Joachim Adolphi

Struktur als Protokoll des Werdens


2.7.2.1 Kugel- oder „Leoparden“-Gefüge (z. B. Sandstein mit Bleichungsflecken)


Kugelsandstein, wahrscheinlich aus dem Baltikum nach Ahrenshoop gekommen

Bisher haben wir ganz allgemein gelernt, dass es  offenbar zwei grundsätzliche Struktur-Typen bezüglich ihrer Entstehung gibt:

– „innere Strukturen“, die ihre Geometrie dem Wechselspiel zwischen Keimbildung und Wachstum verdanken (z.B. bzgl. der Struktur „große“ Volumina wie plutonische Gesteinskörper oder Liesegang-Streifen in Achaten)

– „äußere Strukturen“, die ihre Geometrie sowohl der Grenze des Volumens als auch der Versorgung von außen verdanken (z.B. bzgl. der Struktur „kleine“ Volumina wie Achate)

Wie erklären sich kugelförmige Strukturelemente in einer homogenen Matrix, wie sie die drei oben gezeigten Sandsteine aus dem Geschiebe von Ahrenshoop aufweisen? Rein logisch können wir konstatieren:

  1. Offenbar müssen alle Prozesskomponenten isotrop sein. (Die Kugel ist die einschränkungsfreie dreidimensionale Form aus Sicht der Richtungsabhängigkeit von Volumenprozessen. Siehe: Grundgedanken der Kristallografie)
  2. Es muss ein Transport-Prozess vorliegen, in dessen Folge sich die Oberfläche der Kugel nach außen verschiebt, die Kugel also wachsen kann. Dieser Prozess muss gleichzeitig die Bildung neuer Kugeln durch Verarmung des für das Kugelwachstum erforderlichen Stoffs verhindern.
  3. Es muss eine Keimbildungsprozess vorgelagert sein, der eine gewisse deutliche Abweichung von einem Gleichgewicht voraussetzt (homogene Keimbildung) oder aber auf vorgegebenen strukturellen Abweichungen von der Homogenität beruht (heterogene Keimbildung bei geringerer Abweichung vem Gleichgewicht).
  4. Die Existenz des also für die Keimbildung notwendigen Nichtgleichgewichtszustands muss in der Geschichte der Wechselwirkung des Systems mit seiner Umgebung liegen (Änderung von Druck und/oder Temperatur und/oder chemischer Zusammensetzung).
  5. Sowohl die Größen- als auch die Abstands-Verteilung sollten statistischen Charakter aufweisen. Die mittlere Größe und der mittlere Abstand der Kugeln voneinander hängen gemeinsam von den beiden Geschwindigkeiten der Gleichgewichtsänderung (eventuell auch über Transport, zum Beispiel Temperatur über Wärmeleitung; Druck-Änderungen können plötzlich entstehen) und des erforderlichen Stoff-Transports ab da sie einer Bilanz entsprechen müssen.

Beim vorliegenden Beispiel des Sandsteins mit Entfärbungskugeln handelt es sich offenbar um Reaktionen mit dem eisenhaltigen Bindemittel. An den leichten Vertiefungen durch Abrollen und Verwitterung erkennt man die unterschiedliche Härte und Widerstandskraft, die manchmal bis hin zur Lochfraß-Bildung gehen kann. Außerdem gibt es Beispiele, die beweisen, dass dieser Prozess sogar nur wenig abhängig von lagigen (Sediment!!) Änderungen der Zusammensetzung (1. und 2.  der 3 ganz oben, beim 3. nur schwach zu erlennen,  und der 2. hier) ist:

Kugelsandstein mit „Lochfraß“ (www.strandsteine.de)

Riesiger Mangsbodarna-Sandstein (geschnitten) mit Lagen und Flecken (Ahrenshoop)


Man findet auch Sandsteine, in denen sich Eisenoxidkrusten sammeln (in der Sächsischen Schweiz überall zu finden), wenn das bindende Eisen-Karbonat durch Witterungseinfluss (Wasser anderer Zusammensetzung) umgewandelt wird. Als Achat-Kenner entdeckt man sofort eine Prozess-Unsymmetrie an diesem Stück, was auf einen rückgekoppelten Transportprozess schließen lässt: Eine neue Phase dient als Senke und zieht weitere Teilchen an, was in parallelen Schichten wie ein „Rhythmus“ (also „Struktur“!) wirkt. Aber: Eine globale Vorzugsrichtung muss vorhanden sein (sonst gäbe es nur Flecken…)!

Kleiner Sandstein-Brocken aus der Lilienstein-Gegend Frühjahr 2017

Schnittfläche zeigt typische Vorzugsrichtung eines Prozesses an


Besonders interessant ist ein Stück aus Ahrenshoop 2017 (könnte auch aus Mangsbodarna stammen – kenne ich nur im Winter, da geht der Vasalauf vorbei!) im Vergleich zur Sächsischen Schweiz (habe nur ein relativ kleines Stück von einem Riesen abschlagen können):

Manche Bleichungsflecken weisen eine innere Kontra-Struktur auf

schöne „Blume“ (offenbar KEIN Zufall!)

schöne „Blume“

hübsche Häufung: Blumen-Strauß


Eine solche Doppel-Rosette erfolgreich zu modellieren wäre ein Vorhaben, für das man schon einmal ein halbes Jahr opfern könnte… Im Umkehrschluss muss man feststellen, dass die Eisenkrusten in der Sächsischen Schweiz zu dreidimensionalen Riesenflecken gehörem müssten.

Auch andere Gesteine weisen ähnliche Kugelbildungen auf und sind häufig metamorph veränderte Sandsteine („Quarzit“, Mikrogranit, Gneisgranit), wie diese Beispiele, die aus der Stockholmer Gegend nach Ahrenshoop transportiert worden sind zeigen sollen:

Scheibe eines Stockholm-Fleckenquarzits oder Gneis-Mikrogranits (Ahrenshoop 2016)

Gemugeltes Geschiebe mit weniger deutlcher Streifung (Ahrenshoop 2017)


Besonders im linken Bild erkennt man am schaligen Aufbau der Kugeln eine Veränderung im Laufe des Prozesses, die an Seigerung erinnert. Solche Zonierungen kennt man auch von Feldspatkristallen, die je nach Fortschritt der Entmischung der Restschmelze (durch das Wachsen der Feldspäte selbst hervorgerufen)  z.B. andere Farben entwickeln. (Siehe dort!)

Ein Beispiel mit größeren kugelähnlichen und gerandeten Flecken ist das Västervik-Fleckengestein:

Västervik-Fleckengestein, Ahrenshoop 2018

dto, geschliffen


Die dunklen Flecken sind Cordierit (Mg,Fe)2Al3[AlSi5O18, ein Magnesium(Eisen)-Aluminium-Alumosilikat der Gerüstsilikate), umgeben von Feldspäten in einer Matrix von bei hoher Temperatur und geringem Druck verkieseltem Sandstein. (Das Gestein ist etwa 1,8 Milliarden Jahre alt und enthält 3 Generationen Zirkone mit einem Alter bis zu 3 Milliarden Jahren und hat mit seiner kleinen Kontinentalplatte eine komplette Weltreise hinter sich: bis 60° Süd!)

„Mandelsteine“, in denen offenbar Blasenhohlräume später gerfüllt worden sind, sollen hier nicht näher einbezogen werden. Ihre Genese dürfte eher mit jender der Achate verwandt sein:

Mandelstein aus dem Gebiet um Liberec 2016

dto, gesägt


Auch bei den Porphyren oder Gneisen sind abgerundete Einsprenglinge nicht ein Zeichen für Kugelwachstum, sondern für angeschmolzene Kristalle: Zuerst runden sich Ecken und Kanten ab. Wenn auch noch eine Scherung stattfindet, können elliptische Querschnitte etwas parallelisiert werden (beim Augengneis findet ein regelrechtes teilweises „Verschmieren“ mit Rekristallisation statt):

Smaland-Gang-Porphyr: schwach eingeregelte Kalifeldspat-Kristalle und herrlich blaue Quarze sowie grüne Plagioklase (Ahrenshoop 2017)

Loftahammar-Augengneis stark geschert (Ahrenshoop 2017)


Eine Modellierung dieses allgemeinen Kugel-Bildungs-Prozesses würde also mit einem Ungleichgewichtszustand beginnen, in welchem eine homogene Keimbildung mit anschließendem Wachstum auf Kosten des Ungleichgewichts der Umgebung bis hin zum summarischen Gleichgewicht stattfindet. Wegen der Äquivalenz linearer, flächiger und räumlicher Anteile könnte eine zweidimensionale Modellierung (summarisch eigentlich sogar eine lineare, aber da gäbe es keine Oberflächen-Krümmung als additiven Energie-Anteil für die Kinematik) alle Effekte aufweisen, die in der Natur beobachtet werden. Der Prozess hat also ein Ende, wenn er selbst das Ungleichgewicht beendet hat.

Kommt.

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