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Granitwerdung
Heinz Rutishauser, Herrliberg
EINLEITUNG Dem Alpinisten braucht die äussere Erscheinung des Granites kaum vorgestellt zu werden; der Unterschied zwischen einem pyramidenförmigen Granitberg und einem mehr klotzigen Kalkberg dürfte ihm wohlbekannt sein. In den grobkörnigen Graniten sind zudem die das Gestein aufbauenden Mineralien Feldspat, Quarz und Glimmer stets schon von blossem Auge erkennbar.
Schwierig ist die Frage zu beantworten, wie Granite entstehen. Häufig werden auch heute noch für ein und dasselbe Gestein verschiedene Bildungsvorgänge diskutiert. Unter bestimmten Voraussetzungen ist es allerdings durchaus möglich, die Entstehungsart genau nachzuweisen, wie zum Beispiel beim Lauterbrunner Kristallin, einem granitischen Gestein des Oberen Lauterbrunnentals im Berner Oberland.
DIE VERSCHIEDENEN ANSICHTEN ÜBER DIE GRANITENTSTEHUNG Eine ausgezeichnete und leichtverständliche Darstellung der heutigen Ansichten über die Granitentstehung gibt Streckeisen ( 1970 ); dem interessierten Leser sei diese Arbeit zur weiteren Vertiefung empfohlen.
Vor einigen Jahrzehnten glaubte man in der Wissenschaft, dass Granite einzig aus magmatischen Schmelzlösungen entstanden sein können. Es bildete sich die Schule der Magmatisten, die im Laufe erweiterter geologischer Studien über viele Granitgebirge ihre Gegenspieler in den sogenannten Transformisten fanden. Diese vermuten, dass viele Granite durch Umbildung nichtgranitischer Gesteine infolge Zufuhr leicht-löslicher Stoffe entstanden sind. Die Anhänger beider Lager erhielten in wissenschaftlichen Kreisen die Spitznamen « Popes » und « Soaks » ( « Päpste » und « Säuglinge » ).
Die Ansicht der Magmatisten ( auch « Wets », die « Nassen », genannt ) war scheinbar physika-lisch-chemisch hieb- und stichfest. Auf Grund von Beobachtungen in der Natur, die ihre theoretisch errechneten Modelle nicht erklärbar machten, wurden sie jedoch von den Transformisten, die lange als Wissenschaftler nicht ernst genommen wurden, angegriffen. Ihrer Meinung nach kann ein Granit auch trocken, das heisst ohne vorgängige Schmelzlösung, entstanden sein. Demnach würde ein Gestein von irgendwelchen Agenzien durchtränkt und so durch eine Granitisation langsam in einen Granit umgewandelt. Diese Theorie brachte ihnen auch den Übernahmen « Drys » ( die « Trockenen » ) ein.
Da einzig feststeht, dass Granite fast ausschliesslich in Gebieten intensiver Gebirgsbildung vorkommen, stellt sich die Frage, woher denn das Magma, das nach der Abkühlung den Granitkörper geliefert hat, stammt. Diese Frage konnte bis jetzt noch nie befriedigend gelöst werden. Es waren vor allem finnische Geologen ( unter ihnen besonders J.J. Sederholm, 1907 und 1967 ), die die Granitbildung in Abweichung zu den reinen Magmatisten und den Transformisten ebenfalls zu klären versuchten. Ihrer Ansicht nach sollen Granite nicht durch Abkühlung gewaltiger Magmamassen, sondern durch Aufschmelzen von Krustenteilen in der Tiefe eines Gebirges gebildet worden sein. Dem- nach würde aus Schichtgesteinen ( Sedimenten ) durch Aufschmelzung ein granitisches Magma und aus diesem ein Granit ( Palingener Granit ) entstanden sein. In einem Kreislauf könnte somit aus einem Sediment ( z.B. Sandstein ) ein Granit und aus diesem durch Verwitterung wiederum ein Sediment gebildet werden. Diese Granitbildung steht im Gegensatz zur einmaligen Entstehung des juvenilen Granites nach der Theorie der reinen Magmatisten. Die Anhänger der Aufschmelzungstheorie erhielten in wissenschaftlichen Kreisen ebenfalls einen besonderen Namen: Man bezeichnet sie allgemein als Migmatiker.
Zusammenfassend können drei Möglichkeiten der Granitbildung in Betracht gezogen werden ( nach Mehnert, 1971 ):
- Juvenile Granite:
Ein bestehendes Magma aus tieferen Teilen der Erdkruste kann oberflächennahe durch Abkühlung eine granitische Zusammensetzung erhalten ( Ansicht der reinen Magmatisten ).
- Palingene Granite:
Granit wird durch Aufschmelzung nichtgranitischer Erdkrustenteile geeigneter chemischer Zusammensetzung gebildet ( Ansicht der Migmatiker ).
- Metasomatische Granite:
Granit entsteht durch Zufuhr oder Wegfuhr mobiler Komponenten in einem Gestein nichtgranitischer Zusammensetzung ( Ansicht der Transformisten ).
Es wird heute kaum noch angezweifelt, dass Granite auf verschiedene Arten entstehen können. Wie kann nun aber der Geologe am fertigen Produkt dessen Bildungsweise erkennen?
Im Vordergrund wird stets die Frage stehen, ob der Granit aus einer Schmelzlösung entstanden ist. Eine Entscheidung bringt meist das Studium seiner Begrenzung. Ist eine scharfe Tren- i54 nung zwischen dem Granit und seinem Nebengestein vorhanden und verläuft diese zudem quer zu den Strukturen des letzteren, dann dürfen wir annehmen, dass der Granit aus einem Magma entstanden ist. In diesem Falle spricht der Geologe von einem Intrusivkontakt und meint damit, dass das Granitmagma in das Nebengestein eingedrungen ( intrudiert ) ist. Meistens kann festgestellt werden, dass die heisse Schmelzlösung, aus der durch Erstarrung später der Granit entstanden ist, das Nebengestein in der Kontaktzone durch Einwirkung der hohen Temperatur verändert hat. Auch können an solchen Kontakten häufig vom aufstossenden Magma mitgerissene Nebengesteinsbrocken beobachtet werden, die in ganz unregelmässiger Anordnung dem Intrusivkontakt entlang angeordnet sind ( Abb. 1 ).
Häufig stellt man aber fest, dass eine scharfe Trennung fehlt, der Granit also langsam in sein Nebengestein übergeht. Dies ist zum Beispiel beim Lauterbrunner Kristallin der Fall, einem Gestein, bei dem glücklicherweise der Vorgang der Granitbildung vorzeitig abgestoppt worden ist. Dies erlaubt uns, den Bildungsvorgang an reliktischen Strukturen zu studieren; eine Möglichkeit, die sich bei granitischen Gesteinen nur selten bietet. Deshalb gehört das Lauterbrunner Kristallin, für dessen Bildung vorerst verschiedene Möglichkeiten in Betracht gezogen werden müssen, zu einem der interessantesten Gesteine der Alpen.
DIE ENTSTEHUNG DES LAUTERBRUNNER KRISTALLINS Von der Zunge des Tschingelgletschers bis Stechelberg durchschneidet die Weisse Lütschine dieses granitähnliche Gestein in wildem, von Wasserfällen durchsetztem Lauf. Das Kristallin ist ein Bauteil des herzynischen Gebirges, von welchem Reste in das Alpengebäude mit-eingefaltet worden sind. Unter dem Mittelland durch steht es in Verbindung mit den Gesteinen des Schwarzwaldes und den Vogesen. Bei der Bohrung von Lindau bei Zürich wurde unter den tertiären Molasseschichten und den mehrheitlich kalkigen Sedimenten mesozoischen Alters ein kristallines Gestein festgestellt, das dem Lauterbrunner Kristallin verblüffend ähnlich sieht. Das uns interessierende Gestein gehört somit zum tieferen Grund oder, anders gesagt, zum Grundgebirge der Alpen.
Dort, wo die Oberfläche schuttfrei ist und der Gletscher das Gestein polierte, erkennt man im Lauterbrunner Kristallin kubikdezimeter- bis kubikmetergrosse Brocken von Fremdmaterial ( zum Beispiel Marmore ). Diese Schollen scheinen gleichsam in einem Substrat granitähnlicher Zusammensetzung, das über grössere Bereiche mannigfachem Wechsel in der Ausbildung unterworfen ist, zu schwimmen.
In vereinfachter Darstellung besteht das Lauterbrunner Kristallin demnach aus einer Matrix und darin eingeschlossenen Schollen. Über die Grosse, Zahl und Anordnung der Schollen gibt uns der Kartenausschnitt der Fig. i einen guten Überblick.
Dieses eigenartige Gestein ist schon Franz Joseph Hugi ( 1832 ) aufgefallen. Er schreibt im Bericht über seine Reise ins Rottal unter anderem:
... Um hier den kleinen Urgebirgszug unter dem aufgelagerten Kalke aus vierjähriger Beobachtung mit einigen Worten charakteristisch zu zeichnen, können wir bemerken: Gegen die Mittellinie dieses Gebirgszuges tritt Massengranit nach den Aussenflächen in bauchigen Formen auf. In diesem Gebilde befinden sich einzelne Massen von aufgestelltem, mannigfach zerstörtem und in Granit übergehendem Gneise. Gegen die Abdachung des Gebirges, so wie unter dem aufgelagerten Kalkgebilde, werden diese Gneisschichten häufiger, sie schmiegen sich mehr mit dem Abhänge und dem aufgelagerten Kalke parallel, werden doch oft vom Granite durchbrochen, mannigfach zerstört, und gehen, durchaus sich verschmelzend, in den umgebenden Granit über. Angeführte Rudimente des geschichteten Gneises i56 und sein Verfiiessen in die Masse des Granites, was so äusserst häufig im Alpengebirge auftritt, ist für die Geschichte der Erde nicht ohne Bedeutung, und wird eine Ansicht begründen helfen, die schon längst zur Sprache gebracht, aber nicht allgemein aufzutreten vermochte, indem gründliche Tatsachen als Belege ihr fehlten...
Obschon Hugi keine Erklärung für das Vorhandensein der « mannigfach zerstörten und in Granit übergehenden Gneise » zu geben vermag, erkennen wir doch unschwer in der Beschreibung des « Gneises » unsere Schollen und in seinem « Granit » die Matrix des Lauterbrunner Kristallins.
Wie haben nun die späteren Geologen das Werden dieses Gesteins gedeutet? Die heutige Lehrmeinung stützt sich auf eine Aussage von Sauer ( 1 goo, 1906 ), einem deutschen Geologen, nach dem die Matrix des Lauterbrunner Kristallins einer erstarrten granitischen Schmelze entspricht, die aus grosser Tiefe in höhere Teile der Erdkruste eindrang. Dieses juvenile Magma soll beim Aufstieg einen bereits vorhandenen Gesteinskomplex gesprengt und dessen Trümmer zum Teil aufgeschmolzen haben.
Betrachten wir aber die Form und die Anordnung der Schollen im Lauterbrunner Kristallin genau, so lässt sich beweisen, dass diese Ansicht nicht stimmen kann. In der überwiegenden Mehrzahl haben sie nämlich eine längliche, rundliche Form, und ihre Enden sind häufig eingebogen ( Abb. 3 und 4 ). Das Verhältnis der Längen zur Breite ist auffallend konstant; die Schollen werden demnach mit zunehmender Dicke auch länger. Dies lässt vermuten, dass die einzelnen Schollen einst zusammenhängende Platten waren, die durch Druckwirkung auseinandergerissen worden sind. Tatsächlich sind Schollen gleicher gesteinsmässiger Zusammensetzung in Reihen angeordnet. Diese Reihen liegen parallel zueinander, und die Zwischenräume werden von der Matrix ( dem eigentlichen Lauterbrunner Kristallin ) ausgefüllt.
B Fig. 2: Schematische Darstellung der Bildungsweise des Lauterbrunner Kristallins Die schematische Zeichnung ( Fig. 2 ) stellt den Werdegang des Lauterbrunner Kristallins dar: Ein geschichteter Gesteinskomplex ( A ) wird unter Druck gesetzt. Da dies in grosser Tiefe der Erdkruste geschieht, ist zugleich mit einer Zunahme der Temperatur zu rechnen. Die punktierten Schichten werden bei der Aufheizung langsam in eine Schmelze umgeformt, während sich die dunklen Schichten als résistent erwiesen. Man kann sich nun vorstellen, dass das Gestein durch den senkrecht zur Schichtung wirkenden Druck wie zwischen den Backen eines Schraubstockes zusammengepresst wird. Die einzige Ausweichmöglichkeit bilden die Richtungen senkrecht zur Druckrichtung. Die noch festen Schichten werden deshalb langsam auseinandergezogen und in bestimmten Abständen eingeschnürt ( B ). Schliesslich führt der Vorgang zu einem vollständigen Abreissen an den Einschnürungsstellen, und die festen Schichten werden in einzelne Stücke zerrissen. Diesen Vorgang bezeichnet der Geologe als Boudinage ( Boudin ist das französische Wort für Blutwurst ), denn tatsächlich sieht die Einschnürung der festen Schichten und die nachfolgende Abtrennung ( C ) in einzelne Teile ( Boudins ) dem Abbinden von Würsten verblüffend ähnlich. Die Abbildungen zeigen deutlich, dass die Formen der Schollen denjenigen der schematischen Zeichnung entsprechen. Eine Besonderheit im Bildungsvorgang ist zudem in den Abbildungen 2 und 3 ersichtlich. Bei der Einschnürung der starren Schichten entstehen druckfreie Stellen, in die mobile Komponenten ( vor allem Quarz ) eintreten und in einem späteren Stadium erstarren ( Kreuz-Signatur in C der schematischen Abbildung ). In ähnlicher Art hat man sich die Bildung der wohlbekannten Bergkristalle vorzustellen. Auch hier sammeln sich in druckfreien Stellen ( Zerrklüften ) quarzreiche Lösungen, aus denen wohlgeformte Mineralien auskristallisieren können.
Die bis jetzt vertretene Meinung über die Entstehung des Lauterbrunner Kristallins lässt i57 sich aus dem Gesagten leicht als unrichtig erkennen, denn es ist vollständig unmöglich, dass in eine unter Druck stehende Gesteinsmasse eine granitische Schmelze von aussen eindringen kann. Dass ein grosser Druck bei der Bildung geherrscht haben muss, beweisen uns die Formen der Einschlüsse im Lauterbrunner Kristallin.
Wäre die Entwicklung dieses Gesteins in der geologischen Vergangenheit nicht vorzeitig unterbrochen worden, hätte sich aus dem ursprünglichen, geschichteten Sedimentkomplex ein homogener Palingener Granit bilden können. So konnten sich bei zunehmender Temperatur nur die nach ihrer Zusammensetzung dafür geeigneten Sedimentschichten in eine Schmelze umwandeln. Die anderen Schichten erwiesen sich gegenüber den Veränderungen, die sich in grosser Tiefe der Erdkruste abgespielt haben, als widerstandsfähiger. Aus ihnen entstanden durch Druckwirkung die im Lauterbrunner Kristallin eingeschlossenen Schollen.
Aus dem Gesagten geht hervor, dass das Lauterbrunner Kristallin ein Beispiel der Granit-werdung darstellt, wie sie von den Migmatikern postuliert wird. Die Umbildung der ursprünglichen Sedimente geschah dabei ohne Stoffzufuhr oder Wegfuhr in einem geschlossenen System.
Man kann sich nun die Frage stellen, wie die ursprünglichen Sedimente beschaffen waren. Vergleichbare Gesteine finden wir zum Beispiel in den Sedimenten des Mittel landes: Sandsteine, Mergel und Tone. Es ist doch einigermassen erstaunlich, dass in geologischen Zeiten aus solchen Sedimenten kristalline, granitische Gesteine entstehen können.
Literaturverzeichnis Hugi, Fr.J. ( 1830 ): Naturhistorische Alpenreisen. Amiet-Lutiger, Solothurn.
Mehnert, K.R. ( 1971 ): Migmatites and the Origin of Granitic Rocks. Elsevier Publishing Company, Amsterdam.
i58 Rutishauser, H. ( 1973 ): Die quantitative Erfassung von Migmatiten im Aufschlussbereich. Schweizerische Mineralogische und Petrographische Mitteilungen, Bd 53, Heft 1.
Sauer, A. ( 1900 ): Geologische Beobachtungen im Aarmassiv. Sitzungs-Bericht der Akademie der Wissenschaft. Berlin.
Sauer, A. ( 1906 ): Über die Erstfelder Gneisse am Nordrande des Aarmassivs. Bericht der 38. Versammlung des Oberrheinischen Geologischen Vereins, Konstanz 26. April 1905.
Sederholm, J.J. ( 1907 ): Om granit och gneis, deras upp-komst, uppträdande och utbredning inom urberget i Fen-noskandia. Bull. Comm. géol. Finland, 23. Sederholm, J.J. ( 1967 ) Selected works granites and migmatites. Oliver and Boyd, Edinburgh and London. Streckeisen, A. ( 1970 ): Plutonismus und Orogenèse. Schweizerische Mineralogische und Petrographische Mitteilungen, Bd. 50, Heft 3.