Vulkanite und Sedimente des Oberdevons bis Unterkarbons
Bildung magmatischer Gesteine und synorogener Sedimente
Im Oberdevon begann eine neue Entwicklungsetappe der Gesteinsbildung mit einem markanten magmatischen Ereignis, mit welchem auch eine Differenzierung des Sedimentationsraumes einherging. Ausführliche Zusammenstellungen dieser geologischen Entwicklung kann man in Linnemann et al. (2003), Pälchen und Walter (2008) und Heuse et al. (2010) nachlesen.
Oberdevon
Im Oberdevon endete die monotone marine Schelfentwicklung in Sachsen. Tektonische und vulkanische Prozesse führten zur Bildung von sedimentär-vulkanischen Gesteinsvergesellschaftungen, wobei sich die Gesteine lateral und vertikal verzahnen.
Im Vogtland und in Ostthüringen bildeten sich vor ca. 375 Millionen Jahren Kissenbasalte (Linnemann et al. 1999) mit einer Mächtigkeit bis zu 400 Metern, wie sie im Meer beim Kontakt von Lava mit Wasser entstehen. Die Kissenstruktur der Basalte ist deshalb ein sicheres Indiz dafür, dass es sich um submarinen Vulkanismus handelte, wie man ihn heute von den Mittelozeanischen Rücken kennt. Die Gesteine sind durch eine grünlich-graue Farbe gekennzeichnet und werden in der älteren geologischen Literatur als Diabase bezeichnet. Sie entstanden bei einer geringfügigen Metamorphose, welche auf den Kontakt des heißen Gesteins mit Meerwasser zurückzuführen ist.
Die geochemischen Eigenschaften der oberdevonischen Basalte aus dem Vogtland zeigen aber, dass sich die Entstehungsbedingungen der Vulkanite von denen heutiger Mittelozeanischer Basalte unterschieden. So begann die magmatische Aktivität mit sauren Gesteinen wie den Rhyolith-Tuffen von Kröstau und Weischlitz (Huebscher 1995). Solch eine Vergesellschaftung magmatischer Gesteine wird als bimodaler Vulkanismus bezeichnet und ist typisch für kontinentale Riftzonen. Die geochemische Signatur der Basalte bestätigt, dass es sich um kontinentale Gesteine handelt (Linnemann et al. 2004). Daraus lässt sich schlussfolgern, dass der bisher eintönige überflutete Schelf von Gondwana tektonischen Spannungen ausgesetzt war, die zur Riftbildung führten. Die Folge waren der submarine Magmatismus und die Unterteilung des Sedimentationsraums in Becken und Schwellen.
An den untermeerischen Vulkanbauten und an den Schwellen entstanden Korallenriffe, z. B. westlich von Plauen. Diese Kalke, die Vulkanbauten und die Schwellen lieferten Material für sedimentäre Ablagerungen in marinen Becken, z. B. für Basalt-Brekzien, Konglomerate, Grauwacken-Schiefer-Wechsellagerungen und Knotenkalkschiefer.
Besonders bemerkenswert sind zwei weniger als 1 Meter mächtige Wechsellagerungen von Kalkstein mit Schwarzschiefer, der untere und obere Kellwasserkalk mit Kellwasserhorizont. Damit endet die Entwicklung der Korallenriffe. Die Schwarzschiefer zeigen euxinische, sauerstoffarme Verhältnisse im Wasser an. Die Kellwasserhorizonte markieren ein weltweit nachweisbares Ereignis, bei dem wahrscheinlich 50-75% aller Arten ausstarben, vor allem die Bewohner flacher tropischer Meere. Über die Ursache dafür wird noch immer spekuliert.
Darüber setzt sich die devonische Sedimentation mit Knotenkalken und Knotenkalkschiefern fort.
An der Grenze von Devon und Karbon tritt eine Lücke in der Sedimentation auf, wie das Fehlen von Fossilien, welche in anderen Regionen Europas vorkommen, belegt.
Unterkarbon der Kulmfazies
Im Unterkarbon wurden in der Vogtländischen Schuppenzone, in der Mittelsächsischen Zone bei Hainichen, in Doberlug-Torgau-Delitzsch-Zone und im Görlitzer Schiefergebirge synorogene (während der Gebirgsbildung entstandene) Sedimente der sogenannten Kulm-Fazies abgelagert. Darunter versteht man typische Grauwacken-Tonschiefer-Sandstein-Wechsellagerungen, die aus Turbiditen, also Trübeströmen, abgesetzt werden. Die Trübeströme entstehen durch lawinenartige untermeerische Rutschungen, welche durch tektonische Aktivität und die damit verbundenen Erdbeben ausgelöst werden.
Die synorogenen Sedimente bildeten sich während der variszischen Gebirgsbildung (Orogenese). In Westsachsen treten Grauwacken, Kalkgrauwacken und sandig gebänderte Schluffschiefer auf. Die sedimentären Abfolgen erreichen eine Mächtigkeit von 600-700 Metern, die lokal stark schwankt. Die Gesteine wurden von den kartierenden Geologen der Mehltheuer- und Elsterberg-Gruppe zugeordnet. Hahn et al. (2005) konnten jedoch zeigen, dass beide Gruppen zeitgleich abgelagerte Gesteine enthalten, welche als tektonische Decken übereinander gestapelt wurden. Auch das ist ein Indiz für die tektonische Aktivität im Unterkarbon. Hahn et al. (2010) schätzen das Alter der synorogenen Sedimente auf 360-330 Millionen Jahre, wobei eine genaue Datierung aufgrund der Fossilarmut der Ablagerungen nicht möglich ist.
In den Sedimentationsbecken bei Hainichen, im Elbtal- und Görlitzer Schiefergebirge kommen ebenfalls unterkarbonischen Sedimente vor. Sie haben verschiedene lokale Namen erhalten. So tritt z. B. im Elbtalschiefergebirge das charakteristische Kieselschiefer-Hornstein-Konglomerat auf, welches Basalt-, Kieselschiefer- und Grauwackengerölle enthält. Auch dieses Gestein ist ein typischer Turbidit.
In die synorogenen Sedimente sind an verschiedenen Orten exotische Gesteine, sogenannte Olistolithe eingeschaltet. Darunter versteht man Blöcke oder Bruchstücke von Fremdgestein, welche unklassiert und unsortiert in den Turbiditen auftauchen. Südlich von Plauen besteht das Unterkarbon z. B. aus einem bituminösen Kalkstein, dem Kohlenkalk. Da dieser Kalkstein Fossilien enthält, ist eine Alterseinstufung ins Unterkarbon möglich (Müller 1952). Da sich die Fazies dieser Gesteine sehr stark von jener der Kulmsedimente unterscheidet, müssen sie sich in einem anderen Sedimentationsmilieu gebildet haben, das dem bayrischen Unterkarbon ähnelt. Solche Bildungen werden als bayrische Fazies bezeichnet. Nach Linnemann et al. (2004) handelt es sich bei den sächsischen Kohlekalkvorkommen um große Gesteinsfragmente, welche in einem Trübestrom bewegt und aus ihrem ursprünglichen Sedimentationsraum umgelagert wurden.
Oberdevonische und unterkarbonische Gesteine der Vogtländischen Schuppenzone
Devonischer Diabas, der als Kissenbasalt ausgebildet ist, geschiefert, am Mundloch des Alaunbergwerks „Ewiges Leben“ in Plauen.
Diabasbrekzie aus der Umgebung von Jößnitz bei Plauen.
Devonischer Flaserkalk im Aufschluss am Elsterwehr in Plauen. Charakteristisch sind die hell- und dunkelgrauen Kalklinsen.
Unterkarbones synorogenes Sediment aus Kürbitz bei Plauen. Die Gerölle umfassen verschiedene paläozoische Sedimente wie Sandstein und Schiefer und sind nur kantengerundet, was auf einen kurzen Transportweg hindeutet.
Grobsandige Grauwacke aus Weischlitz bei Plauen.
Interpretation der geologischen Entwicklung in Oberdevon und Unterkarbon
Als Ursache für die oberdevonisch-unterkarbonische vulkano-sedimentäre Entwicklung gilt der Beginn der Subduktion kontinentaler Lithosphäre von Gondwana, auf dessen Schelf der sächsische Ablagerungsraum lag (Hahn et al. 2010). Dieses Ereignis markiert auch den Beginn der variszischen Gebirgsbildung mit der Krustenverdickung im Erzgebirge und Granulit-Massiv. Die unterkarbonen synorogenen Sedimente bildeten sich bereits während dieses tektonischen Ereignisses. Sie sind die jüngsten Einheiten des paläozoischen Schelfs in Sachsen. Durch die Sedimentschüttungen wurde das marine Becken vollständig aufgefüllt. Die Sedimentation ging in ein terrestrisches Milieu über.
Gesteine des Oberdevons und Unterkarbons erleben
Quellenangaben
Linnemann, U., Gehmlich, M., Heuse, T., Schauer, M. (1999): Die Cadomiden und Varisziden im Thüringisch-Vogtländischen Schiefergebirge (Saxothuringisches Terran). Beiträge zur Geologie von Thüringen, 6, 7-39.
Linnemann, U., Elicki, O., Gaitzsch, B. (2003): Die Stratigraphie des Saxothuringikums. In Linnemann, U. (Ed.) Das Saxothuringikum – Abriss der präkambrischen und paläozoischen Geologie von Sachsen und Thüringen. Geologica Saxonica 48/49, 29-70.
Linnemann, U., McNaughton, N.J., Romer, R.L., Gehmlich, M., Drost, K., Tonk, c. (2004): West African Provenance for Saxo-Thuringia (Bohemian Massif)): Did Amorica ever leave pre-Pangean Gondwana? – U/Pb-Shrimp zircon evidence and the Nd-isotopic record. International Journal of Earth Sciences 93, 683-705.
Hahn, T., Wucher, K., Heuse, t., Melzer, P. (2005): Neudefinition lithostratigraphischer Einheiten im Unterkarbon (Kulm) des Thüringisch-Fränkisch-Vogtländischen Schiefergebirges. Geowiss. Mitt. Thür. 12, 19-49.
Hahn, T., Kroner, U., Melzer, P. (2010): Early Carboniferous synorogenic sedimentation in the Saxo-Thuringian Basin and the adjacent Allochthonous Domain. In: Linnemann, U., Romer, R.L. (Eds.). Pre-Mesozoic Geology of Saxo-Thuringia – From Cadomian Active Margin to the Variscan Orogen. Schweitzerbart Stuttgart, 171-192.
Heuse, T., Blumenstengel, H., Elicki, O., Geyer, G., Hansch, W., Maletz, J., Sarmiento, G.N., Weyer, D. (2010): Biostratigraphy – The faunal province of the southern margin of the Rheic Ocean. In Linnemann, U., Romer, R. (Eds.) Pre-Mesozoic Geology of Saxo-Thuringia – From Cadomian Active Margin to the Variscan Orogen, Schweizerbart Stuttgart, 99-170.
Huebscher, H.-D. (1995): Geologische Karte von Sachsen 1 : 25.000, Blatt 1406-31 Plauen-W, sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie, Bereich Boden und Geologie, Freiberg
Müller, K.J. (1952): Über den sogenannten Kohlenkalk in Ostthüringen und Franken und die Devon-Karbon-Grenze am Bergaer Sattel. Geologica 11, 65-70.
Pälchen, W., Walter, H. (Eds., 2008): Geologie von Sachsen I – Geologischer Bau und Entwicklungsgeschichte. Schweizerbart Stuttgart.
