Grundzüge der Lithologie: Lehre von den Sedimentgesteinen [2., neubearb. Aufl. aus dem russ. übers., Reprint 2022] 9783112646984

Table of contents :
VORWORT ZUR DEUTSCHEN AUSGABE
VORWORT
INHALTSVERZEICHNIS
Teil I SEDIMENTGESTEINE
Kapitel 1 LITHOLOGIE (LEHRE VON DEN SEDIMENTGESTEINEN) ALS WISSENSCHAFT
Kapitel 2 EINTEILUNG DER SEDIMENTGESTEINE
Kapitel 3 KLASTISCHE GESTEINE
Kapitel 4 TONGESTEINE
Kapitel 5 SEDIMENTGESTEINE CHEMISCHER UND ORGANISCHER ENTSTEHUNG
Kapitel 6 SEDIMENTGESTEINE ALS GEOLOGISCHE KÖRPER
Teil II STADIEN UND BEDINGUNGEN FÜR DIE BILDUNG VON SEDIMENTGESTEINEN
Kapitel 7 BILDUNG DES SEDIMENTÄREN STOFFES (VERWITTERUNG)
Kapitel 8 TRANSPORT DES SEDIMENTÄREN MATERIALS
Kapitel 9 ABLAGERUNG DES SEDIMENTÄREN MATERIALS
Kapitel 10 UMWANDLUNG DER SEDIMENTE UND SEDIMENTGESTEINE (VERFESTIGUNG)
Kapitel 11 DIE WICHTIGSTEN VORAUSSETZUNGEN FÜR DIE BILDUNG VON SEDIMENTGESTEINEN
Teil III FAZIES UND METHODEN DER FAZIESANALYSE
Kapitel 12 ALLGEMEINE ANGABEN ÜBER DIE FAZIES
Kapitel 13 FELDMETHODEN DER FAZIESANALYSE
Kapitel 14 LABORATORIUMSMETHODEN DER FAZIESANALYSE
Teil IV SEDIMENTÄRE FORMATIONEN
Kapitel 15 DIE FORMATIONEN UND IHRE RÄUMLICHE VERTEILUNG
Kapitel 16 DIE WICHTIGSTEN GEOSYNKLINALEN FORMATIONEN
Kapitel 17 TEKTONISCH BEDINGTE FORMATIONEN IN ÜBERGANGSGEBIETEN
Kapitel 18 DIE TEKTONISCH BEDINGTEN FORMATIONEN AUF TAFELN
Kapitel 19 EINIGE GESETZMÄSSIGKEITEN DER ENTSTEHUNG SEDIMENTÄRER FORMATIONEN
Teil V DIE GEGENWÄRTIGE GEOLOGISCHE EPOCHE UND IHRE ABLAGERUNGEN
Kapitel 20 BEDEUTUNG DER UNTERSUCHUNG REZENTER ABLAGERUNGEN UND DIE GEOLOGISCHEN VERHÄLTNISSE WÄHREND IHRER BILDUNG
Kapitel 21 REZENTE MEERESABLAGERUNGEN
Kapitel 22 REZENTE ABLAGERUNGEN DER MARINEN GEOSYNKLINALBECKEN
Kapitel 23 REZENTE ABLAGERUNGEN AUF SUBMARINEN TAFELGEBIETEN
Kapitel 24 . REZENTE LAGUNARE ABLAGERUNGEN
Kapitel 25 REZENTE KONTINENTALABLAGERUNGEN IN FLACHLANDGEBIETEN MIT FEUCHTEM GEMÄSSIGTEM KLIMA
Kapitel 26 REZENTE KONTINENTALABLAGERUNGEN IN FLACHLANDGEBIETEN DES HEISSEN ARIDEN KLIMAS
Kapitel 27 REZENTE KONTINENTALABLAGERUNGEN IN GEBIRGEN
Kapitel 28 ALLGEMEINE CHARAKTERISTIK DER GEGENWÄRTIGEN GEOLOGISCHEN EPOCHE UND IHRER ABLAGERUNGEN
LITERATURVERZEICHNIS
NAMENVERZEICHNIS
SACHREGISTER

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L. B. R U C H I N GRUNDZÜGE DER LITHOLOGIE Lehre von den

Sedimentgesteinen

P R O F E S S O R Dr. L. B . R U C H I N LENINGRAD

GRUNDZÜGE DER LITHOLOGIE Lehre

von den

Sedimentgesteinen

I n deutscher Sprache herausgegeben von

Prof. Dr. A. SCHÜLLER o. M. d. D. Akad. d. Wiss. zu Berlin

AKADEMIE-VERLAG 19 5 8

.

BERLIN

JI. B . PyxHH OCHOBbI JlHTOJIOrHH Erschienen im Staatl. wiss.-techn. Verlag f. Erdöl und mineralische Brennstoffe (Gostoptechisdat), Moskau 1953 F ü r die deutsche Auegabe neubearbeitete 2. Auflage Ü B E R S E T Z T AUS DEM R U S S I S C H E N : Dipl. Ing. Dr. J. Barnitske, Berlin WISSENSCHAFTLICHE und STILISTISCHE ÜBERARBEITUNG: Prof. Dr. A. Schüller und W. Jack, Berlin

Die Herausgabe dieses Werkes wurde gefördert vom Kulturfonds der Deutschen Demokratischen Republik und dem Geofonds der Staatlichen Geologischen Kommission

Erschienen im Akademie-Verlag, Berlin W 8, Mohrenstraße 39 Lizenz-Nr. 202 . 100/254/58 Copyright 1958 by Akademie-Verlag GmbH Kartengenehmigung: M d J der D D R , N r . 4079 Alle Rechte vorbehalten Gesamtherstellung: V E B Druckerei „Thomas Müntzer" Bad Langensalza Bestell-und Verlagsnummer: 5261 Printed in Germany

VORWORT ZUR DEUTSCHEN AUSGABE Für die Entwicklung unserer Wissenschaft von den Sedimentgesteinen und für ihre praktische Anwendung in der Erdölgeologie und in der Lagerstättenkunde schien mir wichtig, ein zusammenfassendes Werk über dieses Arbeitsgebiet der Geologie und Mineralogie aus der Sowjetunion für Lehrende und Lernende zu besitzen. In der Sowjetunion breiten sich die Sedimente über ungeheuer große Flächen aus. In ihnen finden sich für den modernen Aufbau eines wirtschaftlich und politisch wirksamen Staates so entscheidende Lagerstätten wie Erdöl, Eisen, Mangan, Bauxit. In der Sowjetunion hat daher die Erforschung der Sedimentgesteine einen breiten Raum in der Wissenschaft eingenommen. Hier erschien in den letzten beiden Jahrzehnten eine ganze Anzahl von Lehrbüchern der Sedimentpetrographie, wie das Werk von SCHWEZOW ( 1 9 4 2 ) , P U S T O W A L O W ( 1 9 4 0 ) , S T K A CHOW ( 1 9 5 4 , 1 9 5 8 ) und von R U C H I N ( 1 9 5 4 ) . Die zusammenfassenden Werke von P U S T O W A L O W und STBACHOW sind stark mit theoretischen und prinzipiellen Auseinandersetzungen über die Entstehung und Methoden der Untersuchung der Sedimentgesteine durchsetzt. Das ausgezeichnete Werk von SCHWEZOW ist bisher leider nicht neu bearbeitet worden, so daß die Wahl nur auf das mit dem Staatspreis ausgezeichnete Werk von R U C H I N fallen konnte. Ich habe diese Auswahl um so leichter getroffen, weil dieses Werk in der internationalen Literatur auch gegenüber den bekannten Werken von P E T T U O H N , W E L L S , M U N E B und CAROZZI oder B A R T H - C O R K E N S - E S K O L A eine Sonderstellung insofern einnimmt, als die Sedimentgesteine wirklich nach allen Gesichtspunkten behandelt werden, sowohl die petrographische Systematik als auch Genese und geologischen Verhältnisse sind ausführlich dargestellt. Wertvoll für die große Zahl der praktischen Geologen ist eine ausreichende Behandlung der Anwendungsgebiete, Bestimmungsmethoden der Sedimentgesteine im Gelände und Labor; rezente und fossile Sedimentgesteine sind etwa in gleichem Maße berücksichtigt. Beachtenswert sind auch die Angaben für einfache qualitativ-chemische Bestimmungen, wie sie insbesondere beim Aufsuchen von Erzlagerstätten in der Sowjetunion im Gelände verwendet werden. Der Fachwissenschaftler wird mit besonderem Interesse der Auswertung der lithologischen Befunde folgen, die zu einer subtilen Rekonstruktion der paläogeographischen Verhältnisse führt. In außerordentlich interessanter und lebendiger Art werden Aufbau der Sedimentationsgebiete und ihre Beziehungen zu den tektonischen Vorgängen im Abtragungsraum und im Ablagerungsraum dargelegt. Dadurch gelingt es dem Verfasser in neuartiger Weise, das tektonische Geschehen in allen Einzelheiten auch aus der stofflichen Zusammensetzung und der morphologischen Erscheinung der Sedimentgesteine zu verfolgen. Ein breites Kapitel ist der Darstellung der Formationen gewidmet. In Deutschland ist leider der Begriff der Formation, wie ihn der Verfasser in Über-

VI

Vorwort zur deutschen Ausgabe

einstimmung mit der internationalen Nomenklatur anwendet, noch nicht wieder übernommen; wir müssen ihn fast durchweg durch unseren Begriff der „Fazies" ersetzen. Wir haben uns bemüht, in Fußnoten Ergänzungen und Erläuterungen einzufügen, die insbesondere dem jungen deutschen Wissenschaftler das Verständnis erleichtern und das Andersartige gegenüber dem deutschen Gebrauch erläutern sollen. Ungewöhnlich für den deutschen Leser ist die große Breite der sowjetischen Betrachtungsweise. Aus dem Bestreben des Verfassers, die am meisten hervortretende Erscheinung der Sedimentgesteine, nämlich die Schichtung, eingehend zu beschreiben, sind z. B. Rippelmarks und Rhythmus von sehr verschiedenen Gesichtspunkten immer wieder besprochen. Eine Kürzung des Stoffes wäre aber nur möglich gewesen, wenn der gesamte Aufbau des Werkes hätte geändert werden können. Andererseits besteht der Vorteil dieser Darstellung darin, daß die großen Kapitel ein in sich geschlossenes Ganzes bilden und für sich gelesen werden können. Auch der interessierte Laie, der kurz ausgebildete Ingenieurgeologe und Geologietechniker können daher ohne wesentliche Anleitung vollen Nutzen ziehen. In erster Linie jedoch soll diese Übersetzung aus dem Russischen der internationalen Verständigung und dem Fortschritt unserer Wissenschaft dienen. A.

SCHÜLLER

VORWORT I m vorliegenden Buch sind systematisch die Sedimentgesteine der geologischen Formationen und die Methoden der Faziesanalyse beschrieben. Es ist in fünf Teile eingeteilt. Im ersten Teil werden die grundlegenden Kenntnisse von den Sedimentgesteinen vermittelt. Der zweite Teil beschreibt die Bedingungen und Entwicklungsstufen bei der Entstehung sedimentärer Gesteine. In ihm wird der bestimmende Einfluß tektonischer Bewegungen der Erdrinde auf den Vorgang der Bildung sedimentärer Gesteinskomplexe eingehend dargestellt. Der dritte Teil bringt eine Charakterisierung der Fazies und der neuesten Verfahren zur Faziesanalyse, mit deren Hilfe man die Herkunft der Sedimentgesteine untersucht. Im vierten Teil werden die wichtigsten, in tektonisch verschiedenen Teilen der Erdrinde gebildeten Formationstypen beschrieben. Im fünften Teil werden die charakteristischen Züge des jetzigen geologischen Zeitalters und seiner Ablagerungen behandelt. Die Eigenart dieses Buches in der Betrachtung der Sedimentgesteine besteht darin, daß es mit der Charakterisierung der Gesteine selbst und nicht mit einer Beschreibung der Vorgänge ihrer Entstehung anfängt. Die Gresteine sind die grundlegenden geologischen Urkunden, durch deren Analyse man ihre einzelnen Entwicklungsstufen und Bildungsumstände rekonstruieren kann. So verläuft der Prozeß unserer Erkenntnis, und ebenso muß man auch den Stoff darlegen. Im Hinblick auf die, Änderung der Bedingungen für die Entstehung von Sedimentgesteinen in den verschiedenen Zeitabschnitten der Erdgeschichte hielt es der Verfasser für zulässig, im dritten Teil der Arbeit lediglich eine kurze Charakteristik der Fazies im ganzen zu geben und seine Aufmerksamkeit in diesem Abschnitt hauptsächlich auf die Verfahren der Faziesanalyse zu richten. Die Beschreibung der Formationen und ihrer Gruppen als der obersten genetischen Einheit bei der Klassifikation der Sedimentgesteine bildet den Abschluß der natürlichen Reihenfolge: Sedimentgesteine — Fazies — Formationen, in deren Untersuchung die Aufgabe der Lithologie bestehen muß. Die Behandlung von Besonderheiten der geologischen Jetztzeit und ihrer Ablagerungen — im letzten Teil dieser Arbeit — geschah nicht zufällig. I n den Anfangsstadien der Geologie gingen die Forscher von rezenten Erscheinungen zu den alten zurück. Heutzutage sollte die Erforschung der rezenten Ablagerungen auch auf der Grundlage unserer Kenntnis von den Entstehungsgesetzen der alten

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Vorwort

Sedimente beruhen. Die Erforschung rezenter Sedimente kann nicht bereits als Basis für die Ermittlung der Gesetzmäßigkeit der Sedimentbildung in geologischen Zeiten vorweggenommen werden, auch wenn sie nach wie vor eine wichtige Methode zur Erkenntnis der Natur darstellt. Bei der Arbeit an dem Buche erfuhr der Verfasser ständig die kameradschaftliche Unterstützung der Leningrader und einer Anzahl Moskauer Geologen, denen der Verfasser seinen aufrichtigen Dank ausspricht. Verbesserungs- und Ergänzungsvorschläge bittet der Verfasser zu richten a n die Anschrift: UdSSR, Leningrad, W. O., Universitätsufer Nr. 7/9, Leningrader Staatliche A. A. SHDANOW-Universität, Geologische Fakultät. L . RUCHIN

INHALTSVERZEICHNIS Vorwort

VII I. Teil. Sedimentgesteine

Kapitel 1. Lithologie (Lehre von den Sedimentgesteinen) als Wissenschaft 1. Inhalt der Lehre von den Sedimentgesteinen 2. Aus der Geschichte des Studiums der Sedimentgesteine

. . .

1 1 4

Kapitel 2. Einteilung der Sedimentgesteine 3. Allgemeine Angaben über die Sedimentgesteine 4. Allgemeine Angaben über die Einteilung, die stoffliche Zusammensetzung und den Aufbau der Sedimentgesteine

19

Kapitel 3. Klastische Gesteine 5. Klastische Gesteine vulkanischer Herkunft 6. Grobklastische Gesteine 7. Sandige Gesteine 8. Aleuritische Gesteine

31 31 36 41 54

Kapitel 4. Tongesteine 9. Allgemeine Ausführungen 10. Hydroglimmer-Tongesteine 11. Tongesteine der Kaolinitgruppe 12. Tongesteine der Montmorillonitgruppe

55 55 69 71 75

Kapitel 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.

5. Sedimentgesteine chemischer und organischer Entstehung Allith-(Ton-)Gesteine Eisenschüssige Gesteine Sedimentäre Mangangesteine Kieselgesteine Phosphoritgesteine Karbonatgesteine Salzgesteine (Sulfat- und Haloidsalze) Organogene brennbare Gesteine (Kaustobiolithe)

Kapitel 6. Sedimentgesteine als geologische Körper 21. Formen der Sedimentgesteinskörper 22. Unterbrechungen in der Sedimentation. Unvollständigkeit der geologischen Chronik

15 15

78 78 86 92 96 104 111 134 142 162 162 165

II. Teil. Stadien und Bedingungen für die Bildung von Sedimentgesteinen Kapitel 7. Bildung des sedimentären Stoffes (Verwitterung) 23. Allgemeine Charakteristik der Verwitterung und ihr Einfluß auf die Bildung von Lagerstätten nutzbarer Mineralien 24. Physikalische Verwitterung 25. Chemische Verwitterung 26. Widerstandsfähigkeit der Mineralien gegen Verwitterung 27. Alte Verwitterungsrinde

171 171 177 179 184 187

X

Inhaltsverzeichnis

Kapitel 8. Transport des sedimentären Materials 28. Transport des sedimentären Materials in fließenden Gewässern 29. Verlagerung des sedimentären Materials in Wasserbecken 30. Transport des klastischen Materials durch Eis 31. Transport von Gesteinsteilchen durch den Wind 32. Transport des sedimentären Materials unter Einfluß der Schwerkraft und anderer Faktoren

191 191 202 209 210

Kapitel 9. Ablagerung des sedimentären Materials 33. Sedimentation im Wasser 34. Besonderheiten der Sedimentation von Gesteinsteilchen in der Atmosphäre 35. Kolloide und ihre Rolle bei der Bildung von Sedimentgesteinen

214 214 221 222

Kapitel 10. Umwandlung der Sedimente und Sedimentgesteine (Verfestigung) . . 36. Allgemeine Angaben über die Verfestigung 37. Verdichtung der Ablagerungen und die damit verbundenen Erscheinungen 38. Bei der Verfestigung entstehende Minerale sowie der Einfluß der Verfestigung auf die Bildung von nutzbaren Bodenschätzen 39. Veränderung der Textur während des Verfestigungsprozesses 40. Besonderheiten der syngenetischen und diagenetischen Umwandlungen . . 41. Besonderheiten der epigenetischen Bildungen

226 226 231

Kapitel 11. Die wichtigsten Voraussetzungen für die Bildung von Sedimentgesteinen 42. Allgemeine Charakteristik der Voraussetzungen für die Bildung von Sedimentgesteinen 43. Einfluß des Reliefs auf die Sedimentbildung 44. Einfluß des Klimas auf die Sedimentbildung 45. Einfluß der Organismen auf die Sedimentbildung 46. Kennzeichnen der epirogenen Bewegungen 47. Einfluß der epirogenen Bewegungen auf die Mächtigkeit der Sedimentmassen 48. Epirogene Bewegungen als Ursache für den rhythmischen Bau der Sedimentmassen 49. Einfluß der epirogenen Bewegungen auf die Bildung eines geschichteten Baues der Sedimentmassen 50. Epirogene Bewegungen und die Zusammensetzung der Sedimentmassen. . 51. Einfluß der epirogenen Bewegungen auf die Akkumulationsgeschwindigkeit der Sedimentmassen 52. Voraussetzungen für die Bildung von Sedimentgesteinen 53. Sonderung (Differenzierung) des sedimentären Materials 54. Periodizität der Sedimentation

213

236 243 252 258 267 267 269 272 278 282 298 301 309 312 317 318 321 328

III. Teil. Fazies und Methoden der Faziesanalyse Kapitel 12. Allgemeine Angaben über die Eazies 55. Fazies und ihre Klassifizierung 56. Allgemeine Charakteristik der marinen Fazies 57. Allgemeine Angaben über die lagunäre Fazies 58. Charakteristik der kontinentalen Fazies

333 333 337 346 352

Kapitel 13. Feldmethoden der Faziesanalyse 59. Über die Methoden und Aufgaben der Faziesanalyse 60. Allgemeine Charakteristik der lithologischen Geländearbeit

359 359 369

Inhaltsverzeichnis 61. Analyse der Form von Sedimentkörpern und des Zusammenhanges mit den sie umgebenden Gesteinen. Feststellung der Rhythmik im Aufbau. Beobachtungen über primäre Störungen der normalen Lagerung der Schichten 62. Untersuchung der Mächtigkeit von Sedimentmassen 63. Beobachtungen über die Schichtflächen 64. Untersuchung der Schichtung 65. Untersuchung der Einregelung von klastischen Komponenten und organischen Resten 66. Paläoökologische Beobachtungen Kapitel 14. Laboratoriumsmethoden der Faziesanalyse 67. Die wichtigsten Methoden der Korngrößenanalyse bei klastischen Gesteinen 68. Verfahren zur Auswertung der Korngrößenanalyse, insbesondere zur Bestimmung der Genese von Ablagerungen 69. Übersicht über die Methoden zur Untersuchung der mineralogischen Zusammensetzung von klastischen Gesteinen 70. Bestimmung der mineralogischen Zusammensetzung von Tongesteinen . . 71. Methoden zur Untersuchung der mineralogischen Zusammensetzung von Gesteinen chemischer und organischer Entstehung 72. Methoden zur Kornuntersuchung nach Form und Oberfläche 73. Untersuchung der Gesteinsfarbe 74. Einige Methoden zur Untersuchung struktureller Besonderheiten der Sedimentgesteine 75. Verfahren zur Untersuchung einzelner Sedimentgesteinstypen 76. Darstellung der Ergebnisse, die bei einer Faziesuntersuchung von Sedimenten gewonnen werden

XI

372 381 383 396 413 421 428 428 434 448 460 466 473 479 483 488 492

IV. Teil. Sedimentäre Formationen Kapitel 15. Die Formationen und ihre räumliche Verteilung 77. Allgemeine Angaben über die sedimentären Formationen, ihre Reihenfolgen und Formationsgruppen 78. Die räumliche Verteilung der Formationen 79. Entwicklung der Geosynklinalen und Verteilung der Formationen in ihnen 80. Reihenfolge der Bildung von Übergangsformationen 81. Räumliche Verteilung der Tafelformationen

507 511 512 532 540

Kapitel 16. Die wichtigsten geosynklinalen Formationen 82. Tonschieferformationen 83. Silikatisch-vulkanogene Formationen 84. Eisenkiesel- und sedimentär-effusive Eisenerzunterformationen 85. Kieselmanganunterformationen 86. Karbonatische Formationen 87. Unterformationen lagenförmiger Phosphorite 88. Riffunterformationen 89. Bauxitunterformationen 90. Flyschformationen 91. Molasseformationen

545 545 547 549 551 552 554 556 560 562 566

Kapitel 92. 93. 94. 95.

570 570 574 578 580

17. Tektonisch bedingte Formationen in Übergangsgebieten Kohleführende Formationen. • Oolithische Eisenerzunterformationen. . Manganerzunterformationen Erdölmuttergesteinsformationen

507

XII

Inhaltsverzeichnis

96. Salzführende Formationen 97. Rotformationen

591 595

Kapitel 18. Die tektonisch bedingten Formationen auf Tafeln 98. Kohle-Bauxit-Eisenerz-Formationen 99. Quarzsandsteinformationen 100. Glaukonit-Phosphorit-Unterformationen 101. Kalksteinformationen 102. Gips-Dolomit-Unterformationen

600 600 603 604 606 607

Kapitel 19. Einige Gesetzmäßigkeiten der Entstehung sedimentärer Formationen 103. Vergleich der grundlegenden Besonderheiten der Formationsgruppen . . . 104. Entwicklung der Sedimentgesteine 105. Grundsätzliches bei der Untersuchung von nutzbaren Bodenschätzen in sedimentären Formationen

608 608 609

V. Teil. Die gegenwärtige geologische Epoche und ihre Ablagerungen Kapitel 20. Bedeutung der Untersuchung rezenter Ablagerungen und die geologischen Verhältnisse während ihrer Bildung 106. Bedeutung der Untersuchung rezenter Ablagerungen und geologische Prozesse 107. Geologische Typen der heutigen Ozean- und Meeresbecken 108. Geologische Gliederung des heutigen Festlandes 109. Geologische Typen der heutigen Flüsse

625

633 633 639 645 646

Kapitel 21. Rezente Meeresablagerungen 110. Die wichtigsten Angaben über die physikalisch-chemischen Eigenarten des marinen Mediums und seiner organischen Welt 111. Salzgehalt des Wassers der heutigen Ozeane und Meere und seine Herkunft 112. Allgemeine Kennzeichen der rezenten Tiefseeablagerungen 113. Problem der Genese des rezenten Schelfs und Charakteristik der rezenten Schelfablagerungen 114. Rezente marine Küstenablagerungen

653 653 655 661

Kapitel 22. Rezente Ablagerungen der marinen Geosynklinalbecken 115. Das Kaspische Meer und seine Sedimente 116. Sedimente des Schwarzen- und Asowschen Meeres 117. Rezente Ablagerungen des Mittelmeeres 118. Sedimente der Meere des Indonesischen Archipels 119. Ablagerungen des kalifornischen Teiles des Stillen Ozeans

670 670 677 684 686 691

Kapitel 23. Rezente Ablagerungen auf submarinen Tafeln 120. Die Ostsee und ihre Sedimente 121. Ablagerungen der Nordsee 122. Die Barentssee und ihre Sedimente 123. Rezente Ablagerungen offener Ozeanschelfe 124. Allgemeine Merkmale rezenter Meeresablagerungen

694 694 699 702 707 710

Kapitel 24. Rezente lagunäre Ablagerungen 125. Lagunensedimente 126. Deltaablagerungen

714 714 718

Kapitel 25. Rezente Kontinentalablagerungen in Flachlandgebieten mit feuchtem gemäßigtem Klima 127. Allgemeine Kennzeichen der rezenten Kontinentalablagerungen 128. Eluviale und deluviale Ablagerungen und ihre Seifen

722 722 724

663 668

Inhaltsverzeichnis 129. Ablagerungen der Flachlandströme 130. Süßwassersee- und Sumpfablagerungen 131. Ablagerungen des Inlandeises Kapitel 26. Rezente Kontinentalablagerungen in Flachlandgebieten des heißen ariden Klimas 132. Ablagerungen im schwach salzigen Wasser inländischer Becken 133. Sedimente der Salzseen 134. Äolische Ablagerungen 135. Löß und lößartige Ablagerungen Kapitel 27. Rezente Kontinentalablagerungen in Gebirgen 136. Ablagerungen von Gebirgsflüssen und die an sie gebundenen Seifenlagerstätten 137. Sedimente der Gebirgsseen

XIII 727 732 738 741 741 745 752 754 756 756 765

Kapitel 28. Allgemeine Charakteristik der gegenwärtigen geologischen Epoche und ihrer Ablagerungen 138. Kennzeichen der rezenten Geosynklinal-Übergangs- und Tafelablagerungen 139. Die wichtigsten Besonderheiten der gegenwärtigen geologischen Epoche. . 140. Schlußwort. Hauptaufgaben der modernen Lithologie

766 766 771 773

Wichtige Literaturhinweise

777

Namenverzeichnis

789

Sachregister

793

Teil I SEDIMENTGESTEINE

Kapitel 1 LITHOLOGIE (LEHRE VON DEN SEDIMENTGESTEINEN) ALS WISSENSCHAFT 1. Inhalt der Lehre von den Sedimentgesteinen Die Industrialisierung steigert immer mehr das Interesse an den Sedimentgesteinen, dem natürlichen Medium von Erdöl, Kohlen, Bauxiten, Eisen- und Manganerzen, verschiedenen Salzen, Kaolin, Glassanden und vielen anderen nutzbaren Bodenschätzen. Die planmäßige Erforschung der sedimentären Gesteinskomplexe in den Jahren der sowjetischen Regierung eröffnete in der UdSSR die Möglichkeit, viele neue Lagerstätten nutzbarer Bodenschätze sedimentärer Entstehung aufzuschließen. Auf den Anteil des zaristischen Rußlands entfielen nur höchstens ein Prozent der erschürften Weltvorräte an Phosphoriten und Eisenerzen und drei Prozent der Weltkohlenvorräte. Völlig unerschlossen blieben Vorkommen von Kalisalzen, Bauxiten, Schwefel und einer Reihe anderer nutzbarer Bodenschätze. Die Fabriken Petersburgs erhielten Steinkohle aus England, Kalisalze aus Deutschland, Phosphate aus Marokko. Sogar Bausteine wurden aus dem Ausland herangeschafft. Als Ergebnis einer gewaltigen Arbeit der geologischen Erforschung wurde offenbar, daß die UdSSR über einen großen Teil der Weltvorräte an Kalisalzen, Erdöl, Torf, Eisenerzen, Mangan und Kohlen usw. verfügt. Seit die sowjetische Herrschaft besteht, wurden Kalisalzlager von Weltbedeutung im Bezirk von Solikamsk, Lager von Erdöl im Zweiten Baku, von Bauxiten im Ural, von Kohlen im Workutagebiet, von Phosphoriten im Kara-Tau und eine Anzahl anderer Vorkommen entdeckt. Mehr als drei Viertel der Festlandsoberfläche sind von Sedimentgesteinen bedeckt. Daher hat man bei geologischen Arbeiten mit ihnen besonders oft zu tun. Außerdem hängen mit Sedimentgesteinen die meisten der gewonnenen Bodenschätze zusammen. Die Berechnungen zeigen, daß der Wert der nutzbaren Bodenschätze sedimentärer Herkunft ungefähr drei Viertel des Gesamtwertes aller gewonnenen mineralischen Rohstoffe ausmacht. Darum erlangt die Untersuchung der sedimentären Schichtenkomplexe immer größere Bedeutung für die Befriedigung des ununterbrochen steigenden Bedarfs an nutzbaren Bodenschätzen. Die Bezeichnung „Lithologie" oder „Lehre von den Gesteinsarten" (von dem griechischen „lithos" = Stein und „logos" = Lehre) wurde schon am Anfang des 19. Jahrhunders angewandt, aber die Aufgaben und die Bedeutung dieser Disziplin wurden in ihrem vollem Umfang erst vor höchstens 15 bis 20 Jahren erkannt. Dieser Begriff wurde 1933 bis 1935 in der sowjetischen geologischen Litera1 Ruchin

2

L i t h o l o g i e (Lehre v o n d e n S e d i m e n t g e s t e i n e n ) a l s W i s s e n s c h a f t

tur diskutiert. Einige Forscher sprachen sich gegen den Ausdruck „Lithologie" mit der Begründung aus, daß die Lithologie die Petrographie der Sedimentgesteine darstellt. Andere, insbesondere Akademiemitglied A. N. S A W A R I Z K I , empfahlen die Anwendung dieses Ausdrucks, indem sie betonten, daß die Lithologie die Aufgabe stellt, die Gesteine als Urkunden der physisch-geographischen Verhältnisse vergangener geologischer Zeitalter zu untersuchen, und deshalb nicht eine engbegrenzte petrographische, sondern eine geologische Wissenschaft ist. Ähnliche Gedanken entwickelten später S. F . M A LJ AW E I N , A. N . H E I S L E R und J u . A. S H E M T S C H U S H N I K O W . Letzterer bemerkte, daß die Lithologie die geologische Wissenschaft von den gesetzmäßigen Zusammenhängen und zeitlichen Beziehungen der verschiedenen Sedimentgesteine ist. Kürzlich schlug W. I . P O P O W vor, als Lithologie nicht die Wissenschaft von den Gesteinen, sondern die von ihrer Vergesellschaftung (von den sedimentären Formationen) anzusehen. In der Lithologie muß man nach Meinung W. I . P O P O W S zwei Seiten unterscheiden — die petrographische und die geologische. Einige Forscher sehen „Lithologie" als ein Synonym für „Petrographie sedimentärer Gesteine" an. So nennt M. S . S C H W E Z O W , wenn er von Petrographie der Sedimentgesteine spricht, die Spezialisten in diesem Wissensgebiet Lithologen. L. W. PTTSTOWALOW endlich bedient sich der Begriffsbestimmung „Wissenschaft von den Sedimentgesteinen" als eines Synonyms für Lithologie. Gegenwärtig sondern sich bei der Erforschung der Sedimentgesteine deutlich zwei Richtungen aus, die diese Gesteine vorwiegend entweder als geochemische oder als geologische Bildungen betrachten. Die erste Richtung wird durch die Petrographie und in weiterem Umfang durch die Geochemie der Sedimentgesteine vertreten, die durch das Studium der Gesetzmäßigkeit in der Migration und Verteilung bestimmter Elemente nebst ihren Verbindungen bezweckt, die Sedimentgesteine als geochemische Bildungen zu verstehen. Die zweite Richtung ist durch die geologische Untersuchung der Sedimentgesteine gekennzeichnet, und in ihr liegt die Aufgabe der Lithologie. In Übereinstimmung mit den Vorstellungen von JTT. A. SHEMTSCHTJSHNIKOW, A. N . S A W A E I T Z K I und S . F . M A L J A W K I N muß man die L i t h o l o g i e oder Lehre von den Sedimentgesteinen als die Wissenschaft auffassen, die die S e d i m e n t g e s t e i n e u n d i h r e V e r g e s e l l s c h a f t u n g z u s a m m e n m i t d e n a n sie g e b u n d e n e n n u t z b a r e n B o d e n s c h ä t z e n als g e s e t z m ä ß i g m i t e i n a n d e r z u s a m m e n h ä n g e n d e , e n t s t e h e n d e u n d sich e n t w i c k e l n d e geologische B i l d u n g e n e r f o r s c h t . Das grundlegende Verfahren der Lithologie — der Lehre von den Sedimentgesteinen als geologischen Körpern — ist das Studium der Sedimentgesteine im Gelände, ergänzt durch vielseitige Laboratoriumsuntersuchungen. In der Lehre von den Sedimentgesteinen kann man drei Stufen der Forschung unterscheiden (Abb. 1). Die Lithologie beruht auf eingehender Untersuchung der stofflichen Zusammensetzung der Sedimentgesteine. Weiter behandelt die Wissenschaft von den Sedimentgesteinen die Fazies — die genetischen Typen der alten Ablagerungen. Endlich ist auch die Erforschung der Formationen, d. h. der

Inhalt der Lehre von den Sedimentgesteinen

großen Fazieskomplexe, eine Aufgabe der Lithologie. Auf diese Weise vollzieht sich im Verlauf lithologischer Untersuchungen ein Übergang von verhältnismäßig einfachen Aussagen zu komplizierteren, von den sedimentären Gesteinen über die Faziesuntersuchung zu den größten systematischen Einheiten der Sedimentgesteine •— den Formationen.

Hydrologie Ozeanographie

I £^

Abb. 1. Einteilung der Lithologie und ihrer Beziehungen zu anderen naturgeschichtlichen Disziplinen

Nach dieser Auffassung besteht die Lithologie aus drei Teilen: aus der Pétrographie der Sedimentgesteine, wenn man sie als eine Disziplin ansieht, die vorwiegend die Zusammensetzung und Struktur der Sedimentgesteine erforscht, aus der Lehre von den Fazies und aus der Lehre von den Formationen. Die Lithologie steht der Lehre von den Vorkommen nutzbarer Bodenschätze in Sedimentgesteinen und der historischen Geologie nahe. Sie ist verwandt mit der allgemeinen Geologie und insbesondere mit der Geotektonik, die die Bewegungen der Erdrinde untersucht. Tektonische Vorgänge sind der wichtigste Beitrag zur 1*

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Lithologie (Lehre von den Sedimentgesteinen) als Wissenschaft

Bildung von Sedimentgesteinen, als geologische Körper betrachtet. Daher war das Entstehen der Lithologie als einer selbständigen Wissenschaft nicht nur durch den allgemeinen Fortschritt in der Erforschung der Sedimentgesteine veranlaßt, sondern auch durch die Entwicklung der Geotektonik. Die Lithologie h a t auch Verbindung zur Meeresgeologie, ebenfalls einer jungen Wissenschaft. Eine Entwicklung der Lithologie ist nicht möglich ohne Stratigraphie, die die geschichtliche Aufeinanderfolge bei der Entstehung sedimentärer Gesteine aufklärt. Die Lithologie verhilft zu größerer Genauigkeit stratigraphischer Schemata, indem sie die Gesetzmäßigkeiten in der Verbindung von Sedimentgesteinen aufdeckt. Für fossilfreie Schichtenkomplexe liefert die Lithologie selbst häufig diese Schemata. Die Lithologie hängt auch mit der Ozeanographie und Hydrologie, der Ökologie und Paläoökologie zusammen, der Klimatologie, der physikalischen Geographie und besonders eng mit der Bodenkunde, von der die Lithologie manche Erkenntnisse über die Vorgänge bei der Verwitterung und Umwandlung der Muttergesteine entlehnt. In den Wissenschaften um die Geochemie hat die Lithologie Verbindung mit der Mineralogie und über diese Wissenschaften auch mit der physikalischen Chemie und der Kolloidchemie. I n höchstem Grade wichtig sind die wechselseitigen Beziehungen der Lithologie zu den ingenieur-geologischen Disziplinen, der Bodenkunde und der Hydrogeologie, aus denen sie die eingehenden Angaben über viele physikalische Eigenschaften der Sedimentgesteine schöpft. Die aufgezählten Wissenschaften erzielten in der Sowjetunion viele Erfolge. Ein Beweis dafür ist die Veröffentlichung ausführlicher Monographien über Zweige der Geologie, die der Lithologie am nächsten stehen. Allein innerhalb der letzten 10 Jahre erschienen so umfangreiche Arbeiten wie die „Petrographie der Sedimentgesteine" von L. W. PUSTOWALOW, die „Allgemeine Geotektonik" von W. W. BJELOUSSOW, die „Geologie des Meeres" von M. W. K L E N O W A , die „Petrographie der Sedimentgesteine" von M. S . SCHWEZOW ( 2 . Aufl.) u. a. Infolge der bedeutenden Erfolge, die durch die Petrographie der Sedimentgesteine, die Geotektonik, die Meeresgeologie und die Stratigraphie erreicht wurden — dank der Ausrüstung der sowjetischen Wissenschaften mit der führenden Methode fortschrittlicher wissenschaftlicher Forschung, der marxistischen Dialektik — war gerade in der UdSSR die Entstehung der Lithologie als Wissenschaft möglich geworden. 2. Aus der Geschichte des Studiums der Sedimentgesteine Die Lithologie als Wissenschaft im heutigen Sinne entstand erst vor kurzem im Laufe einiger Jahrzehnte. Ihr ging eine lange Zeit der Sammlung von Tatsachenmaterial voraus.

Aus der Geschichte des Studiums der Sedimentgesteine

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Die Entstehungsgeschichte der Lithologie kann man in drei Zeitabschnitte einteilen: a) die Anfangszeit der Untersuchung der Sedimentgesteine; b) die Zeit der Sammlung allgemeiner Kenntnisse von den Sedimentgesteinen und den Vorbedingungen für ihre Entstehung; c) die Zeit der Ausbildung der Petrographie der Sedimentgesteine und d) die Zeit der Umwandlung der Sedimentpetrographie in die Lithologie. In den verschiedenen Ländern umfaßten diese geschichtlichen Abschnitte Zeiträume von ungleicher Dauer. Die Anfangszeit der Erforschung sedimentärer Gesteine dauerte am längsten. Sie setzte sich durch mehrere Jahrhunderte fort, in deren Verlauf die ersten geologischen Untersuchungen ausgeführt wurden. Dieser Zeitabschnitt endete ungefähr in der Mitte des XIX. Jahrhunderts mit dem Beginn der schnellen Entwicklung der Industrie und dem Ansteigen der Gewinnung sedimentärer nutzbarer Bodenschätze. Der zweite Abschnitt umfaßt ungefähr die zweite Hälfte des X I X . und den Anfang des XX. Jahrhunderts. Im Laufe der folgenden zwei Jahrzehnte bildete sich die Petrographie der Sedimentgesteine als eine selbständige Wissenschaft heraus. Dies kennzeichnet den dritten Zeitabschnitt. Die letzten zwanzig oder fündundzwanzig Jahre schließlich kann man als den letzten Abschnitt ansehen, in dem die Lithologie Gestalt annahm. Anfangszeit

der Untersuchung sedimentärer

Gesteine

Die ersten Beobachtungen über Sedimentgesteine wurden schon im Altertum bei der Gewinnung verschiedener nutzbarer Bodenschätze gemacht. Jedoch fing man erst bedeutend später an, derartige Beobachtungen zu beschreiben. Eine außerordentlich wichtige Rolle in der Entwicklung der russischen Wissenschaft ist die M. W. L O M O N O S S O W S 1 ) , von dem zuerst, wenn auch in allgemeiner Form, einige Probleme der heutigen Lehre von den Sedimentsgeteinen aufgeworfen wurden. M. W. L O M O N O S S O W ahnte insbesondere rhythmische Bewegungen der Erdrinde und ihren Einfluß auf die Entstehung sedimentärer Gesteine und machte wichtige Beobachtungen über die Verhältnisse, unter denen sich Sedimenablagerungen bilden. W . I. W E R N A D S K I schrieb im Hinblick auf die Vermutungen M. W. L O M O N O S S O W S über die organische Herkunft des Erdöls, daß er nicht eine einzige Theorie des XVIII. Jahrhunderts kenne, die man in eine Reihe mit diesen Anschauungen stellen könne. M. W. L O M O N O S S O W ist einer der Begründer der aktualistischen Methode, die L Y E L L später weiter ausarbeitete. So sieht M. W. L O M O N O S S O W im Torf die künftige Steinkohle, die Bildung von Fossilien deckt er durch Beobachtungen an *) JIOMOHOCOB M . B . ,

O CJIOHX 3eMHHX. 2-oe (LOMONOSSOW, M. W.,

0CH0BaHHH MeTaJiJiyprHH".

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KHHre „üepBbie

Von den Erdschichten. 2. Anhang zu „Erste Grundlagen der Metallurgie".) St. Petersburg 1763. Neuausg. Bd. 7, 1934 und gesonderte Ausg. 1949.

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rezenten organischen Resten auf, die Herkunft des Bernsteins erklärt er durch Besonderheiten des Harzes heutiger Bäume usw. Die ersten Spezialarbeiten über Sedimentablagerungen erschienen im XVIII. Jahrhundert auch im westlichen Europa. So hat der größte Naturforscher jener Zeit, R E A U M U R , 1 7 1 8 die Ergebnisse einer Untersuchung des Mineralbestandes einiger Flußsande Frankreichs im Zusammenhang mit ihrem Goldgehalt veröffentlicht. Später verbreiteten sich in Westeuropa weithin die Ansichten der Neptunisten, nach denen alle Gesteine ursprünglich sedimentär auf dem Grunde eines Weltozeans, der im Anfang die ganze Erde bedeckte, entstanden seien. Der anerkannte Führer dieser Schule war der bekannte deutsche Geologe G. A. W E E N E R . Er und seine Nachfolger studierten sorgfältig Sedimentablagerungen. Insbesondere stellten sie ihre Altersverschiedenheit fest und versuchten eine erste stratigraphische Stufenfolge auszuarbeiten, die auf dem Nachweis von Komplexen sedimentärer Gesteine mit verschiedenem Alter beruhte. I n dieser Zeit benannte man auch die so charakteristischen Sedimentgesteinskomplexe wie die weiße Kreide, den Buntsandstein, das Rotliegende, den Zechstein und andere Schichtfolgen, die sich durch ihre petrographische Zusammensetzung von anderen scharf abheben und ihre Bezeichnung auch in der heutigen Zeit beibehalten haben. Eine sehr große Rolle bei der Entwicklung der westeuropäischen Geologie hat J . HUTTON1) gespielt. Er verwarf die Anschauungen der Neptunisten und zeigte die geologische Dauer des Bestehens der Erde auf. H U T T O N äußerte den Gedanken von der Ähnlichkeit der alten und rezenten Vorgänge, legte ihm aber keine große Bedeutung bei. Die Erdgeschichte stellte H U T T O N als eine endlose Wiederholung von Zyklen hin. Unter der Einwirkung atmosphärischer Agenzien und fließenden Wassers werden die Kontinente allmählich zerstört. Die gebildeten Teilchen werden in das Meer hinausgetragen und dort abgelagert. Dann findet ihre Umwandlung in feste Gesteine statt. Eine spätere Hebung des Meeresbodens führt die Entstehung neuer Festländer und den Anfang eines neuen Zyklus herbei. Am Ende des XVIII. und am Anfang des XIX. Jahrhunderts wurden Beobachtungen über die Zusammensetzung von Sedimentgesteinen seltener ausgeführt. Das erklärt sich aus der Erkenntnis des stratigraphischen Wertes der organischen Reste. Infolgedessen wurde lange Zeit die Aufmerksamkeit der Forscher, die sedimentäre Schichtfolgen untersuchten, lediglich auf die Fossilien und ihre Bestimmung gelenkt. Nur nebenbei wurden an den Gesteinen, die die organischen Reste enthielten, Beobachtungen angestellt. Fossilfreie Schichten aber, insbesondere solche kontinentaler Herkunft, wurden zu jener Zeit nicht untersucht. Zeit der Sammlung allgemeiner Kenntnisse über Sedimentgesteine und ihre Entstehungsbedingungen Die erste Hälfte des X I X . Jahrhunderts ist durch das Aufkommen der Großindustrie gekennzeichnet. Die industrielle Umwälzung trat zuerst in England ein, HUTTON, J . , Theory of the Earth, with proofs and illustrations. Edinburgh 1795, Bd. 1 — 2 .

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etwas später in den anderen Ländern. Das Erscheinen der Dampfmaschinen, dann auch der Eisenbahnen, die Fabrikation der verschiedenartigsten Werkzeugmaschinen — alles das erforderte eine ungeheure Menge Metall. Die für seine Erzeugung nötige Holzkohle fing an, knapp zu werden, und in der Metallurgie begann man immer öfter Steinkohle zu verwenden, deren Förderung schnell anstieg. Zugleich nahm auch das Interesse an den Sedimentgesteinen zu, die Steinkohlenlager enthalten. Daher ist es kein Zufall, daß man in England anfing, vor allem die Sedimentgesteine der Steinkohlenzeit eingehend zu untersuchen, und gegen Ende des XIX. Jahrhunderts wußten die Engländer besser als andere über die Mineralogie und Petrographie ihrer Sedimentgesteine Bescheid. Damals wurden in England insbesondere die zu ihrer Zeit klassischen Arbeiten H. SOBBYS1) über karbonatische und klastische Gesteine veröffentlicht (1879 und 1880). Ein großes Verdienst dieses Forschers um die Wissenschaft ist auch die Anwendung des Mikroskops zur Untersuchung von Gesteinen. Schon vorher hatte der bedeutendste englische Gelehrte, LYELL, seine „Grundlagen der Geologie"2) veröffentlicht (1830 bis 1833), die eine neue Zeit in der Entwicklung nicht nur der Geologie, sondern der ganzen Naturwissenschaft heraufführten. Auf der Basis einer Gesamtdarstellung des bis dahin angesammelten Tatsachenmaterials begründet C H . L Y E L L in jener Arbeit das Prinzip des Aktualismus, nach dem in der Vergangenheit die gleichen geologischen Prozesse wie in der Gegenwart vor sich gingen. Die Bedeutung des aktualistischen Prinzips ist besonders groß für das Studium der Sedimentgesteine, da es die Möglichkeit eröffnet, deren Genese auf Grund von Beobachtungen über die Entstehung rezenter Sedimente zu erklären. Im Zusammenhang mit dem steigenden Interesse an den rezenten Meeressedimenten wurde 1872 die bekannte Expedition zu Schiff auf der „Challenger" ausgerüstet. Die von ihr gesammelten Sedimentproben wurden von M U B E A Y und RENARD3) untersucht, deren Arbeiten lange Zeit die einzige Zusammenstellung der rezenten Meersablagerungen darstellten. In der Mitte des X I X . Jahrhunderts änderte sich die Methodik der Gestemsuntersuchungen infolge der Anwendung des Polarisationsmikroskops. Es wurden auch die Grundlagen der Korngrößenanalyse ausgearbeitet und die Verfahren zur Scheidung der Mineralkörner nach ihrem spezifischem Gewicht, ihren magne-* tischen sowie sonstigen Eigenschaften vervollkommnet. Die fortschreitende Erforschung der Sedimentgesteine und die vervollkommnete Methodik der Beobachtung ermöglichten die ersten Rekonstruktionen der physisch-geographischen Zustände der Vergangenheit. In der Mitte des XIX. Jahrhunderts fing man mit dem Entwerfen der ersten paläogeographischen Karten an, und 1873 äußerte der bekannte deutsche Geologe N E U M A Y B auf Grund der UnterSORBY, H., The structure and origin of limestone. Quarterly Journ. Geol. Soc., 85, 1879. On the structure and origin of the non-calcareous stratified rocks. Journ. Geol. vol., 36, 1880. 2 ) LYELL, CH., Principles ofGeology. London 1830—33. 3 ) MUERAY, J . and RENARD, A., Deep-sea deposits. Report on the scient. Res. of the voyage of H. M. S. Challenger 1873—76. London 1891.

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Lithologie (Lehre von den Sedimentgesteinen) als Wissenschaft

suchung von Ammonitenresten wichtige Vermutungen über das Klima der Jurazeit. Zwei Jahrzehnte später machte es eine Untersuchung der klimatischen Verhältnisse, unter denen sich die alten Sedimentgesteine gebildet hatten, D. KREICHSAUER1) möglich, den Gedanken auszusprechen, daß die Erdachse in der Vergangenheit eine andere Lage gehabt hätte. Dieser Gedanke zog dann die Aufmerksamkeit vieler hervorragender Klimatologen und Geologen auf sich. In dem betrachteten Zeitabschnitt wurden auch mehrere wichtige theoretische Hypothesen aufgestellt. 1873 führte der amerikanische Geologe J. DANA 2 ) den Begriff der Geosynklinalen ein und beschrieb in großen Zügen die spezifischen Eigentümlichkeiten der Sedimentablagerung in ihnen. A. P. KARPINSKI3) klärte an dem Beispiel der Russischen Tafel den Zusammenhang zwischen den Umrissen der alten Meere und den tektonischen Bewegungen in der Vergangenheit auf. Er wies auf die Notwendigkeit des Studiums der Sedimentgesteine in ihrer geschichtlichen Entwicklung und ihrem gegenseitigen Zusammenhang mit anderen geologischen Erscheinungen hin und betonte, daß man nur durch den Vergleich der geographischen Verbreitung der betreffenden Ablagerungen mit ihrem petrographischen Bestände und ihrem paläontologischem Inhalt zu Schlüssen gelangen könne, die der Wirklichkeit mehr oder weniger nahe kämen. Etwas früher äußerte N . A . GOLOWKINSKI4) einige allgemeine Vorstellungen über die Ablagerung der Sedimentgesteine. I m einzelnen stellte er als erster fest, daß die vertikale Aufeinanderfolge der Fazies eine Wiederholung ihrer früheren Verteilung in der Horizontalen ist. Zu demselben Schluß gelangte später der bekannte deutsche Geologe J. WALTHER5), der Verfasser der klassischen Übersicht über die Ablagerungen in der Wüste und über die allgemeinen Voraussetzungen für die Sedimentation (1894). In dieser Zeit wurden immer öfter Arbeiten veröffentlicht, die die petrographische Zusammensetzung verschiedener Typen von Sedimentgesteinen beschreiben. Von diesen müssen in erster Linie die von L . CAYEUX8) erwähnt werden, der die Schreibkreide Frankreichs beschrieben hat, ferner die von K . D. GLINKA7) ge-

.

RREICHGAUER, D., Die Äquatorfrage in der Geologie. Steyer 1902. DANA, J., On the origin of mountains. Am. Journ. Soi. Sei. 3z Ser., vol., 5, 1873. 3 ) KapnHHCKHH A . I I . , O i e p K (|)H3HKO-reorpaHMecKHx ycjiOBHö EßponeficKoß POCCHH B MHHyBuiHe reojiorimecKHe nepnoHbi. 3arriicKH AKajjeMHH H a y n . (KARPINSKI, A . P., Skizze der physisch-geographischen Verhältnisse im Europäischen Rußland vergangener geologischer Zeiten. Aufzeichnungen der Akad.Wiss.), Bd. 60, Beilageheft 8,1889. 2)

4 ) r O J l O B K H H C K H Ä H . A . , O nepMCKOH aHHcoBbix, orHeynopHtix) H O HeK0T0pHX CBoflcTBax TJIHH BOOSIUC. 3an. Pyccnoro T e x m i i . OßM. (SEMJATTSCHENSKI, P. A., Über die südrussischen Tone (Porzellan, Steingut- und feuerfeste Tone) und über einigen Eigenschaften der Tone im allgemeinen. Aufzeichn. der Russ. Techn. Ges.), 1896; JKeJie3Hbie pynbi ueHTpajibHoft nacTH EßponeftcKoft POCCHH. Tp. Cn6 o6m. eCTecTBOHcnHTaT. (Eisenerze im zentralen Teile des Europäischen Rußlands. Arb. der St. Petersburger Ges. d. Naturforscher), Bd. 20, 1899; TjiHHbi CCCP. (Die Tone der UdSSR), Allgem. Teil, Moskau 1935. 2 ) CAYEUX, L., L'Étude pétrographique des roches sédimentaires, T. 1—2, Paris 1916; Les roches sédimentaires de France: Roches silicieuses. Paris 1929; Introduction à l'étude pétrographique des roches sédimentaires. Paris 1931; Les roches sédimentaires de France: Roches carbonates (calcaires et dolomites), T. 1—2, Paris 1935. 3 ) HADDING, A., The Pre-Quaternary Sedimentary rocks of Sweden. 2. The Palaeozoic andMesozoic conglomérâtes of Sweden. Lunds Univ. Arsskrift vol., 23, Nr. 5,1927; 3. Palaeozoic and Mesozoic sandstones of Sweden. Lunds Univ. Arsskrift vol., 25, Nr. 3, 1929; 4. Glauconite and glauconite rocks. Lunds Univ. Arsskrift vol., 27, Nr. 2, 1932; 5. On the organic remains of the limestones. Lunds Univ. Arsskrift vol., 29, Nr. 4, 1933. 4 ) HOHHCKHH M. 9 . , CaMapcKaH JlyKa. Tp. Ka3aHCK. o6m. ecTecTBoncn. (Nors'SKI, M. E., Die Wolgaschleife von Samara. Arb. Kasansk. Ges. d. Naturforscher), Bd. 45, H. 4—5, 1913.

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und Korrelation ihrer Profile aus. Wenig später wurde dieses Verfahren durch den Engländer H. MILNER weiter ausgebildet und fand sehr weite Verbreitung in der Erdölgeologie zur Korrelation der Profile fossilfreier, von Bohrungen durchteufter sandig-toniger Schichten. Neben diesen Arbeiten lief die eingehende Untersuchung des Mineralbestandes der sandig-aleuritischen Sedimente einher, hauptsächlich mit Hilfe der Immersionsmethode. Außer diesem Verfahren wurde in dem betrachteten Zeitabschnitt auch die Uthologisch-vergleichende Methode der Untersuchung alter Sedimentablagerungen ausgearbeitet, die heute auch bei der Erforschung der rezenten und alten Sedimente und der Umstände ihrer Entstehung angewendet wird. 1912 benutzte A. D. ARCHANGELSKI1) diese Methode mit Erfolg um die Genese der oberkretazischen Gesteine im Osten des Europäischen Rußlands zu klären. In dieser Arbeit brachte A. D. ARCHANGELSKI eine eingehende petrographische, fazielle und paläontologische Charakterstik der Lanceolata-Zone und stellte fest, daß das Analogon zur Kreide unter den rezenten Sedimenten der Globigerinenschlamm bildet. Allerdings untersuchte A. D. ARCHANGELSKI nur den Artenbestand der oberkretazischen und rezenten Foraminiferen und ging von der Annahme einer völligen Ähnlichkeit ihre Lebensweise aus. Seine Schlußfolgerung, daß die Schreibkreide in Tiefen von etwa 1000 m abgelagert worden sei, wird jetzt von den meisten Forschern verworfen. Im Zusammenhang mit der Ausarbeitung der lithologisch-vergleichenden Methode bemühte sich A. D. ARCHANGELSKI um eine eingehende Erforschung der rezenten Sedimente. Die Untersuchung der Sedimente des Schwarzen Meeres brachte A. D. ARCHANGELSKI auf den Gedanken von der außerordentlich großen Bedeutung der durch Schwefelwasserstoff verseuchten Wasserbecken für die Bildung erdölhaltiger Schichten. Diese These durchzieht seine andere große Arbeit: „Entstehungsbedingungen des Erdöls im Nordkaukasus". In den ersten Jahrzehnten des X X . Jahrhunderts entfaltete sich auch die Tätigkeit JA. W . SAMOILOWS2), eines der ersten Gelehrten, die sich eingehend dem mineralogisch-petrographischen Studium der Sedimentgesteine in der UdSSR gewidmet hatten. Seine Forschungen waren hauptsächlich darauf gerichtet, welche Rolle die Organismen bei der Entstehung von Sedimentgesteinen spielten. Von diesem Gesichtspunkte aus untersuchte er Phosphorite, eisenmangan- und kieselsäurehaltige Ablagerungen, Vanadium-, Chrom- und Kupferminerale sediA p x a H r e j i b C K H f l : A . X t . , BepxHeMejioBHe OTJioHteHHH BOCTOKa EBponeficKO POCCHH. M a T e p . JJJIH reojioriiH POCCHH. (ARCHANGELSK!, A. D., Die OberkreideAblagerung im Osten des Europäischen Rußland. Mater, zur Geologie Rußlands), Bd. 25, 1912; Ooc$opHTbi (Phosphorite [unter Mitarbeit von JA. W . SAMOILOW]); EcTecTBeHHtie np0H3B0aHTCJiLHLie CHJIBI POCCHH (Natürliche produktive Kräfte Rußlands), Bd. 4; noJie3Hi.ie HCKonaeMtie. (Nutzbare Bodenschätze), Ausg. 25, 1920; YCJIOBHH oßpa30BaHHH He$TH Ha CeBepHOM KaBKa3e. (Entstehungsbedingungen des Erdöls im Nordkaukasus.) Moskau 1927. 2 ) C a M o l t j i o B H . B . , H3yneHHe H3BecTHHK0B C najieo(J»H3HOJiorHHecKoii TOTOH 3peHHH. H3B. MOCK. OTH. reojiorn 1 !. KOM. (SAMOILOW, JA. W . , Untersuchung von Kalken vom paläophysiologischen Gesichtspunkt aus. Mitt. Mosk. Abt. Geol. Komm.), Bd. I , 1923.

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mentärer Herkunft. Ja. W. Samoilow war der Organisator und Leiter der ersten Arbeiten zur Untersuchung der Sedimente in den nördlichen Meeren der UdSSR. Gleichzeitig (1920) veröffentlichte der deutsche Geologe K. Andree 1 ) eine umfassende Arbeit über die rezenten Meeressedimente y die ihren Wert auch bis heute nicht verloren hat. Es war in ihrer Art eine Enzyklopädie, in der mit erschöpfender Vollständigkeit die bis dahin zur Verfügung stehenden Kenntnisse gesammelt waren. Zum Verständnis der Entstehungsbedingungen der alten Sedimentgesteine trug der amerikanische Geologe J . Barrell 2 ) viel bei. Er beschrieb die alten Deltaablagerungen, wies überzeugend auf die weite Verbreitung kontinentaler Ablagerungen in den sedimentären Schichtkomplexen hin und lenkte auch die Aufmerksamkeit auf die Bedeutung der Erforschung der Rhythmizität. Ein großer Fortschritt in der Ausgestaltung der Lithologie war die Veröffentlichung der Monographie W. Twenhoeels: „Lehre von der Sedimentbildung" 3 ). Das Erscheinen dieses Buches lenkte die Aufmerksamkeit der Geologen auf die Sedimentgesteine und zeigte die großen Möglichkeiten auf, die sich der Forschung eröffneten. Etwas später (1939) gab T w e n h o f e . l eine dritte, gekürzte und umgearbeitete Auflage seines Buches unter dem Titel „Grundzüge der Sedimentation" heraus. In diesem behandelt er die Stufen der Entstehung sedimentärer Gesteine und ihre faziellen Besonderheiten. Die Arbeiten Twenhofels legten einen festen Grund für die weitere Entwicklung der Lehre von der Fazies. Eine nachhaltige Wirkung auf verschiedenen Gebieten der Lehre von den Sedimentgesteinen hinterließ der bedeutende russische Gelehrte W. I. Wernadski 4 ). Ein Verdienst W. I. Wernadskis ist die von ihm vorgenommene Ausarbeitung der Grundlagen der Geochemie. Einige davon haben unmittelbare Beziehung zu den Sedimentgesteinen. Fast 20 Jahre seines Lebens widmete sich W. I. Wernadski dem Studium der chemischen Zusammensetzung der Organismen und ihrer Rolle bei der Migration der Elemente. Damit schuf er die neue Wissenschaft der Biogeochemie. W. I. Wernadskis Schüler A. E. Fersman beschrieb ausführlich die physikalisch-chemischen Faktoren der Sedimentbildung. Ein bedeutender Teil des zweiten Bandes von A. E. Fersmans Hauptwerk „Geochemie"6) ist einer Betrachtung der geochemischen Vorgänge in der Sedimenthülle gewidmet. Am Ende des besprochenen Zeitraums erschienen auch die ersten zusammenfassenden Arbeiten über die Mineralogie und Petrographie der Sedimentgesteine. X

) Andbee, K., Geologie des Meeresbodens, Bd. 1—2, Berlin 1920. ) Babrell, J., Relations between climate and terrestrial deposits. Journ. of Geology, vol., 16, 1908; Criteria for the recognition of ancient delta deposits. Bull. Geol. Soc. Am., vol., 23, 1912; Rhythm and the measurement of geol. time. Bull. Geol. Soc. Am., vol., 28, 1917. 3 ) Twenhofel, W., Treatise on Sedimentation. First edit., 1923, second edit., 1925; Principles of Sedimentation, 1939. 4 ) BepHajjcKHH B . H . , OiepKH reoxHMHK. (Webnadski, W. I., Abriß der Geochemie), 1927; EHoreoxHMHiCKHe owpKH. (Biogeochemische Skizzen), 1940. 5 ) OepcMaH A. E . , reoxiiMHH. (Fersman, A. E., Geochemie), Bd. 2, 1934. 2

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Lithologie (Lehre von den Sedimentgesteinen) als Wissenschaft

Eine eingehende Beschreibung der in Sedimentgesteinen anzutreffenden Minerale — und teilweise der Gesteine selbst — wurde von P. B O S W E L L 1 ) und H . M I L N E B 2 ) verfaßt. Die Methodik der mineralogischen Untersuchung klastischer Gesteine behandelte F. T I C K E L L 3 ) . Einer etwas späteren Zeit gehören der kurze Lehrgang von A. N. S A W A R I Z K I 4 ) und M. S. S C H W E Z O W S „Petrographie der Sedimentgesteine"5) an. Die letztgenannten beiden Arbeiten spielten eine große Rolle in der Entwicklung der Petrographie sedimentärer Gesteine in der UdSSR. Fast gleichzeitig veröffentlichten F. H A T C H und R . R A S T A L L 8 ) ihr Buch „Petrographie der Sedimentgesteine". Allerdings sind in ihm die Sedimentgesteine sehr kurz beschrieben. Das letzte große Ereignis des betrachteten Zeitabschnitts war die Organisation der ersten Zeitschrift für die Petrographie der Sedimentgesteine (Journal of Sedimentary Petrology), mit deren Herausgabe in Amerika 1927 angefangen wurde. Im ganzen zeichnen sich die ersten zwei—drei Jahrzehnte des XX. Jahrhunderts durch die Abfassung großer Monographien über die Sedimentgesteinspetrographie, die Ausarbeitung neuer Forschungsmethoden und das Erscheinen der ersten zusammenfassenden Leitfäden aus. Daher darf man auch gerade diesen Zeitabschnitt als die Zeit der Ausgestaltung der Sedimentgesteinspetrographie zu einer Wissenschaft ansehen. Zeit der Umwandlung

der Sedimentgesteinspetrographie

in die

Lithologie

Im Laufe der letzten 15 bis 20 Jahre hat sich die Petrographie der Sedimentgesteine sehr schnell entwickelt. Ein charakteristischer Zug des betrachteten Zeitabschnitts war die immer gründlichere und vielseitigere Charakterisierung der geologischen Verhältnisse während der Sedimentation der alten Ablagerungen. In dieser Zeit entwickelte sich die Lehre von der Fazies und wurden die Grundlagen der Lehre von den Formationen ausgearbeitet. Zur Ausgestaltung der Lithologie trug auch die Ausarbeitung neuer Feldmethoden der Faziesanalyse bei (Untersuchung der Schrägschichtung, der GeröllOrientierung, der Rippelmarken u. a.), ebenso wie die Anwendung früher unbekannter Verfahren der Laboratoriumsuntersuchung von Sedimentgesteinen, insbesondere von Tongesteinen. Die Untersuchung der Zusammensetzung dieser letztgenannten ist wegen ihrer außerordentlichen Feinkörnigkeit mit sehr großen Schwierigkeiten verknüpft, und erst in letzter Zeit gewann man Klarheit über ihren P. G. H., On the mineralogy of sedimentary rocks, 1933. Introduction to sedimentary petrography, 1 9 2 2 ; Sedimentary petrography. Seconsd edit., 1929; Third edit., 1940, 1952. 3 ) TICKELL, F. G., The examination of fragmentai rocks. First edit., 1931; Second edit., 1939. 4 ) 3aBapHUKHft A . H . , BBeAemie B neTporpaHK) ocanomibix ropHbix nopoa. (SAWABITZKI, A. N., Einführung in die Petrographie der Sedimentgesteine), 1932. 5 ) IÜBeuoB M . C . , rieTporpa$HH ocajjoiHtix nopon. (SCHWEZOW, M. S . , Petrographie der Sedimentsgesteine), 1. Aufl. 1934, 2. Aufl. 1948. 6 ) HATCH, P . H . and RASTALL, R . H . , Petrology of the Sedimentary rocks. Second edit., 1923; third edit., 1938. BOSWELL,

2

) MILSER, H . B . ,

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Mineralbestand dank der Anwendung des Elektronenmikroskops, der thermischen Analyse und anderer neuester Forschungsmethoden. Die letzten beiden Jahrzehnte waren auch bemerkenswert wegen des Erscheinens einer Anzahl großer Arbeiten, welche die Genese verschiedener Gruppen von Sedimentgesteinen genauer untersuchten. So zeigte A.D. ABCHANGELSKI 1 ), daß die Bauxite in den meisten Fällen nicht eine Verwitterungsrinde darstellen, sondern normale Sedimentablagerungen, die sich durch Niederschlag von Tonerde aus kolloiden oder echten Lösungen gebildet haben. A. W. KASAKOW 2 ) begründete die chemische Entstehung des größeren Teils der Phosphorite, undN. M. S T R A C H O W 3 ) kennzeichnete die Umstände, unter denen sich Eisenerze und Karbonatgesteine, insbesondere die Dolomite, bilden. Ein großes wissenschaftliches Verdienst erwarb sich N. M. S T R A C H O W dadurch, daß er die Evolution der Sedimentbildung aufzeigte. Die gleichen Typen von Sedimentgesteinen, z.B. sedimentäre Eisenerze, entstanden im Laufe der geologischen Zeit unter verschiedenartigen Verhältnissen. Die Sammlung von Tatsachenmaterial über rezente Sedimente wurde fortgesetzt. Eine Übersicht darüber gibt das Sammelwerk „Rezente Meeressedimente", das unter der Redaktion von TRASK4) in mehreren Auflagen in den USA

erschienen ist. In dem betrachteten Zeitabschnitt hielt auch die Veröffentlichung eingehender petrographischer Beschreibungen einzelner Gesteinsarten an. Dazu gehören die Arbeiten von L . CAYEUX 6 ) über Phosphorite, von A. H A D D I N G 6 ) über die Riffkalke Schwedens. *) A p x a H r e j i b C K H f t A . f l . , O npoHcxosKnemiH 6OKCHTOB H O n o n c n a x HOBBIX MecTopoHt«eHHtt. E O K C H T H . (ABCHANGELSKI, A.D., Über die Entstehung der Bauxite und das Aufsuchen neuerer Lagerstätten. Bauxite), Bd. I, Teil I, 1937. 2 ) K a 3 a K O B A . B . , ococ$opH-roB H reojiornTCCKiie (JmKTopM (jpopMHpoBajiiiH MecTopojKHemift. Tp. Hay^H. HHCT. n o Y«o6p. (KASAKOW, A. W., Phosphatische Fazies I. Die Entstehung der Phosphorite und geologische Paktoren der Bildung von Lagerstätten. Arb. des Inst. f. Düngemittel), Ausg. 145, 1939. 3 ) C T p a x o B H . M . , ÎKejie3opynHHe «frauHH H IIX aHa-nora B HCTOPHH 3eMJin. T p . HHCT. reoji. H a y K A H C C C P . (STRACHOW, N. M., Eisenerz-Fazies und ihre Analoga in der Erdgeschichte. Arb. d. Inst. f. Geol. Wiss. d. Akad. Wiss. UdSSR), Ausg. 73, 1947; H3BeCTK0B0-H0JI0MHT0Bbie (j)aU,HH COBpeMeHHblX H H p e B H H X BOHOeMOB. T p . H H C T . reoJi. HayK A H CCCP. (Die Kalk-Dolomit-Fazies rezenter und alter Wasserbecken. Arb. d. Inst. f. Geol. Wsis. d.Akad. UdSSR), Ausg. 124, 1951. C T p a x o B H . M . , B p o g c K a a H . T . , K H a s e B a J I . M . , PaaiKHBHHa A . H . , P a T e e B M . A . , CanoaîHHKOB fl.R., I I l H m o B a E . C . , 06pa30BaHHe ocaanoB B coßpeMeHHbix BOfloeMax. H 3 H . A H CCCP. (STRACHOW, N . M . , BRODSKAJA, N . G . , K N J A S E W A , L . M . , RASSHTWINA, A . N . , R A T E J E W , M . A . , SAPOSHNIKOW, D . G . , SCHISCHOWA,

E. S., Sedimentbildung in rezenten Wasserbecken. Akad. Wiss. UdSSR), Moskau 1954. 4 ) TRASK, P., Recent marine sediments, 1939. 5 ) C A Y E U X , L., Études des gites minéraux de la France. Les phosphates de chaux sédimentaires de France. Paris 1939. 6 ) H A D D I N G , A., The prequaternary sedimentary rocks of Sweden, V I . Reef limestones. Lunds Univ. Arsskrift, 3, 1941.

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Lithologie (Lehre von den Sedimentgesteinen) als Wissenschaft

Charakteristisch für diese Zeit ist das Erscheinen einer Reihe umfassender Arbeiten, welche die allgemeinen Gesetze der Sedimentgesteinsbildung behandeln. 1940 k a m L . W. P U S T O W A L O W S „Petrographie der Sedimentgesteine" 1 ) heraus, in der gesetzmäßige Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Arten von Sedimentgesteinen aufgezeigt werden, die auf Differentiation des sedimentären Stoffes beruhen. I n dieser Monographie wird auch der Gedanke an den bedeutenden Einfluß der tektonischen Bewegungen auf den Vorgang der Ablagerung sedimentärer Schichten durchgeführt. Fast gleichzeitig wurde in Deutschland von B A R T H , C O R R E N S und E S K O L A 2 ) das Buch „Die Entstehung der Gesteine" veröffentlicht, in der der den Sedimentgesteinen gewidmete Abschnitt von C . W. C O R R E N S geschrieben ist, einem großen Kenner der geochemischen Bedingungen für die Entstehung und spätere Veränderung sedimentärer Ablagerungen. 1938 erschien der von den beiden großen Petrographen W. K R U M B E I N und F. P E T T I J O H N 3 ) verfaßte Lehrgang „Handbuch der Sediment-Petrographie". Dieser Lehrgang entspricht jedoch nicht seinem Thema; denn er behandelt nur die Verfahren zur Untersuchung von Sedimentgesteinen und mathematische Methoden zur Auswertung der gewonnenen Ergebnisse. Eine Beschreibung der Sedimentgesteine selbst fehlt dagegen. Der Methodik bei der Untersuchung von Sedimentgesteinen ist auch das Buch von W. T W E N H O F E L und S. T Y L E R 4 ) gewidmet. Vor kurzem ( 1 9 4 9 ) füllte F . P E T T I J O H N 6 ) die erwähnte Lücke aus, indem er den Leitfaden „Sedimentgesteine" veröffentlichte. Dieses Buch wurde wegen der klaren Beschreibung der Sedimentgesteine und der zu ihrer Entstehung führenden Vorgänge sehr bekannt. Die Umwandlung der Sedimentgesteinspetrographie in die Lithologie trug auch zum Fortschritt der Lehre von der Fazies bei. Wir haben schon Arbeiten von B A R R E L L und T W E N H O F E L erwähnt, die die Grundlagen dieses Zweiges der Lithologie schufen. 1 9 2 2 fing D. W. N A L I W K I N an, im Leningrader Berginstitut besondere Vorlesungen über „Die Lehre von der Fazies" zu halten, und 1933 gab er sie im Druck heraus 6 ). Große Bedeutung für das Studium der Fazies hat P. S H R O C K S Buch 7 ), in dem er eine Beschreibung der Struktureigentümlichkeiten von Sedimentgesteinen bringt, die unter verschiedenen Umständen gebildet wurden. ü y c T O B a j i o B JT. B . , neTporpa$HH ocajjoHHMX nopo«. (PUSTOWALOW, L . W . , Petrographie der Sedimentsgesteine), I—II, 1940. 2 ) BARTH, T., CORRENS, C. W. und ESKOLA, P., Die Entstehung der Gesteine. Berlin 1939. 3 ) KRUMBEIN, W. C and PETTIJOHN, F. J., Manual of sedimentary Petrography, 1938. 4 ) TWENHOFEL, W. and TYLER, S . A., Methods of study of sediments, 1941. 5) PETTIJOHN, P. J., Sedimentary rooks, 1949. 2. Aufl. 1957. 6 ) HaJiHBKHH B . , YHernie o (jmuimx. (NALIWXHST, D. W., Lehre von der Fazies), 1. Aufl. 1932, 2. Aufl. 1934. 7 ) SHKOCK, R. R., Sequence in layered rocks, 1948.

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Aus der Geschichte des Studiums der Sedimentgesteine

I n dieser Zeit wurde auch der Grund zur Lehre von den Formationen gelegt. W . I . POPOW1) u n d N . S. SCHATSKI2), d a n n a u c h a n d e r e F o r s c h e r , schlugen v o r ,

unter diesem Ausdruck bestimmte Typen von Sedimentgesteinen zu verstehen, die genetische Fazieskomplexe darstellen, und bezeichneten die allgemeine Bildungsfolge der Formationen entsprechend dem Lauf der Entwicklung von Geosynklinalen und Tafeln. Gleichzeitig wurden auch die Verfahren zur Rekonstruktion der physischgeographischen Ablagerungsbedingungen der alten sedimentären Schichten verfeinert. Insbesondere zeigte W. P. BATURIN3), welchen Wert die Untersuchung des Mineralbestandes von klastischen Gesteinen f ü r die Rekonstruktion des Laufs der alten Flüsse hat. Das Klima der Vorzeit zog die Aufmerksamkeit anderer Forscher auf sich. Die aufgefundenen Gesetzmäßigkeiten wurden am ausführlichsten v o n M . SCHWAKZBACH,

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und

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geschildert. I m ganzen ist der betrachtete Zeitraum gekennzeichnet durch ein gründliches Studium der geologischen Verhältnisse, die zur Entstehung von Sedimentablagerungen führten. Fortgesetzt wurde die Untersuchung der Zusammensetzung verschiedener Gruppen von Sedimentgesteinen, insbesondere der Tongesteine. Es wurden die Grundlagen für die Lehre von den Formationen geschaffen. Alles das erlaubt uns, den betrachteten Zeitabschnitt als die Epoche der Geburt der Lithologie zu bezeichnen. Kapitel 2 EINTEILUNG DER SEDIMENTGESTEINE 3. Allgemeine Angaben über die Sedimentgesteine Sedimente bilden sich an der Oberfläche der Erde. Sedimentgesteine entstehen aus ihnen meist nur unter Bedeckung durch jüngere Ablagerungen. D a r u m bezeichnet m a n als Sedimentgesteine zweckmäßig g e o l o g i s c h e K ö r p e r , d i e a n rionoB B . M . , HcTopnH nenpeccnii H IIOJIHHTHH 3ananHoro TflHb-IIIaHH. (POPOW, W. I., Geschichte der Depressionen und Hebungen im Westlichen Tienschan), Taschkent 1938. 3 ) IIIaTCKHü H . C . , O^epKH TeKTOHHKH Bojiro-ypajitcKoö He$THHofi oßjiacTH H CMemHOö l a e r a 3anaflHoro cKJioHa lOiKHoro Ypajia. MaTep. K noanamiio reoji. CTpoeHHH CCCP, HOB. cep. (Schatski, N. S., Übersicht über die Tektonik der WolgaUral-Erdölprovinz und des anschließenden Westhangs des Südurals. Mater, z. Kenntn. d. geol. Baues d. UdSSR. Neue Reihe), Ausg. 2, 1945. 3 ) B a T y p H H B . N . , naJieoreorpa$HH no TeppHreHHHM K0Mn0HeHTaM. (BATUBIN, W. P., Paläogeographie auf Grund terrigener Komponenten), Baku 1937; IIeTporpaHwecKHft aHajiH3 reoJioriinecKoro nponiJioro n o TeppHreHHbiM KOMnoHeHTaM. (Petrographische Analyse der geologischen Vergangenheit auf Grund terrigener Komponenten), Moskau 1947. 4 ) SCHWAEZBACH M., Das Klima der Vorzeit. Stuttgart 1950. BROOKS C. E. P., Climate through the ages. London 1950. 5 ) W. KOPPEN, A. WEGEKER, dieKlimate der geologischen Vorzeit, Berlin 1924 (D. Red.)

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Einteilung der Sedimentgesteine

der E r d o b e r f l ä c h e u n d e t w a s t i e f e r e n t s t e h e n , u n d zwar bei geringen T e m p e r a t u r e n u n d D r u c k e n , wie sie d i e s e n H o r i z o n t e n e i g e n s i n d , d u r c h U m w a n d l u n g v o n A b l a g e r u n g e n , die s i c h b e i d e r V e r w i t t e r u n g , der L e b e n s t ä t i g k e i t von O r g a n i s m e n u n d bei v u l k a n i s c h e n Vorgängen gebildet hatten. Der größere Teil der Sedimentgesteine bildet sich aus Absätzen, die durch Umlagerung und Ablagerung in einem wässerigen Medium oder der Luft aus Verwitterungsprodukten entstanden. Seltener bilden sich Sedimentgesteine unmittelbar in der Verwitterungsrinde. Die Sedimentgesteine kommen in der Erdkruste unter thermodynamischen Verhältnissen vor, die sich verhältnismäßig wenig von denen unterscheiden, die an der Oberfläche der Erde herrschen. Bei erheblicher Zunahme des Drucks und der Temperatur gehen die sedimentären Gesteine in metamorphe über. An der Erdoberfläche bildet sich das sedimentäre Material durch die Verwitterung (Zerstörung) dreier Hauptgruppen von Gesteinsarten: der magmatischen, metamorphen und sedimentären. Die Bedeutung der Sedimentgesteine als Lieferanten sedimentären Materials wuchs allmählich in dem Maße, in dem die Entwicklung der Erde fortschritt, da in der heutigen Zeit ungefähr % der Festlandsoberfläche von Sedimentgesteinen bedeckt sind. Die ursprüngliche Quelle des sedimentären Materials sind jedoch die kristallinen Gesteine, von denen aber ein Teil durch Umwandlung von Sedimengesteinen entsteht. Die Sedimentgesteine bilden die oberste Hülle der Lithosphäre. Diese Hülle weist Unterbrechungen auf. Stellenweise geht ihre Dicke bis auf Null herab, und nur eine dünne Schicht von Boden und jüngsten Ablagerungen überzieht weite, aus kristallinen Gesteinen bestehende Gebiete. Aber in anderen Gegenden mißt die Mächtigkeit der Sedimentgesteine nach Kilometern. Man nimmt z. B. an, daß im Kaukasus die größte Mächtigkeit nur der mesozoischen und känozoischen Ablagerungen 28 bis 30 km erreicht." In solchen Fällen handelt es sich allerdings um eine Schichtmächtigkeit, die als Gesamtwert für mehrere benachbarte Bezirke bestimmt wird. In jedem dieser Bezirke weisen die stratigraphischen Horizonte verschiedenen Alters ungleiche Mächtigkeiten auf oder sie sind nicht alle vertreten. Nimmt man aber nur einen beliebigen einzelnen Bezirk von größerer Flächenausdehnung, dann übersteigt die Summe der Mächtigkeiten aller Sedimentgesteinsschichten selten 6 bis 8 km. In einem Schnitt durch die Erdkruste hat in dieser Tiefe die von Sedimentgesteinen eingenommene Fläche schon eine geringe Ausdehnung. Bedeutend kleiner ist die Mächtigkeit der sedimentären Hülle im Bereich der Tafeln, wo sie selten 2 bis 3 km überschreitet. Depressionen und Talmulden, wo die sedimentäre Decke verhältnismäßig mächtig ist, sind voneinander isoliert durch Teile der Tafeln mit geringer Mächtigkeit der Sedimentgesteine. Auf diese Weise wird die Sedimenthülle in ihrer Dicke sehr ungleichmäßig. Das ist eine unausbleibliche Folge der Entwicklung der Erdrinde.

Allgemeine Angaben über die Sedimentgesteine

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In der Sedimenthülle ändern sich mit zunehmender Tiefe die grundlegenden thermodynamischen Verhältnisse — Temperatur und Druck — wesentlich. Berücksichtigt man, daß in den Tafeln die Sedimentgesteine in 2 bis 3 km Tiefe noch keiner beträchtlichen Umwandlung unterhegen, so muß man meinen, daß bei einem Druck von ungefähr 1500 at und verhältnismäßig niedrigen Temperaturen die Existenz typischer Sedimentgesteine noch möglich ist. Die Temperatur im Bereich der sedimentären Hülle schwankt von den für die Erdoberfläche geltenden Wärmegraden bis zu 20 und 35° in 1 kifc. Tiefe und 150 bis 200° im unteren Teil der sedimentären Zone, sofern sie nicht einem besonders starken Druck ausgesetzt sind. Die Sedimenthülle der Lithosphäre weist also einen ziemlich großen Spielraum für Änderungen des Druckes und der Temperatur auf. Das bedingt einen engen Zusammenhang zwischen den sedimentären und den metamorphen Gresteinen insofern, als die verschiedenen Arten der Sedimentgesteine in verschiedenem Maße für Metamorphose empfänglich sind. I m Endergebnis wechsellagern in vielen Fällen fast gar nicht metamorphisierte Sedimentgesteine mit schon bedeutend weiter umgebildeten Abarten. Aus diesem Grund werden in der vorhegenden Arbeit neben den typischen Sedimentgesteinen auch ihre schwach metamorphosierten Abarten behandelt werden. Die thermodynamischen Verhältnisse an der Erdoberfläche ändern sich ebenfalls in ziemlich weiten Grenzen. Der Druck, der an der Festlandsoberfläche ungefähr 1 at beträgt, steigt bis auf 20 at im unteren Teil des Schelfs und auf 1000 at am Grunde der tiefsten Tiefseebecken. Der Druck ist einer von den wesentlichen Faktoren, die für den im Meerwasser vorhandenen Gasgehalt bestimmend sind. Unterschiede im Druck wirken sich durch Änderung des Gehalts an Gasen auf die Ausfällung von Niederschlägen und auf die Schnelligkeit ihrer diagenetischen Umwandlung aus. Die Temperatur an der Erdoberfläche wechselt von —70° (Werchojansk) bis + 8 5 ° (Zentralafrika). Auch die täglichen Temperaturschwankungen können beträchtlich sein (bis 50°). Die Wirkungen derartiger Temperaturänderungen zeigen sich erstens in dem schnellen physikalischen Zerfall der Gesteine und zweitens in der Geschwindigkeit der chemischen Reaktionen in der Natur. Nach der VAK T'HoFFschen Regel erhöht sich die Intensität der chemischen Prozesse bei einer Temperaturerhöhung um 10° auf das 2 bis 3 fache. In Abhängigkeit von den Temperaturverhältnissen findet innerhalb des gesamten Bereichs der Sedimentbildung ein erheblicher Wechsel in der Geschwindigkeit des Ablaufs dieser oder jener chemischen Vorgänge statt. Die Sedimentgesteine unterscheiden sich in bezug auf ihre Entstehung wesentlich von den kristallinen Gesteinen. Wenn die kristallinen Gesteine sich lediglich infolge der inneren Energie der Erde bilden, so konzentrieren die sedimentären Gesteine in sich daneben auch Sonnenenergie in der einen oder anderen Form. 2

Rurhin

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Einteilung der Sedimentgesteine

Für viele Sedimentgesteine ist eine chemische Zusammensetzung bezeichnend, die sich von derjenigen der Eruptiva stark unterscheidet. Jedoch haben Grauwacken, Tone, Tonschiefer und einige Arten von Eruptivgesteinen fast die gleiche chemische Gesamtzusammensetzung. Einen Vergleich der chemischen Zusammensetzung der drei am weitesten verbreiteten Arten von Sedimentgesteinen mit der durchschnittlichen Zusammensetzung der Eruptivgesteine gibt Abb. 2. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß die

Abb. 2. Zusammenhang zwischen der chemischen Zusammensetzung der drei am weitesten verbreiteten Arten von Sedimentgesteinen und der durchschnittlichen Zusammensetzung der Ergußgesteine (aus B S E , vereinfacht) 1 )

chemische Zusammensetzung der Sedimentgesteine eine bedeutend größere Verschiedenartigkeit als die der am weitesten verbreiteten Eruptivgesteine aufweist. Nur gangförmig auftretende Eruptiva und Mischgesteine kommen in dieser Beziehung bis zu einem gewissen Maße den sedimentären Ablagerungen nahe. x

) B S E = Große Sowjetische Enzyklopädie.

Allgemeine Angaben über die Einteilung, die stoffliche Zusammensetzung usw.

19

Der Vorgang der Bildung von Sedimentgesteinen zerfällt in eine Anzahl Entwicklungsstufen, die eng miteinander verflochten sind. Es sind dies folgende Stufen: a) Entstehung des sedimentären Materials (Verwitterung); b) Wegführung; *

c) Ablagerung; d) Verfestigung, bei der die Umwandlung der Sedimente (Syngenese und Diagenesie) und die der aus ihr hervorgegangenen Sedimentgesteine (Epigenese) zu unterscheiden ist. Verwitterung und Transport führen zur Zerstreuung des sedimentären Stoffes, Ablagerung und Verfestigung dagegen zu seiner Konzentration. Die in jeder dieser Entwicklungsstufen sich bildenden Sedimentgesteine haben jeweils ihre Besonderheiten. Jedoch ist für die verschiedenen Sedimentgesteine die Bedeutung dieser Entwicklungsstufen nicht gleich. Die Mehrzahl der Sedimentgesteine entsteht infolge von Verhärtung der Absätze, die sich aus dem zunächst an der Erdoberfläche umgelagerten sedimentären Material gebildet hatten (primäre Sedimentgesteine), andere entstehen unmittelbar bei der Veränderung älterer Gesteine (sekundäre Sedimentgesteine). Zu den sekundären Gesteinen gehören die Ablagerungen der Verwitterungsrinde, einige Karbonat-, Salz- und andere Gesteine. 4. Allgemeine Angaben über die Einteilung, die stoffliche Zusammensetzung und den Aufbau der Sedimentgesteine

Die Sedimente, aus denen sich später Sedimentgesteine bilden, entstehen als Ergebnis dreier sehr verschiedener Vorgänge: des Absetzens vonTrümmermaterial, der Ausfällung aus Lösungen und der Lebenstätigkeit von Organismen. Die Vorgänge bestimmen in ungleichem Maße die Bildung der verschiedenen Sedimente, wie Abb. 3 anschaulich zeigt, in der jeder Ecke des Dreiecks das Vorherrschen des einen oder anderen Faktors entspricht. Die im Dreieck von bestimmten Gresteinstypen eingenommene Flächen sind der Häufigkeit ihres Vorkommens in der Sedimenthülle ungefähr proportional. Die enge Verflechtung der oben aufgezählten Vorgänge erschwert die Einteilung der Sedimentgesteine. In ihnen sind meistens drei Hauptbestandteile vorhanden: a) M i n e r a l e , d i e schon v o r der E n t s t e h u n g des b e t r e f f e n d e n Sedim e n t g e s t e i n s e x i s t i e r t e n , gewöhnlich vertreten durch herangebrachten Detritus (Trümmerkörner) (ererbte Minerale). Diese Teilchen bilden sich bei der Verwitterung der Muttergesteine. Bedeutend seltener sind die Produkte vulkanischer Eruptionen. Als Ausnahme kommen in sedimentären Gesteinen zuweilen Minerale kosmischer Herkunft vor (kosmischer Staub); b) M i n e r a l e , d i e sich auf chemischem W e g e in den v e r s c h i e d e n e n A b s c h n i t t e n der G e s t e i n s w e r d u n g b i l d e t e n . Zu dieser Gruppe gehören Minerale, die auf rein chemischem Wege aus Lösungen ausgefallen und im gleichen 2*

20

Einteilung der Sedimentgesteine

Zeitpunkt als Niederschlag abgelagert worden sind, sowie Minerale, die während der Umwandlung der Absätze in Sedimentgesteine (syngenetische und diagenetische Minerale) oder während des weiteren Bestehens dieser Gesteine (epigeneFällung ausLö'sungen

Abb. 3. Schema für die Herkunft der Haupttypen von Sedimentgesteinen

tische Minerale) entstanden sind. Die Gesamtheit der chemisch ausgefällten, der syngenetischen und der diagenetischen Minerale kann man primäre Minerale nennen, zum Unterschied von den sekundären (epigenetischen) Mineralen, die noch nicht im Niederschlag, sondern erst im Gestein entstanden sind; c) R e s t e v o n P f l a n z e n u n d T i e r e n , die a m Ort der A b l a g e r u n g d e s S e d i m e n t s l e b t e n oder v o n a n d e r e r S t e l l e h e r a n g e t r a g e n wurden. Auch sie unterliegen wesentlichen Veränderungen während der Umwandlung des Niederschlags und des Gesteins. Die Typen der Minerale, die sedimentäre Gesteine zusammensetzen, und die ihre Bildung hervorrufenden Prozesse sind in der Tafel 1 zusammengestellt. In jedem Sedimentgestein finden sich gewöhnlich alle drei Hauptbestandteile vor, jedoch ist das Verhältnis zwischen ihnen in den verschiedenen Arten von Sedimenten sehr ungleich. In der Regel herrschen in ihnen Trümmerkörner, primäre Minerale oder organische Reste vor. Dementsprechend könnte eine Einteilung aller Sedimentgesteine in drei Hauptgruppen möglich scheinen: in klastische, chemisch und organisch entstandene. Eine solche Einteilung kann jedoch aus folgenden Erwägungen nicht angenommen werden. 1. Die meisten organogenen Gesteine sind von primären Gesteinen chemischer Herkunft nicht immer deutlich getrennt. Viele Sedimentgesteine bilden sich unter

Allgemeine Angaben über die Einteilung, die stoffliche Zusammensetzung usw.

21

Tafel 1. T y p e n der Minerale, die sedimentäre G e s t e i n e z u s a m m e n s e t z e n , und die ihre B i l d u n g hervorrufenden P r o z e s s e Mineral-Typen

Typen der die Mineralbildung hervorrufenden Prozesse

Bildungsstufe der Sedimentgesteine, in der die betr. Minerale entstehen

Ererbte (Trümmer-) Minerale (Detritus)

Physikalische Verwitterung vorher existierender Minerale

Verwitterung

Primäre Minerale

Fällung aus wässerigen Lösungen von Produkten der chemischen Verwitterung; Lebenstätigkeit von Organismen

Verwitterung, Wegführung, Fällung

Umwandlung der Teilchen des Niederschlags an seiner Oberfläche

Verfestigung

Umwandlung des noch plastischen, aber schon von jüngeren Ablagerungen bedeckten Niederschlags Sekundäre Minerale

Umwandlung des Gesteins

Syngenese Diagenese

Epigenese

Anhäufung organischer Reste mit gleichzeitiger chemischer oder biochemischer Fällung bestimmter Verbindungen aus Lösungen. Sehr oft kommen in ein und demselben Gestein Bestandteile organischer und anorganischer Herkunft vor, wobei in den meisten Fällen die organischen Reste eingesprengt sind zwischen ähnliche primäre Minerale mit der gleichen Zusammensetzung (z.B. organische Kalkreste kommen gewöhnlich in Kalksteinen vor, kieselige in Silikatgesteinen). Der Grund liegt darin, daß bei hohem Gehalt an bestimmten Verbindungen in dem umgebenden Medium sich günstige Voraussetzungen für die Existenz von Organismen ergeben, die die betreffenden Verbindungen in ihrem Körper speichern, und daß die Auflösung der gebildeten organischen Reste verhindert wird. So sind die rezenten Korallenriffe und Mollusken mit dicker Kalkschale nur in äquatorialen und tropischen Meeren verbreitet, deren Wasser mit Kalk gesättigt ist. Gleichzeitig findet hier auch eine chemische Fällung von Kalk statt. In hohen Breiten, wo die Sättigung mit Kalk unvollständig ist, fehlen viele Organismen, die eine Kalkschale bilden, ganz, oder ihre Schalen werden dünn oder bestehen nur aus Chitin. Hier ist selbstverständlich auch keine chemische Fällung von Kalk zu beobachten. Aus allen diesen Gründen bilden sich unter den gegebenen Verhältnissen keine Kalkablagerungen. 2. Die feinstkörnigen klastischen Gesteine, wie Tonablagerungen, unterscheiden sich ihrem mineralogischen Bestände nach scharf von den typischen Trümmer gesteinen. Tongesteine entstehen nicht nur durch Anhäufung feinster Trümmer teilchen, die in der Regel durch chemische Verwitterung umgewandelt sind, sondern auch durch Fällung des Stoffes aus kolloiden und zum Teil aus echten Lösungen. Daher sind die tonigen Sedimente gewissermaßen Übergänge von den typisch klastischen zu den chemisch entstandenen Gesteinen.

22

Einteilung der Sedimentgesteine

Auf Grund dieser Erwägung wurde in die vorliegende Arbeit auch die Einteilung der Sedimentgesteine nach M. S . S C H W E Z O W in die folgenden drei Gruppen aufgenommen : a) Trümmergesteine; b) Tongesteine; c) Gesteine chemischer und organischer Entstehung. Die hauptsächlichsten Vorgänge und Bildungsstufen aller dieser drei Gruppen sind in Tafel 2 dargestellt. Tafel 2. W i c h t i g e Vorgänge und S t u f e n der B i l d u n g primärer S e d i m e n t g e s t e i n e Bildungs- \ Vorgänge, die Physikalische Verwitterung, / Chemische Verwitterung, stufen der \ zur Bildung z. T. Anhäufung fester /Lebenstätigkeit von OrganisSediment\ sedimentä- vulkanischer / m e l l ( Wegführung von Stoffen gesteine \ ren Mate- Produkte / a n ^ Erdoberfläche durch \ rials / Wasserergüsse bei vulkanischen \ führen / Ausbrüchen Charakter des sedimen- Trümmerteilchen, umgelagert durch tären Materials Schleppung oder im Schwebezustand Sedimente

Sedimentgesteine

Trümmerabsätze

Sedimentäre Trümmergesteine

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Kolloide und echte Lösungen, organische Beste

Toniger Schlamm

Organischer Schlamm, Anhäufungen größerer organischer Reste, Salzablagerungen

Tongesteine

Sedimentgesteine chemimischer, organischer und gemischter Entstehung

In die Gruppe der Sedimentgesteine schließt man auch die pyroklastischen Gesteine ein, in deren Zusammensetzung vulkanogenes Material eine bedeutende Rolle spielt. Die pyroklastischen Bildungen stellen ein eigenartiges Bindeglied zwischen sedimentären und effusiven Gesteinen dar. Die typischen Trümmergesteine werden in erster Linie nach der Korngröße eingeteilt. Hierbei bedienen sich verschiedene Forscher ungleicher Klasseneinteilungen (Tafel 3). Am häufigsten benutzen sie auf dem Dezimalsystem aufgebaute Klassifikationen (UdSSR, Deutschland, Frankreich, Ungarn), bei denen die Endmaße in den einzelnen Teilchengruppen jeweils das Zehnfache der vorhergehenden betragen. Derartige Klassifikationen haben nur einen Vorzug: sie sind leicht zu behalten. I n jeder anderen Hinsicht kann man sie nicht für glücklich halten, weil ihnen eine Zahlenreihe zugrunde gelegt wird, die den klastischen Teilchen mechanisch zugefügt, aber nicht aus den Veränderungen ihrer Eigenschaften abgeleitet sind, die sich bei Änderung der Teilchengrößen ergeben. Die Analyse des Verhaltens klastischer Teilchen verschiedener Größe während ihrer Umlagerung und ihres Absatzes sowie die Untersuchung des Mineral-

Allgemeine Angaben über die Einteilung, die stoffliche Zusammensetzung usw.

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bestandes der sich bildenden Ablagerungen (Abb. 4) bezeugt die Notwendigkeit einer Änderung der dezimalen Klassifikation. I n diesem Falle sind als sandig nicht die Teilchen von 1,0 bis 0,1 oder von 2,0 bis 0,2 mm anzusehen, sondern die von 2,0 bis 0,05 mm, und als aleuritisch empfiehlt es sich die Teilchen von 0,05 bis 0,005 mm zu bezeichnen.

Benennung und Größe (in mm) der Teilchen.

Abb. 4. Vergleich der Eigenschaften von Trümmergesteinen verschiedener Größenklassen (nach RITCHIN 1956) (Geschiebe = Schotter!)

Die Unterteilung aller dieser Gruppen ist in Tafel 4 angegeben. Unter den sedimentären Ablagerungen sind oft Typen anzutreffen, die in ungefähr gleichem Verhältnis aus verschiedenen Bestandteilen zusammengesetzt sind. Solche Mischgesteine haben natürlich besondere Eigenarten, die sie merklich von den Gesteinen unterscheiden, die vorwiegend aus Teilchen von nur einer Korngröße bestehen. Unter den Mischgesteinen findet man sehr oft Abarten, die aus sandigen, aleuritischen und tonigen Teilchen oder aus tonigen und karbonatischen Mineralen zusammengesetzt sind. Man begegnet auch Ablagerungen, die von Tonen in Salzgesteine verschiedener Art und von Kalken in Silikatgesteine übergehen. Viele sedimentäre Erze, insbesondere Eisenerze, sind ein Gemisch aus drei oder sogar fünf Komponenten verschiedener Zusammensetzung, die in ihnen in ungefähr gleichen Mengenanteilen enthalten sind. Man trifft eisen-, kohle- und tonhaltige Gesteine an usw. Von Mischgesteinen sind zwei Gruppen zu unterscheiden. Die eine ist gekennzeichnet durch eine feine Schichtung, die sich äußert in Lagen verschiedener Zusammensetzung mit der Mächtigkeit höchstens einiger Millimeter oder sogar von Bruchteilen eines Millimeters. Beispiele dafür sind viele Eisenquarzitgesteine (Jaspilite) sowie gewisse aleuritisch-tonige Ablagerungen, die in kohleführenden Schichtfolgen vorkommen. Sie bestehen aus wechsellagernden dünnen Schichten aleuritischen und tonigen Materials.

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Tongesteine

In den Aleurit- und Sandfraktionen von Tonen herrschen die klastischen Körner von Mineralen stark vor. Nach der mineralogischen Zusammensetzung unterscheidet man hauptsächlich drei Typen von Tonen: kaolinitische, montmorillonitische und den Hydroglimmertypus. Weitverbreitet sind auch Beidellittone, seltener trifft man Glaukonit- und Nontronittone an. Bei der Einteilung der Tone ist zu berücksichtigen, daß kein einziger Typus in Wirklichkeit einmineralisch ist, nicht einmal im Bereich der kolloiden Fraktionen, die den kleinsten Mengenanteil an klastischen Mineralen aufweisen. In kontinentalen (lakustrischen) Ablagerungen finden sich am häufigsten kaolinitische und hydroglimmerhaltige Tone, in marinen Komplexen Montmorillonit-, Beidellit-, Glaukonit- und Hydroglimmertone. Von Tonen gemischter Zusammensetzung sind besonders verbreitet Quarz-Hydroglimmer-Tone, GlaukonitHydroglimmer-Tone, Hydroglimmer-Beidellit-Tone und Beidellit-HydroglimmerTone. Die Tonminerale unterliegen im Verlauf des Transportes und der Umlagerung wesentlichen Veränderungen. So bestehen z.B. die in der Verwitterungsrinde lagernden primären Kaoline nach M . F. W I K U L O W A hauptsächlich aus verhältnismäßig großen Kaolinitteilchen mit gut ausgeprägten kristallographischen Umrissen. Beim Abtransport der durch Auswaschung der kaolinitischen Verwitterungsrinde entstandenen Produkte beginnen die Kaolinitteilchen zu zerfallen, und nehmen bald eine unregelmäßige Form mit ungeraden, manchmal schartigen Umrissen an. Gleichzeitig damit verschwindet in den Kaolintonen allmählich der Halloysit, der gewöhnliche Begleiter primärer Kaoline. Während der Wegführung geht eine Vermischung der Kaolinitteilchen mit anderen Tonmineralien vor sich. Im Meere wird der Kaolinit zerstört, wahrscheinlich weil der physikalisch-chemische Zustand nicht mit den Bedingungen übereinstimmt, unter denen er auf dem festen Lande entsteht. Aus diesem Grund findet man mehr oder weniger mächtige Lager von Kaolintonen nur zwischen kontinentalen (zum größten Teil lakustrischen) Ablagerungen ziemlich nahe bei der kaolinitischen Verwitterungsrinde. Analoge Veränderungen gehen auch mit den anderen Tonmineralen vor sich. So verändern sich z. B. Hydroglimmer unter marinen Verhältnissen allmählich und gehen in Beidellit und andere Minerale der Montmorillonitgruppe über. Der größere Teil der Tonminerale bildet sich bei einer bestimmten Azidität des wässerigen Mediums. Ein alkalisches Medium z.B. verlangen die Minerale der Montmorillonitgruppe. Umgekehrt entstehen Kaolinit und ihm verwandte Minerale nur in einem sauren Medium. Hydroglimmer bilden sich sowohl in saurem wie in neutralem, seltener in alkalischem Medium. Der Charakter der sich bildenden Tonminerale hängt in erheblichem Maße vom Klima ab, was besonders an festländischen Ablagerungen in Erscheinung tritt. Damit stimmt überein, daß der Mineralbestand rezenter Böden in den verschiedenen Klimazonen wechselt.

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Allith-(Ton-)Gesteine Tafel 10. M i n e r a l o g i s c h e Z u s a m m e n s e t z u n g e i n i g e r B a u x i t p r o b e n (nach S . G . W I S C H N J A K O W , A . K . SCHAROWA und M. S . SCHWEZOW) Prozentgehalt an Mineralen Arten des Gesteins

Varietäten von devonischen Diaspor-Bauxiten des Urals: a) grünlichgraue bohnenförmige b) rote jaspisähnliche . . . c) rote, leicht abfärbend . . Varietäten von mesozoischen Bauxiten des Urals: a) feste (steinharte) . . . . b) lockere Bauxite der Mischgruppe . .

DiasporBöhmit

55 64 68

— —

bis 45

Hydrargillit

Hämatit und Hydro hämatit

—

19 19 25

30,6 46,0 30

30,7 40,1 n. best.

— —

Kaolinit

Si0 2 Gele

10 4 0,6

1 . 1 nicht 1 bestimmt

15,7 7,6 25

Quarz

0,5 0,1 —

Chamosit

3 7 1 17,4 2,8 —

schwankt in den meisten Fällen zwischen 1 und 15 mm. In vielen Bauxiten sind die Bohnen in der Regel von geringer Größe und von der gleichen Farbe wie das sie einschließende Grestein. In den trihydratischen Bauxiten ist die Grundmasse meistens heller als die Bohnen, und sie können in ein und demselben Gestein verschiedene Farben aufweisen. Außerdem findet man in diesem Fall oft große Bohnen. Seltener ist die oolithische Struktur zu beobachten, die durch das Auftreten von Oolithen mit deutlich konzentrischer Struktur und einem Bindemittel gekennzeichnet wird. Diese bestehen aus Chamosit, Diaspor sowie Tonerde- und Eisen-Gelen. Manchmal finden sich in Bauxiten auch Pisolithe (große Oolithe). Bauxite mit Gelstruktur bestehen aus ehemals kolloider Masse (strukturlose Bauxite). Zuweilen ist eine Schichttextur zu beobachten, die durch schichtweise Anordnung von Pyrit-, Diaspor- und Chamositkörnchen in der schwach kristallisierten Grundmasse hervorgerufen wird. Die Bauxitvarietäten mit Bohnen- und Oolithstruktur sind gewöhnlich die an Tonerde reichsten. Zuweilen trifft man in Bauxiten Reste von Pflanzenwurzeln an. Am schwersten ist im Feld die Bestimmung der Gibbsit-Allophan-Bauxite, die durch Einsickern tonerdehaltiger Lösungen entstehen. Derartige Bauxite lagern gewöhnlich zwischen Kalksteinen und den sie überlagernden kohle- und pyrithaltigen Deckschichten. Stößt man bei solchen Verhältnissen auf ein hellgraues, blaßgelbes oder weißes Gestein, das unter der Einwirkung von Salzsäure nicht aufbraust, in aufgelockertem Zustande pulverförmig und nicht plastisch ist, und das kein Trümmermaterial enthält, so sollte es chemisch analysiert werden, da es Bauxit sein kann. 6*

84

Sedimentgesteine chemischer und organischer Entstehung

Entstehung Der überwiegende Teil der Laterite und roten Erden ist an eine Verwitterungsrinde gebunden. Erheblich verwickelter ist das Problem der Herkunft der Bauxite. Freie Tonerde ist nur in sehr saurem oder sehr alkalischem Wasser löslich. In den heutigen, gewöhnlichen Fluß- und Meerwässern löst sie sich nur in geringem Maße. Aluminium ist jedoch imstande, in einer Lösung beständige komplexe Verbindungen mit Humusstoffen einzugehen, wie sie im Sumpf- und Flußwasser weit verbreitet sind. In der Form solcher organisch-mineralischer Verbindungen wird die Tonerde über beträchtliche Entfernungen wegtransportiert. Ein Niederschlag von Tonerde in reiner Form ist nur bei Abwesenheit von gelöster Kieselsäure möglich. Bei Anwesenheit von Kieselsäure in der Lösung bildet sich Kaolinit, der äquivalente Mengen von Tonerde und Kieselsäure bindet. Bei einem Verhältnis von Kieselsäure zu Tonerde gleich 2:1 bildet sich nur Kaolinit; bei größerer Menge von Kieselsäure geht neben der Synthese des Kaolinits die Abscheidung des Kieselsäureüberschusses einher. In einem alkalischen Medium können sich auf die gleiche Weise auch Mineralien von der Art des Montmorillonits bilden. Günstige Umstände für die Ansammlung von Bauxiten ergeben sich, wenn die Oberflächenwasser wenig Kieselsäure enthalten. Das ist nur in den Fällen möglich, in denen sie, zwischen Gesteinen fließen, die gegen Auslaugung widerstandsfähig sind (Quarzite, Quarzsande), oder in Gesteinen, die Kieselsäure nur in unbedeutender Menge enthalten (Kalke). Die Ausarbeitung der Theorie von der sedimentären Entstehung der Bauxite ist ein Verdienst der sowjetischen Gelehrten A . D. A K C H A N G E L S K I und S. F. M A L J A W K I N . In anderen Ländern sind Bauxite oft als eluviale terrestrische Bildungen (der Verwitterung) oder als hydrothermale beschrieben worden. A. D . A B C H A N G E L S K I nahm an, daß die Bauxite chemische oder kolloidchemische Absätze aus Meeres- und Seebecken darstellen, die sich infolge Zuführung gelöster Verbindungen von Tonerde und Eisen aus Gebieten tiefgreifender chemischer Verwitterung anhäuften. Schon früher hatte S. F. M A L J A W K I N ähnliche Ansichten ausgesprochen, jedoch angenommen, daß die Tonerde in Form von Suspensionen transportiert würde. Der Charakter der Bauxitlager ist in den Geosynklinal- und den Tafelgebieten nicht gleichartig, da die physikalisch-geographischen Verhältnisse in ihnen verschieden sind. Fast überall liegen die Bauxite auf der erodierten Oberfläche älterer Gesteine. Indessen ist die Herkunft der Tafel- und der Geosynklinalbauxite wesentlich verschieden, ebenso wie auch der Charakter der Gesteinsarten, mit denen sie in Verbindung stehen. Die geosynklinalen Bauxite entstehen unter küstennahen Meeresverhältnissen und sind fast immer mit karbonatischen Gesteinen verbunden. Diese Bauxite lagern auf der sehr unebenen Oberfläche der darunter liegenden Kalksteine und weisen daher eine veränderliche Mächtigkeit auf. An Tonerde am reichsten sind die untersten Teile des Lagers. Überlagert werden die Bauxite ebenfalls von

Allith-(Ton-)Gesteine

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Kalken. Die Lager geosynklinaler Bauxite können mit Unterbrechungen auf die Entfernung von mehreren hundert Kilometern verfolgt werden (s. Abschn. 89). Die Lagerstätten der Tafelgebiete sind fast vollständig an kontinentale sandigtonige Ablagerungen in Seen und Sümpfen gebunden. Derartige Bauxite treten gewöhnlieh in den randlichen Teilen von Seebecken, in karst- oder dolinenartigen Vertiefungen auf. I n letzterem Falle haben die Lager eine langgestreckte F o r m . Mit Tonerde am meisten angereichert ist der mittlere Teil des Lagers (s. Abschn.98). Geologische Verbreitung Laterite sind hauptsächlich aus obertertiären und quartären Ablagerungen bekannt (Äquatorialafrika, Hindostan, Guayana, Australien). Man kennt sie auch aus älteren Schichtfolgen (einschließlich des Paläozoikums), aber ob diese Lager wirklich Laterite oder Produkte ihrer Umlagerung sind, ist bis jetzt nicht sicher festgestellt. Bauxite der geosynklinalen Art wurden im Ablauf der Erdgeschichte wiederholt gebildet. Die ältesten geosynklinalen Lager sind aus dem östlichen Sajan (Kambrium) und Salair (Übergang vom Silur zum Devon) bekannt. Aus den devonischen Ablagerungen des Urals kennt man drei bauwürdige Horizonte. Bekannt sind Bauxite auch aus mittelkarbonischen Sedimenten von Süd-Fergana. I n mesozoischer und känozoischer Zeit wurden Bauxite geosynklinaler Art 1 ) innerhalb des alpinen Faltungsgürtels gebildet, so in Ablagerungen der Obertrias (Kroatien), der Unterkreide (Südfrankreich), der Oberkreide oder des Paleozäns (Südfrankreich, Italien, Istrien, Norddalmatien) und des Mitteleozäns (Herzegowina, Dalmatien, Istrien). Bauxit vom Tafeltypus ist ebenfalls weit verbreitet. Vorkommen sind bekannt im Unterkarbon (Bezirk Tichwin), Mesozoikum (Mittelasien, China) und Känozoikum (Indien, Guayana u. a.). Bauxite entstanden wahrscheinlich auch im Präkambrium. Jedoch sind ihre Lager metamorphosiert und in Korund- und Schmirgellagerstätten umgewandelt. Praktische

Verwendung

Bauxite werden verwendet zum Erschmelzen von Aluminium, zur Herstellung künstlicher Schleifmittel, feuerfesten Materials, Tonerdezements sowie als Flußund Absorptionsmittel. Die Anforderungen, die an den Bauxit als Ausgangsrohstoff zur Herstellung von Aluminium gestellt werden, ändern sich je nach dem Verfahren der Verarbeitung des Bauxits zu Tonerde. Für das Bayer-Verfahren verwendet man Bauxite mit mindestens 50% Al 2 0 3 -Gehalt und dem Gewichtsverhältnis (Kieselsäure-Modul) A1 2 0 3 : Si0 2 = 10 bis 12. Der Gehalt an A1203 in den zur Verarbeitung durch Sinterung geeigneten Bauxiten kann auf 45 bis 4 6 % hinabgehen, sogar noch Anm. d. Red.: Nach unserer Auffassung gehören die angeführten Beispiele nicht zur geosynklinalen synorogenen Sedimentation.

86

Sedimentgesteine chemischer und organischer Entstehung

tiefer, aber der Kieselsäure-Modul darf im Durchschnitt nicht unter 4,5 betragen. Der Schwefelgehalt soll in den auf Tonerde verarbeiteten Bauxiten 1 bis 2 % nicht übersteigen. Bei der Herstellung künstlicher Schleifmittel (Elektrokorund) werden die Bauxite, gemischt mit Koks und Eisenspänen, in Öfen bei einer Temperatur über 2000° geschmolzen. Für diesen Prozeß verwendet man Bauxite mit 46 bis 50% Al 2 0 3 -Gehalt bei einem Kieselsäure-Modul von 3,5 bis 12. Sehr schädlich wirkt eine Beimengung von Kalk. Tonerdezemente enthalten im Vergleich mit den gewöhnlichen Zementen eine erheblich größere Menge A1 2 0 3 (35 bis 55% an Stelle von 4 bis 7%). Diese Zemente haben die Eigenschaft, schnell zu erhärten (im Laufe weniger Tage), wobei sie eine große Wärmemenge entwickeln. Dies ermöglicht es, das Mauern von Gebäuden sogar im Winter auszuführen. Die Fabrikation geschieht durch Brennen eines Gemisches von Bauxit und Kalk und nachfolgendes Feinmahlen. Zur Herstellung von Tonerdezementen verwendet m a n mehrere Arten von Bauxiten mit A1203Gehalten von 27 bis 46% und mehr bei einem Kieselsäure-Modul von 3,5 bis 7,0. Bauxite werden bei der Erzeugung hochtonerdehaltiger feuerfester Materialien gebraucht, die eine hohe Feuerfestigkeit mit großer chemischer Widerstandsfähigkeit vereinigen. Für die Herstellung solcher feuerfester Materialien nimmt m a n Bauxite mit mindestens 46% A1203 bei einem Kieselsäure-Modul von 3,5 bis 7 und einem Verhältnis C a 0 : A l 2 0 3 von höchstens 0,02. Bauxite verwendet man auch mit Erfolg als Ersatz f ü r Flußspat beim Schmelzen von Martinstahl, wo sie zur Verdünnung der Schlacke und zur Befreiung des Metalls von Phosphor und Schwefel beitragen. I n solchen Bauxiten soll der Gehalt an A1203 bei einem Kieselsäure-Modul > 2 , 1 nicht niedriger als 37% liegen. I n letzter Zeit beginnt man, Bauxite zur Reinigung von Erdölprodukten von verschiedenen Verunreinigungen zu benutzen. Besonders wirksam erwies sich ihre Anwendung zur Reinigung von Schwefel. 14. Eisenschüssige Gesteine Die eisenschüssigen Gesteine stellen eine Gruppe von Ablagerungen mannigfaltiger Zusammensetzung dar, die alle einen beträchtlichen Gehalt an Eisenverbindungen gemeinsam haben. Mineralogische und chemische Zusammensetzung Eisenschüssige Gesteine sind sehr verschiedenartig. I n einem oxydierenden Medium bilden sich oxydische Eisenerze, die den am weitesten verbreiteten und praktisch wichtigsten Typus von eisenhaltigen Gesteinen darstellen. I n einem reduzierenden Medium entstehen Spateisen- und Chamositerze, und unter stark reduzierenden Umständen reichern sich Schwefeleisenverbindungen an. Zur Beurteilung der chemischen Zusammensetzung von Eisenerzen im Gelände wird vom Allunionsinstitut f ü r Mineralische Rohstoffe das chemische SpezialFeldlaboratorium „ C h A L - L " abgegeben. 1 ) Außerdem kann nach P . M. I S S A K O W EiojljieTeilh BMMC. (Bulletin des Alluionsinstitutes für mineralische Rohstoffe), Nr. 11,

1943.

87

Eisenschüssige Gesteine

die qualitative Bestimmung des zwei- oder dreiwertigen Eisens durch folgende einfache, im Gelände leicht anwendbare Verfahren ausgeführt werden. Zur Bestimmung des zweiwertigen Eisens (in Spateisensteinen, Chamositen usw.) zerreibt man ein Körnchen des zu untersuchenden Minerals in einer Porzellanschale sorgfältig mit einigen kleinen Kristallen von Kaliumbisulfat KHS0 4 , feuchtet die Mischung durch den Atem an, fügt dann 1 bis 2 Kriställchen von Kalium-Ferrizyanid K 3 Fe(CN) 6 hinzu und fährt mit dem Reiben fort. Bei Gegenwart von zweiwertigem Eisen nimmt das ganze Gemisch oder einzelne seiner Teilchen eine blaue Farbe an. Das Hinzufügen eines Tropfens Wasser verstärkt die Intensität der Färbung. Zum Auffinden dreiwertigen Eisens zerreibt man ein Körnchen des zu untersuchenden Minerals in der Porzellanschale mit einer kleinen Menge von Kaliumbisulfat ; das Gemisch wird mehrmals durch Anhauchen angefeuchtet, dann werden 2 bis 3 Kriställchen Ammoniumrhodanit NH4CNS hinzugefügt und das Gemisch von neuem gerieben. Es erscheint sofort eine rotbraune, durch Bildung von Rhodaneisen verursachte Färbung. Infolge weiterer Befeuchtung des Gemisches durch Anhauchen verstärkt sich die Intensität der Färbung. Mit denselben Methoden kann die Anwesenheit zwei- und dreiwertigen Eisens in ein und demselben Mineral festgestellt werden. Die chemische Zusammensetzung verschiedener eisenschüssiger Gesteine ist in Tafel 11 wiedergegeben. Tafel 11. C h e m i s c h e Z u s a m m e n s e t z u n g v e r s c h i e d e n e r e i s e n h a l t i g e r (nach L. W. Bestandteile

Si02 Ti02 A1 2 0 3 Fe203 FeO MnO CaO MgO

S so3

AS 2 0 3

v2o5

P202 Glühverluste

Oxyd. Bohnerz Karelischer Seen

PUSTOWALOW

Oxyd. Oolitherze von Kertsch

und M.

Oxyd. Erze vom Choper

SpatOxyd. Erze Chamosite der Kursker eisenstein (gewöhnliche SchwanMagnetischen des Amurkungen) Anomalie gebiets 1,09 — 6,55 0,12 0,73 — 2,49 39,72 —75,86 27,66 —12,18 0,12 — 0,07 0,48 — 0,78 0,09 — 1,10 0,09 — 0,86

2,45

3,41 —11,89 0,11 — 0,21 5,23 —11,52 48,63 —79,26 0,14 — 0,28 0,80 — 1,79 0,53 —16,98 0,13 — 0,41 0,03 — 0,11 — 0,03 — 0,13 — 0,017—0,027 — Sp. —0,006 0,30— 3,54 0,19 — 5,32

17,11

3,96— 6,81 6,17 —16,93

7,66 —15,89

19,27 0,29 8,12 35,10 — —

2,61 1,06 — —

0,068 —

22,96—36,53 0,12— 0,55 1,71— 7,95 14,67—54,73 2,14— 4,32 0,21— 0,40 0,20—24,20 0,50— 1,90 0,12— 0,16

Gesteine

S . SCHWEZOW)

—

0,008 —

0,061 — 0,41

20,96 —

4,98 5,66 26,11 —

4,32 7,85 —

0,22

21,4—38,0 —

18,2—24,9 3,7— 8,5 25,7—46,6 —

1,6— 8,0 1,4— 4,4 — —

—

—

—

—

0,12 —

Spuren —

88

Sedimentgesteine chemischer und organischer Entstehung

Wie aus der beigefügten Tafel ersichtlich, enthalten alle Eisenerze eine größere oder geringere Menge von Beimischungen. Neben sandig-tonigen Teilchen finden sich als Gemengteile Mineralien, die sich gleichzeitig mit der Anhäufung der eisenhaltigen Ablagerungen gebildet haben. Man kann sie, wenn man will, in zwei Gruppen einteilen: Verbindungen, die sich in Mengen von einigen Prozenten oder Zehntelprozenten vorfinden (Silicium, Mangan, Aluminium und Phosphor), und Beimengungen, die nur Hundertstel oder Tausendstel eines Prozents vom Gesamtgewicht des Gesteins betragen (Wolfram, Arsen, Chrom, Titan, Nickel, Kobalt und Kupfer). Der Gehalt an Beimengungen der letzteren Art wechselt sehr stark in den Eisenerzen verschiedener Entstehung und verschiedenen Alters. I n primären oxydischen Erzen ist er höher als in Oxydulerzen. Der in gewissen Erzen beträchtliche Gehalt an Nickel, Kobalt, Kupfer und Chrom erklärt sich aus ihrer Bildung durch Verwitterung ultrabasischer magmatischer Gesteine, die diese Elemente enthielten. I n geologisch jungen Erzen ist der Gehalt an einigen Stoffen (besonders an Phosphor) meist bedeutend höher als in den alten. Haupttypen der Gesteine Oxydisches Eisen enthaltende Gesteine. Diese Gesteine bestehen in der Hauptsache aus Mineralen der Goethit-Gruppe (Goethit H F e 0 2 , Lepidokrokit FeOOH, Limonit H F e 0 2 • n H 2 0 ) und der Hämatit-Gruppe (Hämatit Fe 2 0 3 u n d Hydrohänmtit). Natürliche Gemische von Goethit und Limonit nennt man Brauneisenerze. Oxydische eisenschüssige Sedimentgesteine sind bei aller ihrer Verschiedenartigkeit leicht an ihrer dunkelbraunen, braunen oder Ockerfarbe und an ihrer erheblichen Wichte zu erkennen. Die hier betrachteten Gesteinsarten können primär sein, wenn sich die Eisenhydroxyde im Laufe der Sedimentbildung niedergeschlagen haben, oder sekundär, wenn sie während der Verwitterung anderer eisenschüssiger Minerale entstehen. Besonders häufig bilden sich oxydische Eisenerze sekundär bei der Oxydation von Spateisensteinen. Die oxydischen Eisensteine sind massig oder häufiger kavernös und haben Konkretionsstrukturen. Weit verbreitet sind bohnenförmige (Bohnerze) und oolithische Varietäten mit Körnern in der Größe von Bruchteilen eines Millimeters bis zu 20 m m im Durchmesser. Die Oolithe können einmineralisch sein oder auch mehr mineralisch, wenn nämlich ihre einzelnen Schalen aus verschiedenen Eisenmineralen aufgebaut sind. I n der Mitte der Oolithe findet man oft ein Quarzkorn. Das Zement zwischen den Oolithen besteht aus Eisenoxyden und -hydroxyden, manchmal unter Beteiligung von Kieselsäure. Nicht selten kann m a n in den hier betrachteten Eisenerzen beobachten, daß organische Reste durch Eisenoxyde ersetzt worden sind (s. Abschn. 93). Oft trifft man auch verschiedene Konkretionsabarten an (Oolithe, Seerze u. a.). Örtliche epigenetische Verlagerungen kolloider Eisenverbindungen führen zur Bildung von Geoden und verschiedenen Eisenmineralen.

Eisenschüssige Gesteine

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Besonderen Charakter tragen viele alte (vorkambrische) Eisen-Kiesel-Gesteine, deren Hauptvertreter die Eisenquarzitschiefer (Jaspilite) sind. Sie werden durch die Wechsellagerung dünner Kiesel- und Hämatit-Lagen, manchmal mit Beimengung von Magnetit gekennzeichnet (s. Abschn. 84). Spateisensteine. Diese Ablagerungen bestehen in der Hauptsache aus Siderit FeC0 3 , geringen Mengen von Eisensulfiden, Kalzium- und Magnesiumkarbonaten, Chamositen, Phosphaten und tonigen Teilchen. Sie bilden derbe, kleinkörnige Massen von hellgrauer oder hellblaugrauer Farbe, die in Form von Schichten, Linsen oder einzelnen Konkretionen (Sphärosideriten) zwischen den tonigen oder kieseligen Ablagerungen auftreten. Spateisensteine können primär abgelagert (für das Präkambrium eigentümlich) und diagenetisch sein. Chamosit- (leptochloritische) Gesteine. Chamositerze sind Anhäufungen von Mineralien, die Eisenoxydulsilikate darstellen (ungefähre Formel: 4 FeO • A1203 • 3 Si0 2 • 4 H 2 0). Nach ihrem Äußeren (sie sind dunkelgrün, zuweilen fast schwarz) und ihrer chemischen Zusammensetzung ähneln einige Chamosite-sehr den Glaukoniten. I n reinem Zustande findet man sie selten. Gewöhnlich enthalten sie eine erhebliche Beimengung (bis 50%) von EisenoxydVerbindungen. I n anderen Abarten ist auch der Gehalt an Eisenspat oder Kalkspat hoch. Für Chamositerze ist oft eine Oolithstruktur charakteristisch. Dann werden die Chamositoolithe manchmal in Kalzit als Bindemittel eingebettet. Eisensuliidhaltige Gesteine. Diese Gesteine bestehen vorwiegend aus Sulfiden des Eisens (Pyrit, Markasit usw.) und bilden selten große Massen. Man findet sie als Konkretionen oder linsenförmige Lager. Bekannt sind die aus Pyrit bestehenden Oolithe. Die Farbe der Eisensulfide ist goldgelb oder (in feinkörnigem, kolloidem Zustande) schwarzgrün und schwarzblau. Die'Ansammlungen von Sulfiden lagern in Karbonat- oder Tongesteinen, die an organischen Stoffen reich sind. Der überwiegende Teil der eisenschüssigen Gesteine bildet sich bei der Verfestigung und bei der Verwitterung deutlich sichtbar um. Hierbei werden einzelne Verbindungen durch andere ersetzt. Weit verbreitet ist z. B. die Umwandlung der Eisensulfide in oxydische Verbindungen. Entstehung Der überwiegende Teil der eisenhaltigen Gesteine (oxydischen Erze) bildet sich an der Oberfläche des Festlandes (eluviale und See-Erze) oder auf dem Meeresgrunde. Zuweilen entstehen oxydische Erze bei der Oxydation von Sideriten oder Sulfiden. Die letzteren können ebenfalls (in See- und Sumpfablagerungen) kontinentaler oder (als Niederschläge in Becken mit ruhendem Wasser) mariner Herk u n f t sein. Die Hauptquelle für den Eisengehalt der postproterozoischen Eisengesteine ist die Verwitterung von Eruptivgesteinen, insbesondere der basischen. Für die Entstehung noch älterer Eisenerze hatte wahrscheinlich auch die vulkanische Tätigkeit große Bedeutung, da in ihrem Gefolge große Mengen gelöster Stoffe, darunter

90

Sedimentgesteine chemischer und organischer Entstehung

auch Eisenverbindungen, in das Meerwasser hineingetragen wurden. Manchmal rührte das Eisen auch aus verwitternden Eisenerzvorkommen her. Bei der Verwitterung der Muttergesteine konzentriert sich das Eisen in der Verwitterungsrinde und bildet dabei eluviale Lagerstätten, oder es wird in Form von Bikarbonaten, oxydischen Verbindungen (besonders bei Gegenwart von Humus-Schutzkolloiden) und organisch-mineralischen Verbindungen, seltener als Sulfate und Chloride fortgeführt. Infolge der koagulierenden Wirkung des Meerwassers auf die kolloiden Eisenlösungen sammelten sich Eisenerze vorwiegend in küstennahen Bereichen des Meeres an. Kontinentale Eisenerze entstanden ausschließlich in Zonen mit feuchtem Klima" bei gemäßigter oder wärmerer Temperatur. Sie bildeten sich weder in hohen Breiten mit sehr niedrigen Temperaturen noch in heißen, ariden Gebieten. Kontinentale Eisenerzablagerungen finden sich gewöhnlich in Gregenden mit Sumpfwäldern. Das wird durch die Tatsache bestätigt, daß eisenhaltige Gesteine häufig als wesentlicher Bestandteil im Profil kohleführender Schichtpakete auftreten oder sie faziell ersetzen. Eisenerze sammelten sich bei einem bestimmten Charakter des Oberflächenreliefs an. Die eluvialen Arten bildeten sich in Zeiten kräftiger Einebnung zur Fastebene, in Gebieten, die sich in der Hauptsache aus Gesteinen mit höherem Eisenoxydgehalt aufbauen. Eisenerzablagerungen in Seen entstanden infolge der Abtragung von Eisenoxyden von erhöhten Geländeteilen und ihrer Konzentration in ufernahen Zonen der Seen. Die Gliederung des Reliefs kann hierbei nur wenig ausgeprägt gewesen sein, da im entgegengesetzten Fall in die Seebecken zugleich mit den Eisenoxyden beträchtliche Mengen von Trümmermaterial eingeschwemmt worden wären. Meeresablagerungen von Eisenerzen bildeten sich nach der Meinung N. M. S T K A C H O W S an der stark gegliederten Küstenlinie von Meeresbecken mit Archipelen aus zahlreichen Inseln und ebener Küstenlandschaft. Die überwiegende Menge von Eisenerzlagern, insbesondere der jungen, findet sich in den basalen Horizonten transgressiv gelagerter Sedimentschichten und ist folglich bis zu einem gewissen Grade durch die tektonischen Verhältnisse bedingt. Die sedimentären Eisenerze bildeten sich unter verschiedenartigen tektonischen Umständen. Am schärfsten unterscheiden sich der geosynklinale und der Tafeltypus voneinander. Geosynklinale Eisenerzablagerungen werden gekennzeichnet durch das starke Vorherrschen der marinen und vulkanisch sedimentärer Bildungen. Zu den Tafelgebieten gehören vorwiegend Lagunen- und See- oder Sumpfeisenerze, sowie auch die Eisenerze der Verwitterungsrinde. Das ist daraus zu erklären, daß in Geosynklinalgebieten während der Ablagerung von Sedimenten sich bedeutend seltener als in Tafelgebieten eine Verwitterungsrinde bildet, und daß während langer Zeit kontinentale Verhältnisse herrschen. Dafür ist in Geosynklinalen die vulkanische Tätigkeit intensiver.

Eisenschüssige Gesteine Geologische

91

Verbreitung

Die größten Lagerstätten oxydischer Eisenerze, die dem Präkambrium angehören (Kursker Magnetische Anomalie, Kriwoi Rog u. a.), liegen in den alten Geosynklinalgebieten. Diese Eisenerze werden hauptsächlich vertreten durch Kiesel-Eisen-Gesteine (Jaspilite), die man nur in kambrischen (Chingan, Ferner Osten) und noch älteren Ablagerungen findet. In paläozoischer Zeit lagern sich schon oolithische, oxydische Eisenerze in Meeren ab. Im mesozoischen und känozoischen Zeitalter beginnen neben oolithischen Erzen sich See- und Sumpfablagerungen und Erze der Verwitterungsrinde zu bilden. So gehören z. B. zu jurassischen oder ihnen im Alter nahestehenden Sedimenten die Eisenerzvorkommen des südlichen Urals. Am Ende der Tertiärzeit lagern sich die Eisenerze der Halbinsel Kertsch ab. Spateisensteine in posteozoischen Gesteinen sind bekannt aus dem Karbon der Zentralprovinzen des Europäischen Teils der UdSSR, aus dem nördlichsten Ural, aus dem J u r a Daghestans, aus Jura- und Kreideablagerungen der Wasserscheide zwischen Wjatka und Wytschegda, aus der Unterkreide des westlichen Kaukasus und aus den oberen Schichten der neogenen Folge auf den Halbinseln Taman und Kertsch. Chamositerze als mehr oder weniger wesentliche Bestandteile sind aus dem Silur und dem Devon des westlichen Urals bekannt. Beträchtlich ist der Gehalt an Chamosit in den Erzen von Kertsch. Praktische

Verwendung

Die Bedeutung der sedimentären Eisenerze ist außerordentlich groß. Besonders großen praktischen Wert haben die oxydischen Erze. Ärmer an Eisen sind die Spateisensteine, aber ein günstiger Faktor für ihre Verwertung ist die leichte Schmelzbarkeit und der geringe Gehalt an schädlichen Beimengungen. Chamositerze sind Rohstoffe für die Gewinnung nicht nur von Eisen, sondern auch manchmal von Aluminium. Der geringste Eisengehalt in den zur unmittelbaren Verhüttung im Hochofen geeigneten Erzen ist für Erze von verschiedener Mineralzusammensetzung nicht gleich. Hämatite sollen 55 bis 57% Eisen enthalten, Limonite 38 bis 40% und Spateisensteine 30 bis 35%. Erze mit niedrigerem Eisengehalt (etwa 25 bis 30%) erfordern eine Anreicherung. Die wichtigsten schädlichen Beimengungen in Eisenerzen sind Schwefel und Phosphor. Der Gehalt an diesen Beimengungen ist bei den verschiedenen Verfahren der Weiterverarbeitung des Gußeisens schwankend. Besonders schädlich ist die Anwesenheit von Phosphor. Seine Menge darf über 0,02 bis 0,10% bei der Erzeugung von Gußeisen im Bessemer- und Martinverfahren und 1,1% beim Thomasverfahren nicht hinausgehen. Der Gehalt an Schwefel darf im Erz nicht höher als 1,5 bis 1,75% sein. Ungünstig für das Erschmelzen von Roheisen ist ein erheblicher Kieselsäuregehalt.

92

Sedimentgesteine chemischer und organischer Entstehung

Nützliche Beimengungen sind Mangan, Nickel, Vanadium, Titan, Kobalt, Kupfer und Chrom. Eisenerze, die eine beträchtliche Beimengung (5 bis 10%) von Mangan enthalten, werden nicht mehr als Eisenerze, sondern als Manganerze verarbeitet. Eisenschüssige Tone werden als Mineralfarben benutzt. Bei ihnen unterscheidet man Ocker, das sind beim Anfühlen fette Tone, die durch Eisenoxydhydrate und 10 bis 60% Fe 3 0 3 -Gehalt gelb gefärbt sind, und ockerhaltige Tone, die durch Goethit und eine kleine Beimengung von Manganoxyden gelbbraun gefärbt sind. Außerdem benutzt man an Jarosit reiche Tonarten zur Herstellung einer hellgelben Farbe. Als Mineralfarbe verwendet man auch lockere, eisenarme Erze. Hierher gehören die Ocker (12 bis 25% Fe 2 0 3 ), Englischrot (25 bis 50% Fe 2 0 3 ) u nd Mennige (Fe 2 0 3 > 50%). 15. Sedimentäre Mangangesteine Mineralogische und chemische Zusammensetzung Die wichtigsten Mineralbestandteile der Manganerze sind folgende: a) Oxyde des vierwertigen Mangans wie Psilomelan (Mn0 2 • mMnO • nH a O), der in Tropfsteinformen und als erdige Masse vorkommt, Pyrolusit (Mn0 2 ), gewöhnlich in pulveriger oder kristalliner Ausbildung, und Vernadit (Mn0 2 • nH 2 0), ein kolloidales Mineral, das durch Oxydation hauptsächlich von Karbonaten und Silikaten des Mangans entsteht. b) Oxyde des dreiwertigen Mangans. I n dieser Gruppe ist das wichtigste Mineral der Manganit Mn0 2 • Mn(OH) 2 , der gewöhnlich strahlige Aggregate bildet. Seltener findet man Braunit (Mn 2 0 3 ) 1 ). c) Verbindungen des zweiwertigen Mangans, gewöhnlich durch Salze der Kohlensäure vertreten (Manganspat MnC0 3 und andere Minerale). Die chemische Zusammensetzung von Mangangesteinen untersucht man im Gelände mit Hilfe des Spezial-Feldlaboratoriums ,,ChAL-l", mit dem eine Anzahl qualitativer Bestimmungen ausgeführt werden können, ferner mehrere spezielle Reaktionen (auf höhere Oxyde des Mangans, Reaktionen zur Unterscheidung des Pyrolusits und des Manganits von Psilomelan und Braunit) und die halbquantitative Bestimmung von Mangan und Eisen in den Erzen. Zur vereinfachten qualitativen Bestimmung der hellgefärbten Manganmineralien, z. B. Rhodochrosit (Manganspat), bei der Feldarbeit empfiehlt P. M. I S S A KOW folgendes Verfahren. Ein Körnchen des Minerals wird in einer Porzellanschale mit einigen kleinen Kristallen von K H S 0 4 sorgfältig zerrieben. Zu dem Gemisch setzt man 1 bis 2 Kristalle Silbernitrat und verreibt von neuem. Dann wird das Gemisch mit einem Tropfen verdünnten Ammoniaks weiter behandelt. Bei Gegenwart von Mangan erscheint sofort eine intensive schwarze Färbung. !) Anm. d. Red.: Neue Formel: Mn4 Mn3 [0 8 /Si0 4 ].

93

Sedimentäre Mangangesteine

Der qualitative Nachweis von Mangan in Mineralen und Erzen mit schwarzer Farbe geschieht auf folgende Weise. Ein kleines Stückchen des Minerals wird fein zerrieben und in ein kleines Probiejgläschen geschüttet. Man fügt die vierbis fünffache Menge einer Mischung aus Ammoniumchlorid und -nitrat hinzu, die aus 2 Teilen Ammoniumchlorid und 1 Teil Ammoniumnitrat besteht. Durch Schütteln des Probiergläschens wird das Gemenge gut durchgemischt, und dann wird es 4 bis 5 Minuten über der Spiritusflamme erhitzt. Nach dem Abkühlen des Probierglases entnimmt man, am besten von seinem Boden, eine kleine Menge der Mischung und bringt sie in die Porzellanreibschale. Man fügt 2 bis 3 Kristallkörnchen von Silbernitrat hinzu, reibt das Gemisch und behandelt es mit einem Tropfen der Ammoniaklösung. Eine Schwärzung der Mischung, besonders bei schwacher Erwärmung, weist auf die Anwesenheit von Mangan hin. Ein großer Teil der sedimentären Manganvorkommen ist dadurch gekennzeichnet, daß die Mangangesteine mit kieseligen Ablagerungen vergesellschaftet sind. Daher sind Siliciumdioxyd und Eisenoxyde gewöhnliche Beimengungen in Manganerzen, die manchmal in großen Mengen auftreten. Erheblich seltener sind Manganvorkommen mit karbonatischen Schichtkomplexen vergesellschaftet. Schließlich sind Fälle bekannt, in denen Mangangesteine eine beträchtliche Menge von Trümmermaterial enthalten, das durch Manganverbindungen verkittet wird. Die chemische Zusammensetzung verschiedener Manganerze zeigt die Tafel 12. Tafel 12. Chemische Z u s a m m e n s e t z u n g einiger A r t e n v o n Manganerzen (%) (nach A. G. B E T E C H T I N ) Vorkommen von Tschiaturi Bestandteile

pnmar oxydische Erze in kieselsauren Gesteinen

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2—12

karbonatische Erze

Nördliches Vorkommen karbonatischer Erze

6—30 2—4 0,20—0,30 2—35 2—9 10—35 1—2 20—38

Haupttypen

21,7 3,3 0,22 26,3 2,9 5,5 1,2 21,7

Vorkommen Labinsk Vererzte Sandsteine 13,4—26,1 2,0—3,2 0,13—0,19 40,5—59,2 1,4—6,5 1,8—3,0 0,10—0,85 12,8—16,8

der Gesteine

In den aquatischen Sedimenten sind die Mangangesteine gewöhnlich durch psilomelan-pyrolusitische, quarzig-pyrolusitische und karbonatische opal-rhodochrositische Spielarten vertreten. Der Typus Psilomelan-Pyrolusit ist der am weitesten verbreitete und besteht oft aus Oolithen verschiedener Größe von einigen Millimetern bis zu 10 bis 20 cm. Die großen Konkretionen haben einen konzentrischen Bau. Zu einem etwas anderen Typus gehören die löcherigen,

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Sedimentgesteine chemischer und organischer Entstehung

porösen Erze, die sich durch die Vereinigung einer Vielzahl von Oolithen zu einem Ganzen gebildet haben. Auch erdige Massen k a n n man beobachten. Psilomelan-Pyrolusit-Erze finden sich in weiter Verbreitung. Aus ihnen bestehen die größten Lagerstätten der Welt. Diese Erze zeichnen sich durch dunkelgraue, manchmal schwarze Farbe, oft durch Fleckigkeit und durch körnigen oder erdigen Bruch aus. Die Quarz-Pyrolusit-Gesteine ähneln in ihrer mineralogischen Zusammen^ Setzung dem eben genannten Typus. Hier finden sich die Manganminerale in enger Verwachsung mit einer dichten Kieselmasse, die aus Opal, Chalzedon und Quarz besteht. Die Menge dieser Minerale kann beträchtlich sein. Die karbonatischen Manganerze, insbesondere die manganhaltigen Kalksteine, sind äußerlich oft gewöhnlichen weißen oder hellgrauen Kalken, Mergeln oder Kalksandsteinen ähnlich. Die Unterschiede werden nur in verwitterten Stücken deutlich, in denen die Mangangesteine eine dunkelbraune oder schwarze Farbe annehmen. Ähnliche, sekundär oxydierte Manganerze, die der Verwitterungsrinde eigentümlich sind, unterscheiden sich von den primär oxydierten Psilomelan-PyrolusitErzen durch größere Porosität und manchmal auch durch mulmige Beschaffenheit. Die chemische Zusammensetzung der sekundären Erze wird oft durch einen hohen Gehalt an Kalzium- und Phosphor gekennzeichnet. I n metamorphen Schichtkomplexen entstehen durch Umwandlung sedimentärer manganhaltiger Gesteine braunitische, silikatische und silikatisch-karbonatische Erze. Braunithaltige Manganerze treten z. B. in Lyditen und anderen Kieselsäuregesteinen devonischen Alters im Südural auf. Entstehung Primäre manganführende Gesteine bilden sich hauptsächlich in Meeresbecken, seltener in Seen. Sekundäre Manganvorkommen finden sich auch in der Verwitterungsrinde (Manganhüte und Infiltrationslagerstätten). Die Meeresablagerungen von Mangan, in denen häufig gewaltige Erzvorräte konzentriert sind, stehen genetisch in der Regel in Zusammenhang mit chemischen (kolloidalen) Flachwassersedimenten von quarzigen oder mit sandig-tonigen Schichtfolgen. Sie liegen an der Basis transgressiv gelagerter Schichtkomplexe. I n der Nähe der Uferlinie entstehen primär-oxydische Psilomelan-Pyrolusit-Erze, in weiterer Entfernung karbonatische Erze. I n dem Maße, wie m a n sich vom Ufer entfernt, ändert sich auch die Beschaffenheit des Erzes selbst merklich, insbesondere vermehren sich die schädlichen Beimengungen (Schwefel, Phosphor, Silicium). Die Entfernung, in der der Fazieswechsel in jedem Erzhorizont eintritt, ist nicht einheitlich (sie schwankt von 0,5 im Vorkommen von Polunotschnoje bis 10 bis 12 k m in dem von Tschiaturi). Darum ist bei der Aufsuchung von Manganlagerstätten der allergrößte Wert auf eine Faziesanalyse zu legen, da m a n mit ihrer Hilfe die Richtung vorausbestimmen kann, in der die höherwertigen Erze zu suchen sind (s. Abschn. 85 und 94).

Sedimentäre Mangangesteine

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Manganhaltige See- und Sumpferze sind nur aus den jüngsten Schichten bekannt und haben in der Regel keine praktische Bedeutung. Rezente Manganablagerungen in Seen sind in der Waldzone (Karelisch-finnische SSR, Finnland, Schweden, Kanada) sehr verbreitet. Das Mangan in Sedimenten geht gewöhnlich auf ManganVerbindungen zurück, die während der Verwitterung der Muttergesteine entstehen. Da kristalline Gesteine nur unerhebliche Gehalte an Mangan aufweisen, fehlen gewöhnlich auch hier eluviale Lagerstätten. Solche treten lediglich in der Verwitterungsrinde von Sedimentgesteinen auf, die schon vorher an ManganVerbindungen reich waren. Zuweilen entstehen oxydische Manganverbindungen in der Oxydationszone karbonatischer Mangangesteine (sekundär-oxydische Erze). Aus dem Mineralbestand der Manganerze in der Oxydationszone kann m a n manchmal den Charakter des Muttergesteins erkennen (z. B. entsteht Vernadit gewöhnlich aus karbonatischen und silikatischen Mangangesteinen). Eine weitere Quelle f ü r Mangan ist anscheinend die vulkanische Tätigkeit, in deren Verlauf durch heiße Wässer eine gewisse Menge Mangan in das Meer hineingetragen wird. Auf diese Weise bilden sich Mangangesteine, die in engem Zusammenhang mit Vulkaniten, Lyditen- u . a . stehen. Derartige effusiv-sedimentäre manganhaltige Schichtkomplexe gibt es nur in Geosynklinalgebieten. Geologische Verbreitung Große Vorkommen sedimentärer Manganerze finden sich im Präkambrium (Hindostán, Brasilien, West- und Südafrika). Das zweite große Zeitalter für die Bildung von Manganerzlagerstätten, zugleich das wichtigste f ü r das Gebiet der UdSSR, fällt mit dem Tertiär zusammen. I n der UdSSR ist außerdem eine Reihe von Vorkommen aus dem Kambrium, Devon, Unterkarbon und dem Oberperm bekannt. Die größten Manganvorkommen liegen alle in Geosynklinalen oder in angrenzenden Tafelzonen. Praktische Verwendung Der weitaus größte Teil aller geförderten Manganerze wird für metallurgische Zwecke gebraucht, und nur 5 bis 10% werden von der chemischen und sonstigen Industrie verwendet. Der große Manganverbrauch bei der Stahlerzeugung erklärt sich daraus, daß Mangan ein aktives Reduktionsmittel ist, den Sauerstoff aus dem Schmelzfluß herauszieht, wodurch es den Stahl von Oxyden des Eisens reinigt, und zur Gewinnung von Blöcken ohne Hohlräume beiträgt. Außerdem entfernt Mangan aus der Schmelze auch den Schwefel. Selbst kleine Beimengungen von Mangan verbessern die mechanischen Eigenschaften des Stahl sehr. I n der Metallurgie des Eisens verwendet man drei Arten Manganerze: a) Manganerze, die Eisen in begrenztem Ausmaße enthalten (das Verhältnis Mn:Fe ändert sich von 30 bis 15, seltener 6 bis 7);

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Sedimentgesteine chemischer und organischer Entstehung

b) Eisen-Mangan-Erze, in denen beide Metalle zu ungefähr gleichen Teilen enthalten sind (das Verhältnis Mn: Fe ist annähernd gleich eins oder weniger); c) manganhaltige Eisenerze mit sehr untergeordnetem Mangangehalt (5 bis 10%). Der Gesamtgehalt an Eisen und Mangan schwankt in verhüttungsfähigen Manganerzen, die keiner Aufbereitung bedürfen, von 40 bis 50%. Günstig sind eine große Festigkeit des Erzes und Staubfreiheit. Die schädlichste Beimengung in Manganerzen ist Phosphor. Der Gehalt darf 0,003 bis 0,005% auf 1% Mangangehalt im Erz nicht übersteigen. Eine geringe Beimengung von Schwefel ist nicht gefährlich, weil dieser in die Schlacke geht. In der Metallurgie des Eisens verwendete Manganerze werden zu folgenden Zwecken gebraucht: a) aus hochwertigen Manganerzen, die an Eisen und Phosphor arm sind, erschmilzt man Ferromangan, das als Zuschlag bei der Erzeugung von Spezialstählen benutzt wird; b) Eisen-Mangan-Erze dienen zur Herstellung von Eisenlegierungen, die bei der Erzeugung gewöhnlicher Stahlsorten als Ersatz für das hochwertige Ferromangan Verwendung finden; c) manganhaltige Eisenerze mit geringem Phosphorgehalt werden zum Erschmelzen von Mangan-Roheisen (mit 5 bis 10% Mangangehalt) benutzt; d) manganhaltige Kalksteine verwendet man als Flußmittel. In der chemischen Industrie finden Manganerze Anwendung für die verschiedensten Zwecke: bei der Herstellung von elektrischen Trockenbatterien, zur Entfärbung des Glases, als Farben usw. Für diese Zwecke wendet man in der Regel Manganerze an, die an Mangandioxyd reich sind (an Mineralen der Psilomelangruppen, an Pyrolusit und Vernadit). Ein Gehalt an Silicium und Phosphor spielt keine besondere Rolle. Verbreitete Anwendung finden in der chemischen Industrie und in der Landwirtschaft (zur Anregung des PflanzenWachstums) pulverige Erze, die für die metallurgische Industrie nicht geeignet sind. Die Manganerze werden in den meisten Fällen vor ihrer Verwendung in der Industrie durch Aufbereitung angereichert. Am leichtesten erzielt man mit einfachen Aufbereitungsverfahren Erfolge bei oolithischen Konkretionen, die in tonige oder lockere Tripel-Gesteine eingebettet sind. Praktisch nicht durchführbar ist eine mechanische Aufbereitung gewisser Kiesel-Mangan-Erze sowie die der schwarzen, an Mangan angereicherten Sandsteine, in denen Manganoxyde den Zwischenraum zwischen den Trümmerteilchen ausfüllen. 16. Kieselgesteine Kieselgesteine sind nach den tonigen klastischen und den karbonatischen Gesteinen eine der am weitesten verbreiteten Typen sedimentärer Ablagerungen. Zuweilen bilden sie verhältnismäßig mächtige Schichtkomplexe.

Kieselgesteine

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Mineralogische und chemische Zusammensetzung Kieselgesteine bestehen in der Hauptsache aus Kieselsäure, vertreten durch amorphen Opal, kryptokristallinen Chalzedon und Quarz (jedoch nicht in Form von Detritus), der sich gewöhnlich bei Yersteinung und Metamorphose bildet. Opal und Chalzedon entstehen durch rein chemische Vorgänge oder durch die Lebenstätigkeit von Organismen. I n den meisten Kieselgesteinen trifft man beide Arten an, aber ihr Verhältnis ist nicht konstant. Manchmal herrschen die organischen Reste vor; dann unterscheidet man Diatomite, Spongilite und Radiolarite. Manchmal dagegen fehlen organische Reste fast ganz (Tripel = Kieselgur, Opoka = Kieselkalkton, Lydit, Kieselerde). Von rein chemischer Entstehung sind Kieselgesteine, die als Absätze einiger Quellen und Geysire entstehen (Geysirite). Meistens finden sich in den Kieselgesteinen in der kryptokristallinen QuarzChalzedon-Grundmasse vereinzelte Reste von Radiolarien, seltener von Kieselschwämmen. So sind die Kieselschiefer und Lydite aufgebaut, die in vielen geosynklinalen Schichten weit verbreitet sind. I n ihnen beobachtet man oft eine erhebliche Beimengung organischer Substanz, die zuweilen bei der Metamorphose in Graphit umgewandelt worden ist. Daher sind viele Kieselschiefer schwarz gefärbt, Außer der organischen Substanz findet man in diesen Gesteinen auch tonige, bedeutend seltener sandige Teilchen. I n einigen Abarten ist der Gehalt an Karbonaten groß, jedoch gewöhnlich nicht in Form von organischen Resten. Es kommen auch Oxyd- oder Sulfidverbindungen des Eisens, in jungen Opalgesteinen auch Glaukonit vor, der in anderen Arten fehlt. Die chemische Zusammensetzung der Haupttypen zeigt die Tafel 13.

Haupttypen der Gesteine Die wichtigsten Varietäten von Kieselgesteinen sind Diatomite, Tripel, Spongilithe, Radiolarite, Opoki, Jaspisgesteine, Kieselerde und teilweise Geysirite. Diatomite. Die Diatomite bestehen hauptsächlich aus Resten von DiatomeenAlgen. Makroskopisch betrachtet, stellen sie ein weißes oder gelbliches, sehr leichtes, weiches (schreibt auf einer Tafel), poröses, an der Zunge klebendes Gestein dar, dessen Raumgewicht zwischen 0,9 und 0,4 und dessen Porosität etwa 90 bis 92% beträgt. Zuweilen ist eine feine horizontale Schichtung zu beobachten. I m äußeren Aussehen sind Diatomite nicht von Tripeln zu unterscheiden, in denen aber Reste von Diatomeen eine untergeordnete Rolle spielen oder gänzlich fehlen. Die Struktur der Diatomite ist typisch organogen (Abb. 19). Die Schalen der Diatomeen setzen das Gestein manchmal zu 70 bis 80% zusammen. Der Mengenanteil an Diatomeenresten ist nicht einheitlich. 7 Ruchin

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