Quarzit – Gestein des Jahres 2012
Der Berufsverband Deutscher Geowissenschaftler BDG (http://www.geoberuf.de/) hat gemeinsam mit der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften DGG (https://www.dggv.de/) den Quarzit zum "Gestein des Jahres 2012" gekürt.
Portrait
Der Begriff Quarzit wird in der Literatur für verschiedene Gesteinsarten benutzt. Wir können zwischen Quarzit, quarzitischem Sandstein, Einkieselungsquarzit und dem Quarzsandstein unterscheiden. Auch Quarzgänge werden fälschlicherweise als Quarzite bezeichnet. Nur der metamorphe Quarzit, bei dem die Quarzkörner unter hohem Druck und hoher Temperatur verändert wurden, kann aber als „echter“ Quarzit verstanden werden.
Quarzit - der umgewandelte Sandstein
Quarzit ist wie Gneis und Schiefer ein metamorphes Gestein. Ausgangsgestein für Quarzit ist im Allgemeinen quarzreicher Sandstein. Allen Quarziten ist der hohe Quarzanteil gemein, der bei 80% und höher liegt. Das Gestein kann daher oft als monomineralisch angesprochen werden. Quarzit besteht im Wesentlichen aus miteinander verbundenen, rekristallisierten Quarzkörnern, die durch Drucklösung an den Korngrenzen verwachsen sind (Abb. 1, 2). Die ursprünglichen Porenräume sind fast vollständig verschwunden. Aus diesem Grund ist das Gestein sehr hart und spröde und bildet in der Natur oft massige Gesteinskörper aus.
Abb.1 Dünnschliffbild und Handstück eines reinen Quarzits der Taunusquarzit-Formation mit verwachsenen Korngrenzen
Abb.1a Handstück
Abb. 2 Dünnschliffbild und Handstück eines hoch metamorphen Quarzits aus dem Kristallinen Spessart mit schiefrig eingeregelten Zonen von Glimmermineralen.
Abb.2a Handstück
Quarzit kann sich bilden, wenn die Ausgangsgesteine, wie z. B. die Quarzsandsteine, tief in die Erdkruste versenkt und hohen Temperaturen und Drucken ausgesetzt werden. Dann nämlich löst sich der Quarzzement im Gestein auf und die Kristallgitter ordnen sich neu, d. h. die Quarzkörner kristallisieren um (rekristallisieren) und verzahnen sich miteinander. Infolge von Drucklösungen an den Korngrenzen entstehen so sehr enge porenraumfreie Korngefüge, die nun ein sehr dichtes Gestein bilden.
Die Quarzite sind aufgrund ihrer Reinheit und ihres hohen Quarzanteils häufig sehr helle (weiße, graue, gelbliche, rötliche) Gesteine. Sie können aber auch sehr vielfarbig sein, wenn als Nebengemenge Eisen-, Manganoxide, Glimmer (Serizit, Muskovit, Biotit), Feldspat oder diverse Schwerminerale (Zirkon, Ilmenit, Magnetit, Granat, Kyanit) vorkommen. Diese färben die Quarzite bunt und sind später als Schlieren und Linsen im Gestein erkennbar.
Quarzite sind sehr verwitterungsresistente Gesteine. Sie werden in der Natur deutlich langsamer abgetragen als andere Gesteine. Oftmals bilden Quarzite Klippen, Rücken und Hügel in der Landschaft (Abb. 3, 4).
Abb. 3 Quarzitklippe aus Taunusquarzit bei Altenstein im Taunus
Abb. 4 Taunusquarzit Steinbruchswand Zimmersköpfe im Taunus
Quarzitischer Sandstein – ein Zementquarzit
Viele der gemeinhin als Quarzit bezeichneten Gesteine sind keine echten Quarzite, sondern durch Kieselsäure verfestigte Sandsteine. Der Begriff Quarzit wird daher häufig nicht ganz zutreffend auch für quarzreiche Sedimentgesteine verwendet, in deren Gesteinsporen ein SiO2-reiches Gel zur Auskristallisation kam, eine metamorphe Gesteinsumwandlung nachweislich aber nicht stattgefunden hat. Dieser „Quarz-Zement“ hat die Quarzkörner der bereits zu Quarzsandstein verfestigten Gesteine miteinander „verklebt“ bzw. verkieselt, sodass diese Gesteine als quarzitische Sandsteine oder aber als Zementquarzite angesprochen werden. Die Verkieselung hat zur Folge, dass die Gesteine kaum bis gar nicht absanden und in ihren Eigenschaften den „echten Quarziten“ nahe kommen können. Schon früher war der harte, gut spaltbare quarzitische Sandstein deshalb bei den Handwerkern sehr begehrt.
Einkieselungsquarzit – der jüngste Zementquarzit
Die Zementation von Kieselsäure zu einem dichten Quarzzement wird auch als „Einkieselung“ bezeichnet. Die daraus entstandenen eingekieselten Sandsteine sind den Quarziten in Zusammensetzung und Gefügeeigenschaften sehr ähnlich, obwohl sie keine Metamorphose durchlaufen haben. In Hessen zählen die „Tertiärquarzite” bzw. „Braunkohlequarzite“, die in den Braunkohlenlagerstätten auftreten, zu dieser Gesteinsart (Abb. 5, 6). Hier sind die Gesteinsbildungsschritte vom lockeren Quarzsand bis zum lagigen Tertiärquarzit noch nachvollziehbar. Die „Tertiärquarzite” verkieselten unter tropischen Klimabedingungen. Die Kieselsäure löste sich mit dem Grundwasser und wurde an anderer Stelle der Gesteinsabfolge wieder abgeschieden.
Abb. 5 Dicke Steine Hansteingraben bei Niederofleiden im Vogelsberg-Kreis
Abb. 6 Große Loh bei Immenhausen (nördlich von Kassel)
Quarzit als Rohstoff in Hessen
Quarzit ist ein weltweit verbreitetes Gestein, welches vor allem in alten Gebirgszügen vorkommt. In Hessen bilden schwach metamorphe Quarzite morphologisch markante Gesteinszüge vor allem im Taunus und Kellerwald. Der Taunusquarzit und der Kammquarzit sind reiner und die Minerale weniger schiefrig eingeregelt als die höher metamorphen Quarzite des kristallinen Spessarts (Abb. 2).
Schon in der Steinzeit ist Quarzit als brauchbarer Ersatz für Feuerstein gehandelt worden und wurde zum Werkzeugbau genutzt.
Abb. 7 Farbige Varietäten des „Rosa Quarzit“ (links),
„Azul_do_Macaubas“ (mitte)
und des „Azul-imperial“ (rechts) aus Brasilien
Quarzit gilt heute als einer der edelsten Natursteine. Insbesondere sehr farbige Quarzite werden gerne für Fußböden und Wand- oder Fassadenverkleidungen genutzt (Abb.7). Durch seine hohe Härte und seine Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse eignet sich Quarzit für Innen- und Außenbereiche, die stark strapaziert werden (Abb. 8, 9).
Abb. 8 Mauerwerk in den Weinbergsterrassen bei Rüdesheim
Abb. 9 Basilika in Oestrich-Winkel erbaut aus Taunusquarzit
Hochreiner Quarzit ist ein Rohstoff für die quarzverarbeitende Industrie, sei es für die Herstellung optischer Spezialgläser oder als Füllstoff bei der Herstellung von feuerfestem Material für die Ofenauskleidung. Grobe, unedle Quarzite kommen als Splitt und Schotter zum Einsatz.
Abb. 10 Quarzit-Tagebau Saalburg zwischen Bad Homburg und Usingen (Foto: CEMEX Kies & Splitt GmbH)
Abgebaut wird in Hessen nur der hochwertige Taunusquarzit (Abb. 10). Das hauptsächlich feinkörnige hellgraue bis weiße Gestein sondert überwiegend bankig bis plattig ab und besteht zu 93% aus Quarz, zu ca. 7% aus Hellglimmer und Feldspat. Der Quarzit wird fast ausschließlich als gebrochener Naturstein gewonnen. Typisch für Taunusquarzit ist das dichte Korngefüge (Abb. 1), das dem Gestein die besondere Festigkeit verleiht. Der Taunusquarzit erfüllt die Anforderungen des Straßenbaus an einen Zuschlagstoff, der in der Verschleißschicht der Asphaltstraße eingebaut wird. Er führt zu einer Aufhellung der Asphaltdecke, erzielt eine Geräuschminderung und trägt daher zur Reduzierung des Verschleißes und der Energiekosten bei.
Zementquarzite sind im Rheinischen Schiefergebirge als quarzitischer Sandstein in unterschiedlich alten Gesteinseinheiten untergeordnet vertreten. Größere regionale Verbreitung haben hier der sogenannte Emsquarzit und der Kammquarzit. Einzelne Lagen quarzitischer Sandsteine führt auch der Hessische Buntsandstein. Im Gegensatz zu diesen Sandsteinen, die aktuell keine wirtschaftliche Verwendung finden, werden die jüngsten Zementquarzite, die in Hessen als sog. Tertiärquarzite oder Braunkohlenquarzite bekannt sind, mitunter beibrechend in den tertiären Sandgruben Hessens gewonnen.
Abb 11. Übersichtskarte „Quarzite in Hessen“
Fossilien im Taunusquarzit
Die Hessische Landessammlung enthält einige Fundstücke mit hervorragend erhaltenen Steinkernen fossiler Fauna. Die Brachiopoden kennzeichnen einen marinen Lebensraum der vor ca. 410 Millionen von Jahren entstanden war.
Abb 12: 85.07.23 Platyorthis circularis; Bl. 5713 Katzenelnbogen; Fundort: Weißler Höhe; Sammlung Rose 3449a (HLUG)
Abb 13: 85.12.02 Einzelkoralle mit Steinkern eines Wurmkanals (Pleurodictyum problematicum); Bl. 5713 Katzenelnbogen; Fundort: Weißler Höhe, Sammlung Rose 3551b (HLUG)
Abb. 14: 91.06.04 Rhenorensselaeria crassicosta KOCH; Bl. 6013 Bingen; Fundort: Rüdesheim, Leingipfel; Sammlung Rose 1337 (HLUG)
Abb 15: 91.18.02 Spirifer primaevus STEIN.; Bl. 6013 Bingen; Fundort: Rüdesheim, Leingipfel; Sammlung Rose 821 (HLUG)
Literatur
[1] Berufsverband Deutscher Geowissenschaftler BDG: http://www.geoberuf.de/
[2] Deutsche Gesellschaft für Geowissenschaften DGG: http://www.dgg.de/
[3] Bonewitz, Ronald Louis (2009): Steine & Mineralien.– Dorling Kindersley Verlag GmbH; München, ISBN 978-3-8310-1469-9.
[4] Vinx, Roland (2008: Gesteinsbestimmung im Gelände.– 2. Auflage, Springer-Verlag; Berlin, Heidelberg, ISBN 978-3-82741925-5.
[5] Übersichtskarte der Quarzite und quarzitischer Gesteine in Hessen.– Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie; Wiesbaden.