteinkonglomerat (20 cm) darstellt, gefolgt von einer dünnen Lage Kupferschiefer (10 cm), schließlich gebankter Zechsteinkalk. Das Konglomerat ist eine direkte Folge der Meerestransgression, danach stellten sich am Meeresboden anoxische Bedingungen ein, die zur Ablagerung des Kupferschiefers führten.

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Kupferschiefer, eine Faulschlammablagerung, ist kein Schiefer im petrographischen Sinne, sondern ein geschichtetes Tonsediment. Er wurde seit dem Mittelalter über Jahrhunderte bis 1990 an vielen Orten Mitteleuropas zur Metallgewinnung (hauptsächlich Cu) abgebaut. Östlich von Spremberg soll ab 2020 wieder Kupferschiefer gefördert werden; weil Kupferpreise steigen, scheint ein Abbau wieder wirtschaftlich zu werden.

Im Bild: „Weißliegendes“ im Kontakt zur „Feinen Lette“, darüber kohlig-bituminöser Tonmergelstein („Grobe Lette“). Schwermetallhaltige Fluide wurden aus vulkanischer Tätigkeit mobilisiert und unterhalb der Redox-Sprungschicht des Wassers durch Schwefelbakterien als Sulfide im Faulschlamm ausgefällt (Desulfurikation). Die Metall-Anreicherung erfolgte epigenetisch in der Trias, mittlere Metallgehalte liegen bei ca. 3%. Hauptsächliche Bestandteile sind Cu, Pb, Zn mit Anreicherungen von V,  Co, Ag, Mo, Ni, Cd, Th, Platinmetalle, Rh. Die Normalfazies des Kupferschiefers lag in etwa 200 m Wassertiefe, es ist von einer Sedimentationsdauer von 20.-40.000 Jahren auszugehen.

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Das sehenswerte Besucherbergwerk „Lange Wand“ baute unter anderem von von 1846-1860 auf die sog. „Kobaltrücken“ (Co-Ni-As-Ba-Vererzung), Erzrücken an den Störungen im Zechsteinkalk, allerdings erwies sich die Förderung als nicht wirtschaftlich.

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Die Diagenese des Kupferschiefers, vermutlich in der Trias durch Kompaktion und Auspressung von Wasser/ Mobilisierung von Metallionen, führte zu einer Erzanreicherung in den tiefen Lagen des Kupferschiefers und den hohen Lagen des Kalksteins.

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Malachit und Azurit (auch Erythrin kann beobachtet werden) als Ausblühungen sekundärer Kupfererze an den Wänden des Bergwerks.

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Ilfelder Rhyolith am „Nadelöhr„, eine von vielen Felsformationen, die durch die unterschiedliche Verwitterungsbeständigkeit einzelner Gesteinsfolgen entstanden. Über dem Behretal stehen weitere bizarre Felsformationen an (Höhenweg). Hier im Osten des Ilfelder Beckens erreicht der Vulkanit eine Mächtigkeit von etwa 300 m.

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Die Vulkanite des Rotliegend im Ilfelder Becken haben andesitische (Melaphyr) bis rhyolithe Zusammensetzung (auch Rhyodacite) und wurden subvulkanisch aus Quellkuppen gebildet oder aus Glutwolken und Aschewolken als Tuff ausgestoßen und zu Tuffit verfestigt.  Aufgrund des intermediären bis sauren Charakters der Gesteine kann von einem explosiven Vulkanismus ausgegangen werden.

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Rote Schluff- und Sandsteine mit Kalksteinen im Tal der Behre, die vermutlich zur Zeit der Verlandung entstanden. Sie liegen zwischem dem Rhyolith (Rhyodacit) und den Melaphyren.

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Melaphyr-Mandelstein aus dem Behre-Tal. Vom Harzbahnübergang der Straße Netzkater-Ilfeld den Pfad am rechten Behreufer Richtung Ilfeld entlanggehend, kommt man zuerst an den Halden und Überresten des Otto-Stollen vorbei, einige 100 m weiter stehen Melaphyre in den Felsen an. Diese führen hauptsächlich Quarz, Calcit, Baryt oder Siderit sowie reichlich grünen Chlorit („Delessit“). Seltener und gesucht sind Mandeln mit Achat-, Rauchquarz- oder Amethyst-Füllung.

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Die kohleführende Schichten aus Tonstein mit einer Flözmächtigkeit von 2 m (Steinkohlelagen 25-40 cm, Rest „Brandschiefer“), hier Funde von den verwachsenen Halden des Otto-Stollen, enthalten reichlich Fossilien, hauptsächlich Baumfarne (die damals bis zu 20 m Höhe aufwuchsen) und Schachtelhalme; bekannt sind auch Funde von Cordaiten und Koniferen. Es ist nicht ungefährlich, am steilen Hangufer der Behre nach Fossilien zu suchen. Rechts ein Bruchstück eines Schachtelhalmstammes (Calamites). Aufgrund der Zusammensetzung der fossilien Flora liegt die stratigrafische Einordnung als Oberkarbon näher als unteres Perm.

Steinkohle

Die Kohle entstand in einer sumpfigen, lagunären Umgebung in Uferregionen mit Süßwasser in tropischem Klima; das Harzgebirge befand sich damals in etwa auf Höhe des Äquators.

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Samenfrucht (Nacktsamer) eines Baumfarns ohne Zuordnung

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Zweige des Baumfarns Scoleopteris im Brandschiefer.

Im Gebiet um Ilfeld empfiehlt sich noch der Besuch des Rabensteiner Stollens (Steinkohlebergwerk, zeitweise aufgrund Brennstoffmangels nach dem Kriege von 1946-1949 betrieben, heute Besucherbergwerk) und des Gebietes um das Braunsteinhaus (Manganvererzung, hydrothermale Gänge aus permischen Vulkanismus mit Calcit, Baryt und Quarz als Gangfüllung, berühmte Fundstelle für Manganit, Pyrolusit, Hausmannit etc.)

Kiesgrube Ellrich

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Äolische Sedimente, fossilleere Dünensande der Walkenried-Formation in der Sandgrube Ellrich. Überlagerung mit Winkeldiskordanz durch Zechsteinkonglomerat, Kupferschiefer und Zechsteinkalk. Der Kupferschiefer scheint hier auch weitgehend fossilleer zu sein, Fossilfunde wie der berühmte „Kupferschieferhering“ Paläoniscum freieslebeni sind wohl eher an die Rand- und Schwellenfazies (Tempestite) gebunden.

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Bauende Kiesgrube in Ellrich. Der oberflächennahe Horizont ist gebleicht, darunter liegende Sande haben die typische Färbung rotliegender Sedimente.

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Gebankte Kalke des Zechstein in schräger Lagerung, oben die Kuppe einer Riffbildung (Werra-Carbonat mit Riff-Fazies?).

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Links der Massenkalk (Riffkörper) aus dem oberen Bild, rechts kugelige Konkretionen im Zechsteinkalk, möglicherweise entstanden aus zirkulierenden Lösungen (Tellerstruktur?)

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Blick nach Norden auf den Südharz vom Top der Kiesgrube Ellrich

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Weiter südlich im Ilfelder Becken stehen mächtige Anhydritschichten der Werra-Formation an, hier ein Gipsbruch bei Nüxei. In den rund 7 Millionen Jahren des Zechstein (258-251 mya) lagerten sich im Harzvorland Schichten bis zu 1000 m Mächtigkeit an, in denen die typischen Evaporitabfolgen endorheischer Becken (Salztonebenen, Playas in aridem Klima, vergleichbar z.B. mit Great Salt Lake Desert/USA) aus Ton, Kalk, Dolomit, Gips, Steinsalz, schließlich Kali- und Magnesiumsalzen zur Ablagerung kamen bzw. in Zyklen wechselten. In Norddeutschland werden 7 Zechstein-Zyklen (-Formationen) beschrieben, im Harzvorland gab es vier, die Werra-Formation ist die älteste von ihnen.

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Das südliche Harzvorland ist Karstgebiet (Sulfatkarst). Durch die unterirdischen Auslaugungen von Salz, Gips oder Anhydrit sind an vielen Orten Höhlen (z.B. Einhornhöhle in Scharzfels), Dolinen und Erdfälle zu beobachten, hier links im Bild ein nur zeitweilig aktiver Bachlauf, eine sog. Bachschwinde, auf dem Weg zum Römerstein. Rechts ein Gipsbrocken aus dem Steinbruch. Die Risse entstanden durch Aufblähung des Anhydrits durch Wasseraufnahme.

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Der Römerstein zwischen Steina und Tettenborn erhebt sich etwa 35 m über seine Umgebung und ist Überbleibsel eines Zechsteinriffs (harter, massiger Zechsteindolomit). Auf der Eichsfeldschwelle (zum Tanner Grauwackenzug gehörend), einer im Zechsteinmeer gelegenen Untiefenzone, bildeten sich in tropischem Klima Riffinseln wie der Römerstein, das Riff Bartolfelde oder die Westersteine. Der Römerstein liegt möglicherweise auf einem kleinen Rotliegend-Vulkan. Die Sedimentation des Kupferschiefers und später des Anhydrits erfolgte in den benachbarten Meeresbecken.

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Algenmatten (Stromatolithen), möglicherweise durch Sackungs- und Rutschungsvorgänge infolge instabiler Position im ehemals exponiertem Riff abgerutscht. Es gibt eine Muschel-, Brachiopoden- und Bryozoen-Fauna an der Nordseite (Brandungsseite). Riffbildner sind Algenmatten, untergeordnet Bryozoen. Das Riff ist stratigraphisch wohl ebenfalls in die Werra-Formation (Werracarbonat) einzuordnen.

Literatur/Links

  1. zur Geologie des Ilfelder Beckens
  2. zum Kupferschiefer; es gibt auch einen guten Wikipedia-Artikel
  3. Zur Lebewelt der Zechsteinriffe

KNAPPE: „Wackersteine, Wald und Wüste – unterwegs im Harz“ – Pfeil-Verlag 2011

MOHR: „Harz- Westlicher Teil“ – Sammlung Geologischer Führer Bd. 58, Berlin-Stuttgart, 1973

 

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