Kaiserstuhl: Geologie – Limberg – Humberg

Zwei Exkursionen in den Kaiserstuhl im März und im Juli 2013 gaben einen Einblick in die Geologie und die petrographische Vielfalt dieses verhältnismäßig jungen Vulkangebietes. Die Auswahl der Exkursionspunkte erfolgte nach auf mineralienatlas.de beschriebenen Mineralfundstellen.

Die Phase der vulkanischen Aktivität im Miozän vor 19-15 Millionen Jahren begann mit dem Aufstieg von Magmen im Oberrheingraben im Kreuzungsbereich einer tektonischen Schwächezone des Rheingrabens und herzynischer Brüche in der Bonndorfer Grabenzone. Aus etwa 24 km Tiefe, an einer durch die Grabenbildung verdünnten Erdkruste, drangen die Magmen eines Manteldiapirs aus bis zu 100 km Tiefe infolge Druckentlastung an die Oberfläche.

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Blick vom Parkplatz am Pulverbuck auf das subvulkanische Essexitmassiv des Totenkopf im Zentrum des Kaiserstuhls. Vor 19-15 Millionen Jahren fanden im Bereich des Kaiserstuhls explosive Ausbrüche gasreicher Laven statt. Tuffe/Agglomerate und effusive Lavaströme schufen die typische Wechsellagerung eines Stratovulkans. Postvulkanische tektonische Vorgänge zerlegten diesen in Einzelschollen, die Erosion des vulkanischen und subvulkanischen Bereichs führte zu Abtragung und Zertalung. Die ursprüngliche Höhe des Kaiserstuhlvulkans lag wohl einige hundert Meter höher. In den Kaltzeiten lagerte sich Löß bis 40 m Mächtigkeit ab, der die Grundlage für den Weinbau im Kaiserstuhl bildet.

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Blick vom Badberg nach Osten auf die Hügel des zentralen Karbonatitkomplexes. In der Ferne liegt Freiburg in der Oberrheinebene mit dem dahinter aufsteigenden Schwarzwald. Die Erosion hatte im Kaiserstuhl genügend Zeit, um einen Großteil der vulkanischen Massen wieder auszuräumen, so daß die Berge und Höhen des heutigen Landschaftsbildes nicht etwa Vulkankegel, sondern erodierte, subvulkanische Bereiche darstellen.

Geologie Kaiserstuhl

Im Zentrum des Massivs stehen Subvulkanite an (Essexit, Karbonatit, auch Phonolithe), umschlossen von der Hauptmasse an Laven und Pyroklasten (Tephrite). Am östlichen Zentrumsrand des Kraters fand eine Kontaktmetamorphose mit den Sedimenten des Oligozän statt. Der Osten des Kaiserstuhls besteht aus einem sedimentären Sockel, der wie der Tuniberg zur Vorbergzone des Schwarzwalds gerechnet werden kann. Karte umgezeichnet nach Wimmenauer (1989).

In der zeitlichen Abfolge beginnt der Vulkanismus mit dem Aufsteigen eines ultrabasischen olivinnephelinitischen Stamm-Magmas, welches durch Grundgebirgsassimilation zu Essexiten (mit Plagioklas und Augiten) und später zu phonolithischen Gesteinen (mit Alkalifeldspat, Alkalipyroxen und Hauyn) und den Karbonatiten differenziert (Wimmenauer 1962). Keller (1990) nimmt zwei Ausgangsmagmen an, ultrabasisches, Na-betontes Primärmagma (Olivin-Nephelinite) und K-betontes, basanitisches Magma (Tephrite, Essexite). Letzteres wurde weiter fraktioniert zu Magmen phonolithischer Zusammensetzung.

In der Folge der Eruption olivinnephelinitischer und tephritischer Vulkanite intrudiereten differenzierte essexitische Subvulkanite. Sie sind entstanden, als Magma nicht mehr zur Oberfläche vordrang. Die langsamere Abkühlung bewirkte eine Kristallisation dieser Gesteine: Essexite, Karbonatite, schließlich Phonolithe sowie zahlreiche Ganggesteine (Lamprophyre). Schlotbrekzien und die karbonatitischen Schmelzen entstehen im Gebiet Badberg/Orberg. Schließlich finden Limberg die letzten Ausbrüche von Limburgit statt.

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Blick vom Badberg auf die nördliche Kammlinie. Die Gesteine des Kaiserstuhl zeichnen sich durch eine hohe Gesteinsvariabilität aus. Die fett gedruckten Gesteinsarten sind im Gelände leicht zu unterscheiden, die Varianten und Ganggesteine mitunter makroskopisch gar nicht.

  • Tephrite (Leucit-Tephrite, basaltisch) mit Plagioklas und schwarzem Augit bilden als Vulkanite mit Laven und Pyroklastika (Agglomerate, Tuffbrekzien, Lapillituffe, Aschen) die Hauptmasse des vulkanischen Auswurfs. Untergeordnet kommen olivininführender Tephrit, leucitarme Tephrite und Latite und hauynführende Tephrite vor. Leucit ist meistens in Analcim umgewandelt. Tephrit enthält Foide>10% und Olivin<10%.
  • Essexite, auch als Leucitporphyre (Strümpfekopf bei Bickensohl), Gruppe foid- und plagioklashaltiger Plutonite mit Augit: Essexit, Theralithe, Shonkinit (Essexit ohne Plagioklas), Monzonite und Monzonitporphyr. Die Nomenklatur dieser Gesteine richtet sich nach den Farbzahlen der Gemengteile. Monchiquit (Schloßberg Achkarren) und Camptonit sind alkalische Lamprophyre. Olivinnephelinit und den Limburgit (Basanit) kann man als basischste Glieder dazuzählen.
  • Phonolithe als Bildung im Spätstadium durchschlagen die Karbonatite und Tephrite. Sie enthalten Alkalifeldspat (Sanidin), Sodalith/Hauyn und Aegirin-Augit, auch Melanit oder Wollastonit (Steinbruch Hauri, Bötzingen). Als Gänge kommen feldspatfreier Hauynophyr und Tinguait (mehr Hauyn als Feldspat), als subvulkanische Fazies Sodalithsyenit, Tawit und Ledmorit (melanitreicher Orthoklas-Nephelinsyenit) vor.
  • Karbonatite aus Restschmelzen kristallisieren im Spätstadium des Vulkanismus nach den Essexiten. Auch karbonatische Ignimbrite und Lapilli werden ausgeworfen (Kirchberg). Die mit bis zu 90% Calcit reinen Karbonatite enthalten als Nebengemengteile Phlogopit, Apatit, Magnetit und Nb- und SE-Minerale als Akkzessorien, letztere als Dysanalyt (Nb-Perowskit) und Pyrochlor (Koppit) vertreten.
  • Ganggesteine: Mondhaldeit (Gangphonolith), Bergalithe (ultramafische Lamprophyre mit Melilith und Hauyn, entspricht wohl Hauynophyr) mit Gauteit oder Hauyn-Mikromelilitolith (Polzenit) und weitere. Einige Namen sind nicht anerkannt oder veraltet, als lokale Bezeichnungen aber gebräuchlich. Die Gesteine sind durch Übergangstypen miteinander verbunden. Nach Wimmenauer (1989) sind die zuletzt gebildeten Ganggesteine am stärksten differenziert und in folgender Reihenfolge intrudiert: Monchiquite, Camptonite – Gangphonolithe – Tinguaite, Hauynophyre, Mondhaldeite – Bergalithe – Gauteite, Shonkinitporphyre – Karbonatitgänge. Einige Abbildungen dieser Gesteine sind hier zu sehen.
  • Die subvulkanischen Gesteine sind durch spätmagmatische und hydrothermale Mineralumwandlungen geprägt. So ist Nephelin in Analcim und Zeolithe umgewandelt, Leucit in Analcim, Augit z.B. in Barkevikit etc. Auch Xenolithe von Peridotit und Gneis aus dem Grundgebirge werden beobachtet.

 

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Blick von der Mondhalde (350 m) zum Totenkopf. Der Vulkanitfindling wurde im Zuge der umfangreichen Flurbereinigungsmaßnahmen in den 70er Jahren hier aufgestellt, kein Mondhaldeit. Mondhaldeit ist ein gleichmäßig hellgraues, sehr feinkörniges Ganggestein aus Plagioklas und Alkalifeldspat (Na-Sanidin) mit wenig Augit und Hornblende (Amphibol), Magnetit und Apatit, das nach dieser Lokalität benannt wurde wie der von Oberbergen stammende Bergalith, und auch am Kirchberg, bei Ihringen (Winklerberg) und am Horberig (Westspitze des Badbergs) vorkommt.

 

Limberg

Erster Exkursionspunkt sind die Steinbrüche am Limberg nordwestlich von Sasbach an der französischen Grenze. Vom Parkplatz am Rhein führt ein Pfad aufwärts zur Burgruine der Limburg. Hier beginnt ein geologischer Wanderweg. Die Steinbrüche am Limberg wurden im Zuge der Rheinbegradigung zur Gewinnung von Böschungsmaterial angelegt.

Limberg

Foto von Schautafel. Der benachbarte Lützelberg war Lieferant des besonders basischen Bombentuffs aus Olivin-Nephelinit, der in Steinbruch VII diskordant ansteht.

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Blick in den Steinbruch I. Die etwa 40 m hohe Abbauwand gliedert sich in einen unteren, massigen Lavastrom (L1) mit schwarzer Lava, getrennt durch ein rötlich-gelbes Tuffband (t1).  Der obere Lavastrom (L2) mit dunkelrotbrauner Lava erstarrte während der Fließbewegung und erhielt so sein blockiges Erscheinungsbild. Die Tuffe stehen teilweise senkrecht und wurden beim Ausbruch des oberen Stroms explosionsartig in die Zwischenräume der Lava gepresst. Wie in allen Steinbrüchen am Limberg findet man zunächst reichlich Limburgit, der hier häufig mit Drusen von Calcit und Zeolithen durchsetzt ist.

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Beeinträchtigungen bei der Zeolithsuche sind allerdings speziell in diesem Steinbruch in den Sommermonaten durch Myriaden von Stechmücken zu erwarten.

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Grenze zwischen erstem und zweiten Lavaerguß mit Tuffen und Mergeln, Relikt einer miozänen Seebildung, die von der heißen oberen Lava überfahren wurde.

Limburgit

Limburgit (BB 5cm) ist ein porphyrischer Nephelinbasanit mit glasiger Grundmasse (vulkanisches Glas) und Ägirinnadeln (Titan-Augit, Na-Pyroxen), hier teilweise eingeregelt. Olivin ist in Eisenhydroxide umgewandelt (Iddingsit) und rostig-gelblich gefärbt. Der Limburgit als Produkt wenig differenzierter, Na-betonter Magma ist jüngster Vulkanit des Kaiserstuhl.

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Limburgit (BB 6 cm), durchsetzt mit Gasblasen, die mit Phillipsit verfüllt sind, häufigstes Zeolithmineral. Die Blasenhohlräume können neben Zeolithen auch mit Calcit oder weißen bis bläulich-grauen Überzügen aus Opal (Hyalit) gefüllt sein.

Zeolith

Phillipsit (BB 5 cm), am Limberg meist Phillipsit-Ca. Zeolithe entehen durch sekundäre Umwandlungen von Plagioklas bzw. Nephelin im Zuge niedriggradiger Metamorphose (Zeolith-Fazies). In den Steinbrüchen am Limberg gehören Faujasit, Offretit und Erionit zu den gesuchten Vertretern dieser Mineralgruppe. Einen Einblick in die wundervoll-bizarre Welt ihrer Kristallformen gibt die Seite zeolithe-collection.eu.

Calcit Limberg

Calcitdruse im Limburgit aus Steinbruch VI, BB 15 cm.

Vogesen

Blick vom Top des Limbergs auf die Rheinische Tiefebene mit der Staustufe Marckolsheim, in der Ferne das Massiv der Vogesen.

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Anschnitt oberhalb Steinbruch VII mit Ruine der frühmittelalterlichen Limburg, unterlagert vom Lavastrom L3 (Alkalifeldspat-Nephelinit), darunter phonolithische Tuffe t3 und Limburgit-Lavastrom L2. Blick auf den östlichen Seitenarm des Restrheins, im Hintergrund Haberberg/Burgberg mit Humberg zwischen Jechtingen und Burkheim.

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In den Steinbrüchen V, VI und VII finden sich leicht verfaltete miozäne Flußsedimente (Mergel, kalkige Sande, verschwemmte Tuffe=Tuffite), hier im Steinbruch VI, flankiert vom Überrest des rötlichen Lavastroms (L3). Die Sedimente sind hier durch die Störung Limberggrabens tektonisch verstellt und fallen mit etwa 45 Grad nach SE ein.

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Lavastrom L3 aus Alkalifeldspatnephelinit, an seiner Basis weiße Kalkausscheidungen, darunter weißer Tuff t3 (phonolithisch mit Grundgebirgsauswürfen, besonders Gneise), dann ockerfarbene Tuffe und miozäne Mergel mit Kalksandsteinen. Unter dem Schuttmantel verborgen liegt Lavastrom L2.

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Im Steinbruch VI, teils geschichtete miozäne Flußsedimente, überlagert von Löß, flankiert von einem blockigem Lavastrom (L3) mit weißen Kalkausscheidungen. Die Gesteine sind durch die NW-SE-streichende Verwerfung des Limberggrabens voneinander abgesetzt.

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Steinbruch VII mit Störungen des Limberggrabens, in dem der Lützelbergtuff diskordant aufgeschlossen ist, links oben überlagert von Schwemmlöss. Es handelt sich um das Rote Schlackenagglomerat A (Bombentuffe), einem Pyroklastit aus Olivin-Nephelinit, der durch Kontakt mit Sauerstoff rot gefärbt wurde, und noch vor den Limburgiten ausgeworfen wurde. Es ist ein wenig differenziertes, direkt aus dem Erdmantel aufgestiegenes Stamm-Magma. Hier finden sich zahlreiche verwitterte Olivineinschlüsse mit grünem Chromdiopsid. Rechts vom Schlackenagglomerat ist an der Verwerfung hochgeschleppte, zerbrochene Lava L2 zu sehen.

 

Humberg bei Jechtingen

Sponeck

Burg Sponeck. Hier setzt sich der Weg entlang der Rheinauen fort, der auf der linken Seite mit zahlreichen kleinen Steinbrüchen durchsetzt ist, bis man schließlich den größeren Steinbruch am Humberg erreicht. Der Sockel der Burg Sponeck und die nähere Umgebung sind ein kleines subvulkanisches Massiv und bestehen aus essexitischem Theralith (Foidgabbroit mit Plagioklas und Nephelin), einem fein- bis mittelkörnigem Gestein ohne Einsprenglinge. Auch am Winklereck bei Ihringen kommt Theralith vor. Das Umfeld des Humbergs besteht aus Tephriten mit phonolithischen Tuffen.

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Steinbruch am Humberg mit tephritischen Vulkaniten (Laven, Tuffbrekzien, Tuffe) und einer großen Calcitader. Tephrit ist ein im Kaiserstuhl weit verbreitetes, blasiges bis kompaktes Gestein, farblich sehr variabel (schwarzgrau, braunrot bis rot) aus Foiden (Nephelin, Leucit) und schwarzen Augitkristallen mit Olivin (häufig verwittert). In Blasenhohlräumen und auf Klüftentreten Calcit und Hyalit auf.

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Vulkanisches Agglomerat (Schweißschlacken) mit Vulkanbomben, eingebettet in Lapilli und vulkanische Asche. Charakteristisch sind die gerundeten Formen, die darauf hindeuten, dass das Material zur Zeit des Auswurfs noch schmelzflüssig war.

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Von Calcit- oder Aragonitadern durchzogene pyroklastische Brekzie.

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Plattig abgesonderter Vulkanit, in die Schichtfugen der Agglomerate eingedrungene Gangbildung einer dunklen und einer helleren Gesteinsvarietät (oder Tephrit/Phonolith?), an Klüftungen komplett eingepudert mit weißen, durch Verwitterung entstandenen Kalkkrusten.

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Kalksinter auf durchoxidierter, krümeliger Tuffbrekzie. Im Steinbruch Humberg bestehen  Fundmöglichkeiten für Hyalit, der auf den Kalken ausgefällt wurde, allerdings nicht in sehenwerter Ausbildung angetroffen wurde.

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Tephrit mit reichlich Augit und Drusen von zuckerkörnigem Zeolith (HCl negativ, vermutlich Phillipsit)

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Rheinauen im beginnenden Frühling, die grünblaue Färbung des Wasser entsteht durch die Lichtabsorption an tonigen Schwebeteilchen.

Literatur

  1. Der Kaiserstuhl auf mineralienatlas.de
  2. Excursion guide Kaiserstuhl, Uni Mainz 2009 (pdf via google)
  3. Protokoll Geopolar Uni Bremen P.Müller 2002
  4. Villinger (1999): Informationen LGBR 12, Freiburg im Breisgau
  5. Wimmenauer/Wilmanns/Fuchs: Der Kaiserstuhl – Gesteine und Pflanzenwelt, Ulmer-Verlag 1989, S. 39-88
  6. Wimmenauer (1964): Geologisch-petrographischer Überblick in EUR 1827.d,f,e Les Roches alcalines et les Carbonatites du Kaiserstuhl.
  7. Wimmenauer, W. (1954): Die Phonolithe und Tinguaite des Kaiserstuhls; Mitt. Bad. Landesver. Naturkunde u. Naturschutz N. F. 6 2 S. 85-91.

 

 

 

 

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