Vulkangesteine
Wie bildeten sich die verschiedenen Vulkangesteine?
Die artenreichen Gesteinsschmelzen stammen aus dem Erdmantel und Tiefen bis zu 100 km. Es wird davon ausgegangen, dass sich durch Temperatur- und Druckunterschiede, Druckentlastung in Richtung der Oberfläche und die Verlagerung von Elementen aus einer dem Olivin-Nephelinit ähnlichen Stammmagma die verschiedenen Gesteine ausdifferenziert und gebildet haben.
Am häufigsten sind die Gesteine der tephritisch-essexitischen Gruppe mit Tephrit, Essexit und Limburgit, gut erkennbar an den charakteristischen schwarzen Augit-Kristallen. Davon abgregrenzt ist die phonolithische Gruppe mit den helleren Gesteinen Phonolith, Hauynophyr und Tinguait. Wesentlich für die Unterscheidung ist die Einteilung nach dem Vorkommen von Feldspäten (entweder mehr Alkalifeldspäte oder Plagioklase entsprechend internationaler Übereinkunft (Streckeisendiagramm). Alle Gesteine des Kaiserstuhls enthalten keinen Quarz, sondern Feldspatvertreter (Foide) aufgrund der Untersättigung der Schmelzen an Kieselsäure bzw. SiO2. Eine Besonderheit ist der Karbonatit, der aus karbonatischen Schmelzen entstand und einen sehr hohen Calcit-Anteil aufweist.
In der Altersabfolge erschienen Karbonatite und Phonolith im Spätstadium und stiegen in Gängen oder größeren Massiven auf. Hat das Magma die Oberfläche erreicht, bezeichnet man das gebildete Gestein als Vulkanit. Es wurden pyroklastische Tuffe und Laven unterschiedlicher Gesteinstypen gefördert. Die Pyroklastite werden mit abnehmender Größe und Form der Bestandteile als Agglomerate (miteinander verschmolzene gerundete große Lavabomben), Tuffbrekzien (große eckige Bruchstücke), Lapillituffe (bis rd. 6,4 cm große Bruchstücke) und Aschen (wenige Millimeter, gleichmäßige Größe) bezeichnet. Der längste noch sichtbare Lavastrom ist knapp 1 km lang. Manche Gesteine färbten sich durch Hämatitbildung rötlich bis rot, wenn sie an die Atmosphäre gelangten (z.B. Tephrit am Winklerberg, Olivin-Nephelinit am Limberg). Hat Magma die Oberfläche nicht erreicht, bezeichnet man dieses Gestein als Subvulkanit. Essexit-Magma drang in größeren Massen und Hunderten von Gängen in den schon bestehenden Vulkan ein. Als letzter Gesteinskörper kristallisierte aus einem tief im Untergrund gebildeten Magma der Karbonatit im Zentrum des Kaiserstuhls. In Spalten erkaltete Schmelzen wie Mondhaldeit, Gauteit, Hauynophyr, Shonkinit-Porphyr und Bergalith, diese werden Ganggesteine genannt.
In der zeitlichen Abfolge fanden folgende Prozesse statt:
- 1. Beginn des Vulkanismus mit einem Komplex essexitisch-tephritischer Vulkanite im mittleren und östlichen Teil des Kaiserstuhls mit mehreren Eruptionszentren.
- 2. Bildung von subvulkanischen Essexitgängen und aufsteigenden Phonolithdomen
- 3. Aufsteigen von artenreichen Schmelzen ins subvulkanische Zentrum des Kaiserstuhls, welche dort als Ganggesteine vorliegen.
- 4. Bildung von Schlotbrekzien im Zentrum des Kaiserstuhls und anschließend Aufdringen von karbonatitischen Schmelzen (Badberg, Ohrberg bei Schelingen)
- 5. Jüngster Vulkanismus im Nordwesten des Kaiserstuhls (Lützelberg, Limberg) mit Olivinnephelinit, Limburgit- und Tephrit-Eruptionen.
Wie bilden sich die Minerale?
In der Magmaschmelze fanden sich bei fallender Temperatur und Druckentlastung deren chemische Elemente zusammen und bildeten als Verbindungen die festen Minerale der Gesteine. Das im Zentrum des Kaiserstuhls aufsteigende Magma gelangte nie an die Erdoberfläche und kühlte sehr langsam ab. So konnten kompakte, gleichmäßig körnige Gesteine entstehen. Durch die Druckentlastung nahe der Erdoberfläche perlten in dem noch flüssigen Magma Gase aus und es entstanden Hohlräume (ähnlich denen in einer frisch geöffneten Sprudelflasche gebildeten Blasen). In diesen wurden Wasser und gelöste Stoffe angesammelt und es bildeten sich darin die charakteristischen Drusenminerale. Als sich gasförmige Wasser bei fallendem Druck und fallender Temperatur verflüssigte, konnten die Minerale auskristallisieren und je nach Zusammensetzung verschiedenartige Kristalle bilden. Das letzte Wasser verschwand langsam infolge von Diffusion und Austrocknung des Gesteins.
Charakteristische Mineralbildungen aus der Schmelze sind in phonolithischen Gesteinen Feldspate (Sanidin KAlSi3O8) und Aegirinaugit, während in den Essexiten und Tephriten schwarzer Augit (Ca-Mg-Fe-Pyroxen) und Olivin häufiger sind. Quarz kommt in den kieselsäurearmen Alkali-Vulkaniten des Kaiserstuhls vor, sondern wird zum Beispiel durch Leucit (KAlSi2O6) ersetzt. Die Schmelze war an Siliziumdioxid (SiO2) untersättigt und reich an Kalium. In der karbonatischen Restschmelze im Zentrum des Kaiserstuhls blieben auch seltene Elemente übrig, die Grundlage besonderer Minerale wie Koppit sind, die sich eingebettet im Karbonatit bildeten.
Wie können die Vulkangesteine verwendet werden?
Bereits in der Bronzezeit wurde Augit als Magerungsmittel in der Keramik verwendet. Römische Befestigungsanlagen und Gebäude in Strassburg, Ödenburg-Altkirch, Biesheim-Kunheim wurden auch aus Steinen vom Winklerberg bei Ihringen, Sponeck bei Jechtingen, Humberg bei Burkheim und Limberg bei Sasbach gebaut. Später wurden Vulkangesteine für zahlreiche Bauten (z.B. Breisacher Münster), Trockenmauern, als Schottermaterial, für Buhnen der Tullaschen Rheinkorrektion, aber auch für Steinmetzarbeiten verwendet.
Ist der Gehalt an Feldspat-Vertretern (Nephelin, Leucit u.a.) hoch, sind die Steine allerdings nicht haltbar, bekommen an der Oberfläche Flecken, dann Risse und zerfallen bald („Sonnenbrenner“). Deshalb ist nur ein Teil der Vulkangesteine des Kaiserstuhls verwendbar.
Der Karbonatitabbau bei Schelingen fand von 1937 bis etwa 1959 zur Niob-Gewinnung aus dem Mineral Koppit statt, der Gips-Abbau bei Wasenweiler um 1879. Über 40 historische Steinbrüche und unzählige kleine Gesteinsentnahmestellen sind im Kaiserstuhl bekannt, der einzige aktuell betriebene ist der Phonolith-Steinbruch bei Bötzingen. Die Bötzinger Phonolithe weisen viele Zeolithminerale auf, die sehr vielfältig einsetzbar sind, z.B. in der Umwelttechnik (Filter), bei der Glas- und Zementherstellung, zur Heilbehandlung, als Futterzusatz und Bindemittel. Phonolith der Fa. Hans G. Hauri Mineralstoffwerk aus dem Kaiserstuhl ist heute ein besonderer Rohstoff geworden, der vor Ort veredelt wird.