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Neue Interpretation der Massenkalke des süddeutschen Oberjura

Können die Massenkalke in kürzerer Zeit entstanden sein?

von Manfred Stephan

Studium Integrale Journal
8. Jahrgang / Heft 2 - Oktober 2001
Seite 91 - 94



Abb. 1: Links Schwämme-führender, massiger Kalk ("Schwamm-Stotzen") des mittleren Weißen Jura. Er ist nach rechts verzahnt mit mehr oder weniger deutlich gebankten (geschichteten) Kalken (Steinbruch bei Willmandingen, Mittlere Schwäbische Alb).

Der Oberjura (genannt auch Weißer Jura oder Malm) der Schwäbisch-Fränkischen Alb ist im allgemeinen einmal als geschichtete Abfolge von Kalkbänken und zwischengeschalteten Mergelfugen bzw. mächtigeren Mergellagen ausbildet (gebankte „Normalfazies“). Zum anderen besteht er aus mehr oder weniger undeutlich geschichteten bis unruhig strukturierten („flasrigen“), sehr oft sogar strukturlosen, massigen Kalkgesteinen (bestehend aus Kalziumkarbonat oder/und Dolomit; sog. „Massenkalkfazies“). Beide Gesteinsausbildungen sind seitlich miteinander verzahnt (Abb. 1). Die Massenkalke treten vielerorts als Felsbildner auf und prägen oft in großartiger Weise das Landschaftsbild, zum Beispiel in der Fränkischen Schweiz (Nördliche Frankenalb), in der Altmühlalb (Südliche Frankenalb; Titelbild) oder im oberen Donautal (südwestliche Schwäbische Alb). Dagegen sind die geschichteten Bankkalk-Mergel-Serien weniger standfest, stärker verwitterungsanfällig und bilden daher seltener natürliche Felswände.


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Abb. 2: Querschnitte von verkieselten und dadurch herausgewitterten, tellerförmigen Schwämmen im massigen Weißjurakalk (beim Schönfelder Tunnel; Altmühltal, Südliche Frankenalb).

Bis vor einiger Zeit wurden die massig wirkenden Karbonate als „Schwammriffe“, „Schwamm-Algen-Riffe“ bzw. „Mikroben-Schwamm-Riffe“ gedeutet; das war die allgemeine Sicht der Literatur (z.B. GEYER & GWINNER 1986, 156-158). Es ist klar, daß man für die Entstehung von bis 200 m hochgewachsenen Riffen eine erhebliche Bildungszeit veranschlagt. Kieselschwämme und von Mikroben gebildete Krusten treten in Massenkalken tatsächlich häufig auf (Abb. 2), im oberen Weißen Jura auch Korallen (z.B. HUMMEL 1960; LAUXMANN et al. 1998). Heutzutage kennt man keine vergleichbaren Riffstrukturen aus den Meeren, ja die als Schwamm-Algen-Riffe interpretierten Massenkalke des Weißen Jura sind sogar „fast einzigartig in der Erdgeschichte“ (KOCH 2000, 44; vgl. KRAUTTER & SCHMID 1997, 52). Zweifel an dieser auffallenden „verdächtigen“ Einmaligkeit sowie neue Studien in den letzten fünfzehn Jahren hinterfragten die frühere Deutung jedoch zunehmend und führten dazu, daß in der Massenkalkforschung neue Wege beschritten wurden. Das 1989 eingerichtete DFG-Schwerpunktprogramm „Biogene Sedimentation, Riff-Evolution und Kreide-Sedimentation“ führte zusätzlich zu einer Forcierung der Forschung (vgl. KEUPP et al. 1990; FLÜGEL & MARONDE 1997). Am renommierten Institut für Paläontologie der Universität Erlangen-Nürnberg hatte schon zuvor E. FLÜGEL die Erforschung von Kalkgesteinen (Karbonaten) im Mikrobereich (Mikrofaziesanalyse) vorangetrieben (vgl. z.B. FLÜGEL 1978). Inzwischen ist bereits eine ganze Anzahl Arbeiten in der Forschungsrichtung der neuen Interpretation der Massenkalke erschienen. Sie wurde besonders durch Flügels Mitarbeiter R. KOCH initiiert (ausführlicher Literaturüberblick z.B. bei KOCH 2000, 56). Ein weiterer wesentlicher Punkt ist, durch differenziertere (und gegebenenfalls neue) Interpretationen der Kalksteinentstehung zur genaueren Erfassung der jeweiligen Gesteinsqualität für unterschiedliche technische Anwendungen zu gelangen („Angewandte Faziesforschung“ am paläontologischen Institut Erlangen-Nürnberg [KOCH et al. 1999; KOCH 2000, 58-62]).


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Nach den neuen Forschungsergebnissen handelt es sich bei den Massenkalken des Oberjura der Schwäbisch-Fränkischen Alb nicht mehr ausschließlich um „Schwammriffe“, „Schwamm-Algen-Riffe“ oder „Mikroben-Schwamm-Riffe“, wie sie bisher genannt wurden. Vielmehr bilden die eigentlichen Schwammriffe („Mikroben-Schwamm-Mudmounds“) nur einen kleineren Teil des Gesamtvolumens der Massenkalke. Diese „echten“ Mikroben-Schwamm-Riffe sind unterschiedlich groß, aber nur 1-3 m vertikal und bis zu 10-er Metern horizontal. Der größte Teil (etwa 70%) des Massenkalks besteht dagegen aus reinen Kalksanden, die nach bisherigen Ergebnissen bei Mächtigkeiten von bis zu 200 m vom mittleren bis in den oberen Weißjura reichen. Diese großvolumigen Anteile der Massenkalke haben eine seitliche Ausdehnung von einigen 100 m bis zu 15 km und sind aufgebaut aus einer Abfolge zahlreicher zentimetermächtiger, gelegentlich schwach schräggeschichteter Kalksandlagen, zum Teil mit deutlichen Wechsellagerungen von feinen mit sehr grobkörnigen Lagen („Peloid-Lithoklast-Ooid-Karbonatsandfazies“). Sie sollen im stark bewegten (hochenergetischen) Flachwasser des Oberjurameeres gebildet worden sein. In Zeiten verringerter Sedimentationsraten seien die Karbonatsande durch mikrobielle Krusten fixiert worden. Seitlich gehen die Kalksande in feinkörnige kalkige bis mergelige Sedimente der gebankten „Normalfazies“ (geschichtete Bankkalk-Mergel-Abfolge) über, deren Ablagerung in tiefer liegenden Becken zwischen den Karbonatsandarealen erfolgt sein soll. Zwischen Kalksandbereich und gebankter Normalfazies liegt zumeist eine Zone von eigentlichen Mikroben-Schwamm-Riffen, sog. Boundstones (Abb. 3; Überblick über die neue Interpretation z.B. bei KOCH 2000, 56-58). Zu der Fehldeutung sei es auch deshalb gekommen, weil früher vorwiegend diese Randbezirke der Massenkalke mit Mikroben-Schwamm-Riffen und weniger die räumlich viel ausgedehnteren Zentralbereiche der (schwerer zugänglichen) Felswände untersucht wurden, in denen die Karbonatsande dominieren (KOCH & SENOWBARI-DARYAN 2000, 441/443).

Abb. 3: Schematische Darstellung der Grenze Massenkalke / gebankte (geschichtete) Kalke im Oberen Weißen Jura (griech. Buchstaben bezeichnen die traditionelle Gliederung nach Quenstedt). Links die "klassische" Deutung, wonach der Massenkalk nahezu vollständig aus Schwamm-Algen-Riffen aufgebaut sein soll. Rechts die "neue" Interpretation; nach ihr besteht der weit überwiegende Anteil aus Ooid-Karbonatsanden ("Ooid-Sand-Fazies"; etwa 70%). In den Karbonatsanden und an ihrem Rand können sich "echte Schwammriffe" befinden (1 und 2), die auch Brachiopoden (Armfüßer) führen können (3). Z.T. werden die Kalke gesteinskundlich (faziell) noch weiter untergliedert (4-7), hier sei besonders auf Rutschmassen ("Breccia"; 6) hingewiesen (s. Text). (Aus KOCH 2000)

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Die Debatte ist jedoch nach wie vor kontrovers. So stimmt z.B. SCHAUER (1998) der neuen Deutung weithin zu, während sie u.a. von HERRBOLD (1999, 101f.) im wesentlichen abgelehnt wird. Er macht insbesondere folgendes geltend: Die sandkornkleinen Kalkkörper, die von der neuen Interpretation als im hochenergetischen Flachwasserbereich entstandene, hin und her gerollte Ooide gedeutet werden, seien keine zweifelsfreien Ooide (darunter versteht man kugelförmige Körper, oft aus Kalk, bei denen sich um ein Fremdteilchen, z.B. ein Schalenbruchstückchen, beim Rollen im stark bewegten Flachwasser konzentrische Schalen abgeschieden haben). Es handle sich vielmehr um Bildungen, die auch im ruhigen, tieferen Meer unter Beteiligung von Mikroben entstehen könnten (vgl. zur kontroversen Diskussion der Meerestiefe KEUPP et al. 1990, 150f.).

Von den Befürwortern des neuen Modells wird jedoch darauf (u.a.) zum einen entgegnet, daß nur durch stärkere Wasserbewegung das feinkörnige Karbonat-Sediment so stark ausgewaschen bzw. die Ablagerung von Ton verhindert werden konnte, daß (allein) Ooide übrig blieben. Die Ooide wurden zudem später allseitig durch winzige Kalzit-Kristalle miteinander zu Kalkstein zementiert. Das wäre ohne vorherige, energiereiche Auswaschung der Tonpartikel nicht möglich gewesen. Zum anderen sei die mikroskopisch erkennbare Strukturveränderung dieser Ooide durch die anschließende Umkristallisation bei der Gesteinsbildung (Diagenese) zustande gekommen. Sie sei ebenso bei zweifelsfreien anderen fossilen und sogar subrezent (unmittelbar vor der Gegenwart) gebildeten Ooiden zu beobachten und spreche daher nicht gegen den echten Ooid-Charakter dieser Kalkpartikel (SCHALLER & KOCH 1996, 332f.342f.345.349f.; KOCH 2000, 50; KOCH & SENOWBARI-DARYAN 2000, 444; vgl. nun auch MEYER & SCHMIDT-KALER 1991, 94.96f.; 1994, 71f.).


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Als vorläufiges Resultat kann wohl gesagt werden, daß mit der neuen Deutung der Massenkalke Riffwachstum im süddeutschen Oberjura quantitativ erheblich zurücktritt. Man kann annehmen, daß künftig viel stärker Sedimentationsprozesse, die unter hochenergetischen Bedingungen abgelaufen sind, in Modellvorstellungen zur Bildung der Massenkalke Eingang finden werden. Im Rahmen einer schöpfungsorientierten Kurzzeit-Deutung der Erdgeschichte ist aber vor allem wichtig, daß Karbonatsande als Sedimente, zumal im energiereichen, stark bewegtem Flachwasser, bedeutend schneller entstehen und zu Schichtfolgen übereinander aufgebaut werden können als gewachsene Riffstrukturen. Das wird auch dann gelten, wenn die Abscheidung der konzentrischen Schalen bei heutigen Ooiden viele Jahrhunderte benötigen kann (FÜCHTBAUER & RICHTER 1988, 328); allerdings gibt es je nach Bildungsmilieu erhebliche Unterschiede (FLÜGEL 1978, 123-127). Das zeigt sich besonders deutlich am Beispiel der Entstehung von Manganknollen. Diese wesentlich größeren Erzknollen scheiden ihre ebenfalls konzentrischen Schalen gewöhnlich in der Tiefsee oft sehr langsam um einen Fremdkern ab, z.B. manchmal um einen fossilen (tertiären) Haifischzahn (SEIBOLD 1974, 143; SCHNEIDER & WALTHER 1988, 582f.). Im Flachmeer haben sie zwar erheblich geringere Wertmetallgehalte, können jedoch dort sehr viel schneller wachsen, und zwar nach SEIBOLD (1974, 147) 10.000 bis 100.000 mal so rasch (bis 1.000 mm in 1.000 Jahren). Eine Manganknolle, die im Bereich des Kontinentalrandes entdeckt worden war, hatte sich um den Splitter einer aus dem 20. Jahrhundert stammenden Kriegsschiffsgranate entwickelt und bereits Schalen gebildet, die mehrere cm mächtig waren (TUREKIAN 1985, 65).

Bei einem kleineren Teil der oberjurassischen Massenkalke handelt es sich wohl um echte Riffkörper, deren Wachstumsdauer sicher länger war als die Bildung der Ooide. Ob in der neuen Interpretation künftig auch kürzere Entstehungszeiten für die Sedimentation der Karbonatsandabfolgen diskutiert werden, bleibt abzuwarten.


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In einem Steinbruch nahe Blaubeuren (bei Ulm) wurde bei den neuen Untersuchungen erkannt, daß große, korallenführende Rutschmassen in zwei Horizonten im oberen Teil der Massenkalke eingelagert sind. Sie waren nicht lange nach ihrer Entstehung wohl aus einem höheren Niveau umgelagert worden (KOCH & SENOWBARI-DARYAN 2000, 458-463). SCHAUER (1998, 31) vermutet als Ursache dieser Massenbewegungen starke Seebeben. Schon vor Jahrzehnten hatte TEMMLER (1967, 201f.) Seebeben als Ursache für die von ihm beschriebene frühe Zerscherung etwa gleich alter Kalkplatten der westlichen Schwäbischen Alb in Erwägung gezogen (bei der Zerscherung wurden verfestigte Kalke durch seitlich wirkende Kräfte in plattenartige Schichten zerlegt). Temmler gab aber zu bedenken, daß bis dahin der Schwäbische Oberjura als tektonisch ausgesprochen ruhige Zeit galt – eine Einschätzung, die wohl revidiert werden muß. Inzwischen wurden frühe Zerscherungen in Bankkalken aus mehreren Formationen und Lokalitäten der Schwäbischen Ost- und Westalb bekannt (DIETL et al. 1998, 4.29; HERRBOLD 1999, 19f.56f.).


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Literatur

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