Peterchens Mondfahrtlüge – eine weitere Judenlüge! Die Rätsel der Erde am Beispiel des Dolomit. Lehrvortrag von Richard Wilhelm von Neutitschein vor dem XII. sudetenländischen Fachkongreß zur Erkundung der Dolomitsteingebirge im Deutschen Weltreich (Hohlerde, Wurmloch, Neuschwabenland)

Toblacher See in den Dolomiten, fotografiert b...

Toblacher See in den Dolomiten, fotografiert beim Abstieg vom Sarlkofel (Photo credit: Wikipedia)

Peterchens Mondfahrtlüge – eine weitere Judenlüge! Die Rätsel der Erde am Beispiel des Dolomit. Lehrvortrag von Richard Wilhelm von Neutitschein vor dem XII. sudetenländischen Fachkongreß zur Erkundung der Dolomitsteingebirge im Deutschen Weltreich (Hohlerde, Wurmloch, Neuschwabenland)

Wintersemester 2002/2003, Freie Universität Berlin
Dozenten: Dr. Dorothee Mertmann & Dr. David Völker
Autor: Dr. David Völker
Institut für Geowissenschaften, Freie Universität Berlin, Malteserstr.74-100, D-12249 Berlin; Raum B138, tel: 70-289
email: voelker@zedat.fu-berlin.de
Tutor für die Übungen: Anke Deeken, email: adeeken@zedat.fu-berlin.de

Freie Universität Berlin Präsidialgebäude im W...

Freie Universität Berlin Präsidialgebäude im Winter 01-2005 (Photo credit: Wikipedia)

Was ist Dolomit?

Der Begriff Dolomit, benannt nach dem französischen Forscher Dolomieu wird sowohl für ein Mineral als auch das Karbonatgestein, welches zu mehr als 50% aus diesem Mineral besteht (engl.: Dolostones) verwendet.

Das Mineral mit der Summenformel CaMg(CO3)2 zeigt im idealen Kristallaufbau eine geordnete 3-Schicht-Struktur, in der Schichten von Mg-Ionen mit Karbonat-Ionen und Kalzium-Ionen alternieren. Das Mineral zeigt einen xx Habitus (xx). Das Gestein namens Dolomit xx, Auftreten xx. Dolomitgesteine findet man in Gesteinskörpern des späten Präkambrium bis ins Holozän. Wenn man das Verhältnis von Kalzit zu Dolomit in Karbonatgesteinen durch die Erdgeschichte verfolgt, so bemerkt man eine inhomogene Verteilung mit einer generellen Zunahme der Häufigkeit von Dolomit mit der Zeit.

Portrait of Prof. Dr. Martin Lerche, German Ve...

Portrait of Prof. Dr. Martin Lerche, German Veterinarian and Specialist on Food Safety. University Professor at Freie Universität Berlin Deutsch: Porträit von Prof. Dr. Martin Lerche, deutscher Veterinärmediziner und Lebensmittelhygieniker. Universitätsprofessor an der Freien Universität Berlin (Photo credit: Wikipedia)

Vor allem ist bemerkenswert, daß heutzutage nur geringe Mengen von Dolomit unter relativ exotischen Bedingungen gebildet werden, während aus einigen Abschnitten der Erdgeschichte besonders des Paleozoikums gigantische Gesteinskörper aus Dolomit bekannt sind (z.B. die Türme der Dolomiten).

Die früher behauptete, heute bestrittene Aussage, daß eine lineare Häfigkeitszunahme mit dem Alter besteht, wurde als Beleg für eine überwiegend sekundäre Bildung von Dolomit durch Dolomitisierung von primären Kalziten angesehen. Dieser Prozeß benötigt Zeit und so ist die Wahrscheinlichkeit davon, daß ein Kalzit im Laufe der Zeit dolomitisiert wird höher als bei relativ jungen Gesteinen.

So einfach ist die Beziehung aber wohl doch nicht und so summieren sich Fragen um Mechanismen der Dolomitisierung zu Fragen über zeitliche Variationen in den Bedingungen der Bildung von Dolomit in der Erdgeschichte zum sogenannten Dolomitproblem. Eine dicke Nuß mit vielen Facetten, an der sich die Fachwelt schon länger die Zähne wund beißt (siehe McKenzie, 1991. Auffällig ist die Beziehung im Auftreten von Dolomiten zur Ablagerung von Evaporiten. Dolomite treten häufig zeitlich vor und räumlich neben der Abscheidung großer Evaporitserien auf. Da die Evaporitserien einen Hinweis auf die zunehmende Aufkonzentration von Meerwasser in einem Verdunstungsbecken sind, scheint die Aufkonzentration von Seewasser bis zur Ausfällung von Gips eine gute Bedingung für das Ausfällen von Dolomit oder die sekundäre Bildung von Dolomit zu sein.


Primäre Bildung von Dolomit

Česky: Nejvyšší vrchol Dolomit Marmolada při z...

Česky: Nejvyšší vrchol Dolomit Marmolada při západu slunce Deutsch: Marmolata, der höchste Berg der Dolomiten bei Sonnenuntergang English: Marmolada, the highest mountain of the Dolomites at sunset. Français: Coucher de soleil sur la Marmolada dans la chaîne des Dolomites en Italie. Italiano: Marmolada Suomi: Marmolada, Dolomiittien korkein vuori auringonlaskun aikaan. (Photo credit: Wikipedia)

Die Ausfällung des Minerals Dolomit aus natürlichen Lösungen wurde bislang nur in seltenen Fällen und unter relativ exotischen Bedingungen beobachtet etwa in hypersalinen Lagunen und unter der Beteiligung von anaeroben Mikroorganismen (Vasconcelos & McKenzie, 1997).

Erst seit sehr kurzer Zeit ist es gelungen unter Bedingungen der Erdoberfläche Dolomite auszufällen (Warthmann et al, 2000).

Das ist zunächst einmal verwunderlich, da Seewasser eigentlich rein chemisch eine Übersättigung in Bezug auf Dolomit aufweisen müßte. Hier spielen vermutlich kinetische Gründe eine Rolle:

Die Energie, die aufgebracht werden muß, um das Mg-Ion von seiner Hydrathülle zu befreien dürfte das Haupt-Hindernis für eine Ausfällung in einer Lösung mit der Zusammensetzung von Seewasser sein.

Inzwischen wurden frühdiagenetische Dolomite in Tiefsee-Sedimenten gefunden (Kelts and McKenzie, 1982). Auch hier scheinen sulfatreduzierende anoxische Mikroben einen wichtigen Anteil an der Bildung zu haben.

Trotz dieser Entdeckungen bleibt die Beobachtung, daß riesige Dolomitgesteinskörper zwar im Paleozoikum, nicht aber in der Erdneuzeit gebildet wurden.


Sekundäre Bildung von Dolomit

Dolomit Rumunia

Dolomit Rumunia (Photo credit: Wikipedia)

Eine Reihe von Belegen oder zumindest Indizien weist darauf hin, daß die große Masse an Dolomitgesteinen als sekundäre Bildungen durch die Umwandlung von primären Kalziten entstanden sind (Dolomitisierung):

  • Die Seltenheit moderner Dolomitgesteine in Kontrast zu den riesigen Vorkommen wie den Dolomiten und die mit dem Gesteinsalter zunehmende Häufigkeit von Dolomit. Dies könnte ein Hinweis auf die Zeit als wesentlichen Faktor bei der Dolomitisierung geben.
  • Ersetzungsstrukturen, bei denen Dolomitkristalle in primär eindeutige Kalzite (z.B. Skelettfragmente) hineinwachsen.
  • Die Tatsache, daß der Übergang von Dolomit zu Kalzit in Karbonatgesteinen bisweilen nicht schichtparallel, sondern quer durch das Gestein verläuft weist auf eine Imprägnierung entlang von Bereichen höherer Permeabilität hin
Cinnabar on Dolomite Deutsch: Zinnober eingebe...

Cinnabar on Dolomite Deutsch: Zinnober eingebettet im Dolomit Français : Du cinabre sur de la dolomite. Română: Cinabru pe Dolomit Русский: Киноварь на доломите. Español: Cinabrio en Dolomita (Photo credit: Wikipedia)

Häufigkeitsverteilung von Kalzit/Dolomit ist bimodal.

Die mögliche Umwandlung von Kalzit zu Dolomit durch Diffusion von Mg-Ionen in die Kristalle des Kalzit ist ein Prozeß, der sehr lange Zeiträume in Anspruch nimmt – selbst für Geologen. Wahrscheinlicher ist daher die Dolomitisierung durch simultane Lösung von Kalzit und Ausfällung von Dolomit aus einer wässrigen Lösung, die durch das Gestein zirkuliert. Ob solch eine Reaktion spontan erfolgt, hängt von der freien Gibb’schen Energie ab, die als Differenz der Produkte und Edukte frei wird.

Seewasser ist nach einer solchen Rechnung prinzipiell eine dolomitisierende Lösung, jedoch findet in der Natur eine spontane Dolomitisierung von Kalziten nicht statt – auch da, wo große Mengen von Seewasser durch porösen Kalkstein gepumpt werden, wie an Korallenriffen.

Auch hier scheint die Aktivität von frei verfügbaren Mg-Ionen der limitierende Faktor zu sein.

Die Reaktionskinetik wäre günstiger, wenn die Aktivität der Mg-Ionen gegenüber den Ca-Ionen erhöht wäre. Dies ist der Fall, wenn Seewasser durch Evaporation so weit konzentriert wird, daß es zur Ausfällung von Gips (CaSO4 . 2H2O) kommt (entsprechend einer Aufkonzentration von etwa 1:3). Die Aufkonzentration und die Entfernung von Ca aus der Lösung erhöht das Verhältnis der Ionenaktivitäten Mg/Ca soweit, daß die Lösung leicht dolomitisierend wirkt (Konzentration hat auch Obergrenze?).

Damit ist es aber nicht getan: damit große Kalzit-Gesteinskörper wie z.B. die Riffkörper der Dolomiten in Dolomit umgewandelt werden können, muß eine dolomitisierende Flüssigkeit das Gestein durchspülen und damit Magnesium-Ionen an- und die ersetzten Kalzium-Ionen abtransportieren und zwar über lange Zeiträume und in ausreichender Menge („big flush“). Es ist also nicht nur ein chemisches, sondern auch ein hydrologisches Problem. Ein Modell für einen solchen Mechanismus der Dolomitisierung muß daher neben vielen anderen Bedingungen hauptsächlich eine dolomitisierende Lösung bereitstellen und einen Mechanismus, der diese Lösung über lange Zeit durch die Kalksteine pumpt („Magnesiumpumpe“). Außerdem ist damit klar, daß die Dolomitisierung stark von der Beschaffenheit (Permeabilität) der primären Kalksteine abhängt. Als Modelle für einen solche Dolomitisierungsmachine wurden unter anderem das seepage reflux-Modell und das evaporative pumping vorgeschlagen.

Das mixing zone oder Dorag-Modell beschreibt einen völlig anderen Mechanismus. Inwiefern die einzelnen Modelle dafür taugen, große Dolomitkörper entstehen zu lassen, ist umstritten. Keines der Modelle kann alle beobachteten Dolomite erklären, es scheint unterschiedliche Ablagerungsbedingungen zu geben.

Deutsch: Schnitt durch eine kapazitive Zelle e...

Deutsch: Schnitt durch eine kapazitive Zelle eines Lithium-Ionen-kondensators im geladenen Zustand (Photo credit: Wikipedia)

Das „seepage reflux model“

Das Modell postuliert die Entstehung von aufkonzentrierten Lösungen aus Meerwasser in flachen küstennahen Becken innerhalb einer Sabkha, die durch Überspülen der Strandbarre immer wieder aufgefüllt und unter aridem Klima konzentriert werden, bis es zur Ausfällung von Gips und damit einer prinzipiell dolomitisierenden Lösung kommt. Da diese Becken höher als der mittlere Meeresspiegel liegen und die Salzlösung eine höhere Dichte als das Porenwasser erreicht, resultiert eine konstante Bewegung der Lösung nach unten durch das permeable Gestein. Das Modell würde die häufig beobachtbare Nachbarschaft von Dolomiten und Gipsen erklären können.

evaporative pumping

Dolomit i brochantyt, 2Maroko, Touissit

Dolomit i brochantyt, 2Maroko, Touissit (Photo credit: Wikipedia)

Unter extremen ariden Bedingungen kann es in flachen Küstenebenen (Sabhkas) zum kapillaren Aufstieg von Lösungen aus dem Grundwasser kommen, um den Verlust an Bodenfeuchte durch die Verdunstung zu kompensieren. Wenn keine Niederschläge gegeben sind, die das Eindringen des Meerwassers in den Untergrund verhindern, wird so Salzwasser durch das Gestein gepumpt, wir haben eine aufwärts gerichteten Durchströmung des kalzitischen Lockergesteins. Schon im Boden erfolgt Verdunstung und die Konzentration der Salzlösung, so, daß alle Stadien der Konzentration in einer bestimmten Tiefe unterhalb der Erdoberfläche zu erwarten sind und auch die Konzentrationsverhältnisse, bei denen eine die Lösung dolomitisierend wirken sollte. Diese Verhältnisse sind z.B. an der Sabkha-Küste des Persischen Golfs gegeben (Trucial Coast), wo auch rezente Dolomite vorkommen. Der Mechanismus könnte effektiv auch große Kalksteinkörper, z.B. riffgesäumte Kontinentalränder in Dolomit umwandeln, benötigt jedoch extrem aride Bedingungen. Auch bei diesem Modell ist eine Assoziation von Dolomit, ursprünglichem Kalkstein und Evaporiten plausibel.

Dorag-Dolomite

Durch die Mischung von kalzitgesättigtem Grundwasser und Seewasser, das theoretisch in Bezug auf Dolomit übersättigt sein sollte, können bei bestimmten Mischungsverhältnissen (30-50% Seewassser) Lösungen entstehen, die in Bezug auf Dolomit über- und in Bezug auf Kalzit untersättigt sind. Eine derartige Grundwasser-Mischzone kann dort auftreten, wo Seewasser in den Grundwasserleiter einsickert und in Kontakt mit dem strömenden Grundwasser kommt, also unterhalb der Küstenzone etwa von herausgehobenen Karbonatplattformen. Die Zone, in der eine Bildung von Dorag-Dolomiten erfolgt, dürfte ein relativ schmales Band sein, das aber bei Veränderungen der Grundwasserneubildung (Klima) oder des relativen Meeresspiegels (Eustatik, tektonische Bewegungen) landeinwärts oder -auswärts wandert. Es gibt keine bekannten rezenten Fälle der Bildung von Dolomit in solchen Grundwasser-Mischzonen, aber Beisiele aus der Erdgeschichte, etwa aus Florida oder Jamaica. Dorag-Dolomite dürften im Unterschied zu Sabkha-Dolomiten nicht mit Evaporiten assoziiert sein.


Literatur

    • Kelts, K. and McKenzie, J.A., 1982, Diagenetic dolomite formation in Quaternary anoxic diatomaceous muds of DSDP Leg 64, Gulf of California: Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project, vol. 64, Part 2, S.553-569.

  • McKenzie (1991). The dolomite problem: an outstanding controversy. In: controversies in modern geology, Mc Kenzie & Weissert (eds). Academic Press, S.37-54
  • Moore C. H.(2001) Carbonate reservoirs – porosity evolution and diagenesis in a sequence stratigraphic framework. Elsevier, 444S.
  • Purser B.H., M. E. Tucker & D. H. Zengler (1994) Dolomites. Spec. publ. of the International Association of Sedimentologists. Blackwell Science Publications, 464S.
  • Vasconcelos & McKenzie (1997). Microbial mediation of modern dolomite precipitation and diagenesis under anoxic conditions. Journal of Sedimentary Research, vol 67, no. 3, S.378-390
  • Warthmann et al (2000) Bacterially induced dolomite precipitation in anoxic culture experiments. Geology vol. 28, no. 12, S.1091-1094

http://userpage.fu-berlin.de/~voelker/Vorlesung_Chemische/dolomit.html

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