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Teil III: Paläozoikum / Erdaltertum

Das mesozoische Deckgebirge wird vom Grundgebirge des Paläozoikums unterlagert. Während die jüngsten Schichten des Paläozoikums (Perm, Oberkarbon) nicht mehr von der variszischen Gebirgsbildung erfasst wurden, ist für alle anderen Gesteinsschichten (Unterkarbon bis Ordovizium eine intensive Faltung und Schieferung kennzeichnend. Diese intensive tektonische Beanspruchung erfolgt unter deutlich erhöhten Druck-Temperatur-Bedingungen (Metamorphose) und ist daher mit Transformationen im Tonmineralbestand verknüpft. Illite, Smektite und Kaolinite gehen in eine stabile Paragenese aus Serizit und Chlorit über. Visuell ist dieser Übergang oft an der Grünfärbung der Schiefer sichtbar. Diese ist wiederum auf zweiwertige Eisenverbindungen in den Chloriten zurück zuführen. Das größte Tonpotenzial der Erdgeschichte liegt im Paläozoikum.

Bordenschiefer des Karbon/Thüringer Wald (2012)
Bordenschiefer des Karbon/Thüringer Wald (2012)
Gewinnung devonischer Diabase/Harz (2013)
Gewinnung devonischer Diabase/Harz (2013)
Phyllitschiefer des Ordovizium/Thüringer Wald (2013)
Phyllitschiefer des Ordovizium/Thüringer Wald (2013)

Perm (vor 252,2 - vor 298,9 Mio. J.)

Im Zechstein überflutete das Meer Deutschland von Norden und bildete das Germanische Becken. Hier reicherten sich bei wüstenartigem Klima durch Eindampfung die im Meerwasser gelösten Salze an. Die Ausbildung des Zechstein im Germanischen Becken ist sehr unterschiedlich. Während sich im salinaren Beckenzentrum die wichtigsten Salzlagerstätten ganz Deutschlands bildeten, kamen in den Randgebieten Kalke, Mergel und bunte Tone/Zechsteinletten zum Absatz.

Das Rotliegend war dagegen eine Phase kontinentaler Sedimentation. Die Entwicklung begann im Oberkarbon mit der Anlage einzelner Senken, die sich im Laufe der Zeit zu intermontanen Trögen verbreiterten und vertieften. Die Absenkung war in der Saxothuringischen Zone am stärksten, vor allem die Mitteldeutsche Schwelle wurde unter mächtigen Ablagerungen begraben. Auch Norddeutschland stellte ein ausgedehntes Senkungsfeld dar. Infolge des ariden Klimas weisen die Sedimente intensiv rote Farben auf.

Paläogeographie im Rotliegend / Quelle: Meschede (2015)
Paläogeographie im Rotliegend / Quelle: Meschede (2015)

Tongesteine des Perm (Typ 25)

Das Top des Zechstein wird von Bröckelschiefern gebildet, die ursprünglich an die Basis des Buntsandstein gestellt wurden. Nach neueren Untersuchungen werden diese Materialien als Sedimente der Zechstein-Randfazies interpretiert. Bröckelschiefer werden im Odenwald und im Vorspessart als Ziegelrohstoffe genutzt. Einen Sonderfall stellen konglomeratische Folgen des obersten Zechstein im Altenburger Land dar. Als Leftover-Material der Kieswäsche werden kaolinitisch-illitische Filterkuchen in der Ziegelindustrie eingesetzt.

Kiessandlagerstätte im Zechstein/Altenburger Land (2006)
Kiessandlagerstätte im Zechstein/Altenburger Land (2006)
Konglomerate in illitischer Tonmatrix/Altenburger Land (2012)
Konglomerate in illitischer Tonmatrix/Altenburger Land (2012)
Sinteraktive Filterkuchen/Altenburger Land (2012)
Sinteraktive Filterkuchen/Altenburger Land (2012)

 Die bis über 1000 Meter mächtigen Sedimente des Rotliegend streichen vor allem im Gebiet des Saar/Nahe Troges und am Nordrand des Erzgebirges aus. Es handelt sich um ungeschieferte, aber diagenetisch stark verfestigte Silt- und Tonsteine, die für die Produktion von Dach- und Mauerziegeln eingesetzt werden. Die Tonmineralparagenese wird von Illit/Glimmer dominiert, was mit einer hohen Sinteraktivität und geringen Feuerstandsfestigkeit verbunden ist. Organischer Kohlenstoff ist minimal. Lagerstättenbedingt kann grobstückiger Quarz als Störkomponente auftreten. Die Bildsamkeit ist meist gering. Verwitterungshorizonte können mittlere Plastizität aufweisen.

Lokalitäten/Ziegeleistandorte im Zechstein:

Dörnfeld, Frankenberg/Eder, Geiselbach, Gera/Leumnitz, Nöbdenitz/Untschen, Reichelsheim/Vierstöck, Rotenburg/Schwarzenhasel.

Lokalitäten/Ziegeleistandorte im Rotliegend:

Büdingen, Eisenberg/Pfalz, Chemnitz/Rottluff, Neukirchen/Pleiße.

Karbon (vor 298,9 – vor 358,9 Mio. J.)

Im Karbon rückten die Festlandsmassen der Nord- und Südhalbkugel so nahe an einander, dass durch Kontinent/Kontinent-Plattenkollision der globale Großkontinent Pangäa entstand. Der größte Auffahrunfall der Erdgeschichte, der sich nicht nur in senkrecht stehenden Schichten und komplexer Faltung sondern auch in der Bildung weltweit wichtiger Steinkohlelagerstätten dokumentiert. Zwischen Laurussia und Gondwana bildete die Paläotethys ein nach Osten geöffnetes ozeanisches Becken, das an seinem keilförmigen Westende in ein epikontinentales Flachmeer überging. Ab dem Oberkarbon führten Bewegungen der sudetischen Phase zur Heraushebung weiter Gebiete Mitteleuropas. Das Meer verblieb jedoch in der Subvariszischen Saumtiefe, die sich von Südengland über Belgien bis ins Ruhrgebiet erstreckte. Die Mitteldeutsche Schwelle wurde zum Liefergebiet für die Sedimente zur Auffüllung der Subvariszischen Saumtiefe im Laufe des Karbon.

Schema der variszischen Orogenese / Quelle: Meschede (2015)
Schema der variszischen Orogenese / Quelle: Meschede (2015)

Tongesteine des Karbon (Typ 26)

Zur Zeit des Oberkarbon lag Deutschland in Höhe des Äquators. Bei warm-feuchtem Klima wurden im Bereich der Subvariszischen Saumtiefe bis zu 7.000 Meter mächtige Sedimente geschüttet. Die zyklische Gliederung der Ablagerungen ist auf den vielfachen Wechsel zwischen fluviatiler Sedimentation (Sande), der Ausbreitung großer paralischer Sumpfwälder (Kohle) und kurzfristige Meereseinbrüche (Tone) zurückzuführen. Die Kohleführung ist im Unteren Westfal am größten und nimmt in den oberen Schichten rasch ab.

Paläogeographie im Oberkarbon / Quelle: Meschede (2015)
Paläogeographie im Oberkarbon / Quelle: Meschede (2015)

 Für die nordwestdeutsche Klinkerindustrie stellt das ungefaltete Vorlandkarbon der Ibbenbürener Scharfbergscholle traditionell einen wichtigen Grundrohstoff dar. Die geologisch stark verfestigten Schiefertone sorgen für ein stabiles Stützkorn und sind aufgrund nicht expansiver Dreischichtsilikate problemlos zu trocknen. Die Brennfarben sind meist rot, zum Teil auch gelblich beige. Zur einwandfreien Formgebung muss die geringe Bildsamkeit durch Zusatz plastischer Komponenten erhöht werden.

Schieferton für Klinker und Dachziegel/Ibbenbüren (2003)
Schieferton für Klinker und Dachziegel/Ibbenbüren (2003)
Ungefaltete Schiefertone des Westfal D/Ibbenbüren (2013)
Ungefaltete Schiefertone des Westfal D/Ibbenbüren (2013)
Anleger zur direkten Schiffsverladung/Ibbenbüren (2013)
Anleger zur direkten Schiffsverladung/Ibbenbüren (2013)

Bei nahezu konstanter Mineralogie der einzelnen Schiefertonvorkommen ist der Anteil des organisch gebundenen Kohlenstoffs das entscheidende Qualitätskriterium. Diese Werte variieren je nach Vorkommen zwischen rund 0,1 und 1,5 MA % und decken damit die gesamte Bandbreite möglicher Bewertungen ab. Aufgrund der starken geologischen Verfestigung sind ein definiertes Vorbrechen und Homogenisieren sowie ein Lagerung zwecks Aufschluss in der Grube Voraussetzung für die weitere Verarbeitung im Ziegelwerk.

Paläogeographie im Unterkarbon / Quelle: Meschede (2015)
Paläogeographie im Unterkarbon / Quelle: Meschede (2015)

Im Gebiet des Rheinischen Schiefergebirges und des Thüringisch-Fränkischen Schiefergebirges kamen während des Unterkarbon über 5.000 Meter mächtige Sedimente zur Ablagerung. Dabei ist zwischen küstennahen Sedimenten der stabilen Plattformränder (Kohlenkalkfazies) und marinen Flyschsedimenten am Nordrand der Mitteldeutschen Schwelle (Kulmfazies) zu unterscheiden. Die Sedimente der Kulmfazies lassen sich in eine Anzahl von Großrhythmen gliedern, die jeweils mit dickbankigen Grauwacken beginnen und mit dünnplattigen Tonschiefern ausklingen.

Senkrecht stehende Bordenschiefer/Thüringer Wald (2006)
Senkrecht stehende Bordenschiefer/Thüringer Wald (2006)
Aufgefaltete Sequenzen des Vise/Thüringer Wald (2014)
Aufgefaltete Sequenzen des Vise/Thüringer Wald (2014)
Teil der 2900 Meter mächtigen Schichten/Thüringer Wald (2014)
Teil der 2900 Meter mächtigen Schichten/Thüringer Wald (2014)

Grauwacken und Bordenschiefer der Kulmfazies sind in großen Tagebauen, besonders gut im Thüringer Wald aufgeschlossen. Sie werden traditionell als quarzarme Magerungsmittel bei der Dachziegel- und Steinzeugröhrenproduktion eingesetzt. Durch die variszische Orogenese sind die Schichten intensiv gefaltet und steil gestellt. Die geologische Verfestigung ist so groß, dass eine Trockenaufbereitung/Feinvermahlung erforderlich ist. Durch Frühmetamorphose ist die Tonmineralparagenese überprägt und besteht aus Illit und Chlorit.

Lokalitäten/Ziegeleistandorte im Oberkarbon: 

Ibbenbüren/Dickenberg-I (AKA), Ibbenbüren/Dickenberg-II (Westermann), Ibbenbüren/Querenberg I-III, Ibbenbüren/Up de Gadde, Fröndenberg, Recke/Kälberberg-I (HKC), Recke/Kälberberg-II (Niemeyer), Recke/Kälberberg-III (Otto).

Lokalitäten/Ziegeleistandorte im Unterkarbon:

Blintendorf, Frankenberg/Eder, Hüttengrund, Kamsdorf, Lehesten, Lichtenfels/Sachsenberg, Lobenstein, Schmiedebach, Unterloquiz.

Devon (vor 358,9 – vor 419,2 Mio. J.)

Im Devon existierten zwei Großkontinente: Der Old-Red-Kontinent (Laurussia) im Norden und Gondwana im Süden. Der größte Teil Deutschlands war Teil des Old-Red-Kontinents und lag südlich des Äquators, vergleichbar mit der heutigen Südsee. Das Gebiet zwischen beiden Kontinenten war vom Rheischen Ozean überflutet. In Form einer langgestreckten Geosynklinale fungierte dieser Ozean hierbei über einen längeren geologischen Zeitraum als gewaltiges Sedimentationsbecken.

Schema der Variszidenentwicklung / Quelle: Meschede (2015)
Schema der Variszidenentwicklung / Quelle: Meschede (2015)

Die variszische Geosynklinale wurde durch die Mitteldeutsche Kristallinschwelle in einen nördlichen (Rhenoherzynikum) und einen südlichen Teiltrog (Saxothuringikum) getrennt. Der nördliche Teiltrog nahm mehr als 10.000 Meter mächtige Sedimente auf, aus denen heute das Rheinische Schiefergebirge besteht. Das Liefergebiet der Sedimente war der Old-Red-Kontinent, wobei die Südküste in Europa von Südirland über Belgien nach Mittelpolen verlief.

In küstennahen Schelfbereichen kamen sandige Sedimente zum Absatz (Rheinische Fazies). In den küstenfernen Tiefsee- und Stillwasserbereichen wurden dagegen vorwiegend Tone sedimentiert (Herzynische Fazies). Infolge des zeitweise lebhaften, untermeerischen Vulkanismus sind saure Keratophyre und basische Diabase entstanden. Auf den Vulkankegeln der tropischen See bauten Korallen mächtige Riffkomplexe auf.

Paläogeographie im Mitteldevon / Quelle: Meschede (2015)
Paläogeographie im Mitteldevon / Quelle: Meschede (2015)
 

Tongesteine des Devon (Typ 27)

Durch variszische Orogenese wurden die über 10.000 Meter mächtigen Schichtfolgen des Devon tektonisch gefaltet und metamorph überprägt. Die Tonmineralparagenese besteht aus Serizit und Chlorit. Im unverwitterten Zustand sind devonische Tonlagerstätten oft durch hohe geologische Verfestigung und sekundäre Quarzmineralisationen auf Trennflächen gekennzeichnet. Sie müssen trocken aufbereitet werden, können dann jedoch in fast allen Bereichen der Ziegelindustrie eingesetzt werden. Im verwitterten Zustand repräsentieren devonische Schiefer die plastischen Tone des Westerwaldes, deren primäres Ausgangsmaterial sie darstellen.

Mächtige braune Zersatzzone auf Diabas/Harz (2013)
Mächtige braune Zersatzzone auf Diabas/Harz (2013)
Dolomitgewinnung im Mittleren Devon/Sauerland (2011)
Dolomitgewinnung im Mittleren Devon/Sauerland (2011)
Dolomitische Steinerde vor der Wäsche/Sauerland (2011)
Dolomitische Steinerde vor der Wäsche/Sauerland (2011)

Als Sonderfall ist ein Diabasvorkommen bei Bad Harzburg zu klassifizieren. Durch tiefgründige physikalisch-chemische Verwitterungsprozesse ist der Diabas bis zu 50 Meter unter Geländeoberfläche zersetzt und in primären eisenschüssigen Rohton umgewandelt worden. Visuell-optisch ist diese Zersatzzone vor allem an ockerbraunen, aber auch an gebleichten graugrünlichen Gesteinsfarben zu erkennen. Mineralogisch spiegelt sich die Transformation in dem hohen Tonmineralanteil wider. Entsprechend der Mineralogie des Ausgangsgesteins dominieren Smektite.

Einer der größten Quarzitaufschlüsse Europas/Taunus (2015)
Einer der größten Quarzitaufschlüsse Europas/Taunus (2015)
Mächtige Siegen-Schichten im Unterdevon/Taunus (2015)
Mächtige Siegen-Schichten im Unterdevon/Taunus (2015)
Hochwertige muskowitische Filterkuchen/Taunus (2015)
Hochwertige muskowitische Filterkuchen/Taunus (2015)

Im Harz und im Sauerland werden mitteldevonische Riffkalke an mehreren Standorten der Mineralwäsche unterzogen. Unter anderem auch am Standort des größten Massenkalkvorkommens von Mitteleuropa in Elbingerode/Oberharz. Dabei werden als Leftover-Material je nach Standort bis zu 200.000 Jahrestonnen tonig-kalkige oder tonig-dolomitsche Filterkuchen gewonnen und bei der Herstellung hochwärmedämmender Mauerziegel eingesetzt. Bei der Mineralwäsche von unterdevonischem Taunusquarzit wird muskowitischer Filterkuchen gewonnen und ebenfalls als Zusatzstoff in einer Reihe von Ziegelwerken verwendet.

Lokalitäten/Ziegeleistandorte:

Bad Harzburg/Huneberg, Biebertal/Frankenbach, Dillenburg/Frohnhausen, Elbingerode, Friedrichsdorf/Saalburg, Haiger/Langenaubach, Iserlohn/Hemer, Kallenhardt, Kettenbach, Lennestadt/Grevenbrück, Nonnweiler/Mariahütte, Rübeland, Selters/Eisenbach, Tegau.

Ordovizium (vor 443,4 – vor 485,4 Mio. J.)

Im Ordovizium wurde die Kaledonische Orogenese eingeleitet. Die erdgeschichtlichen Kontinente Laurentia, Baltica und Avalonia waren von hohen südlichen Breiten in Richtung Äquator gedriftet. Sie kollidierten in mehreren Phasen miteinander. Der Tornquist-Ozean zwischen Baltica und Avalonia und der Iapetus-Ozean wurden dabei durch Subduktion geschlossen. In Deutschland tritt das Ordovizium nur punktuell zu Tage. Im Sauerland erschließt es die Kerne des Remscheid- und Ebbesattels. Im Fränkisch-Thüringischen Schiefergebirge schließt es an das Kerngebiet in Böhmen an.

Globale Paläogeographie im Ordovizium / Quelle: Meschede (2015)
Globale Paläogeographie im Ordovizium / Quelle: Meschede (2015)

Tongesteine des Ordovizium (Typ 28)

Die ältesten Ziegelrohstoffe Deutschlands werden vom Unteren Ordovizium des Thüringer Waldes repräsentiert. Es handelt sich um intensiv rotbrennende Phyllitschiefer aus dem stratigraphischen Niveau der insgesamt 900 Meter mächtigen Phycodenschieferfolge des Thüringer Waldes. Infolge der starken tektonischen Beanspruchung ist das Gebirge gefaltet. Trennflächen sind vereinzelt mit Quarz mineralisiert. Aufgrund der hohen geologischen Verfestigung kann der Phyllitschiefer nur nach einer entsprechenden Trockenaufbereitung eingesetzt werden.

Lösen des Phyllitschiefers nach dem Sprengen/Thüringer Wald (2013)
Lösen des Phyllitschiefers nach dem Sprengen/Thüringer Wald (2013)
Seidenglanz durch eingeregelte Schichtsilikate/Thüringer Wald (2014)
Seidenglanz durch eingeregelte Schichtsilikate/Thüringer Wald (2014)
Produktion von Schiefermehlkörnungen/Thüringer Wald (2014)
Produktion von Schiefermehlkörnungen/Thüringer Wald (2014)

Lokalitäten/Ziegeleistandorte: 

Berga/Tschirma, Schmiedefeld (Produktion in Planung).