niederosterreich - Mineralogical Society

Clay Minerals (1980) 15, 283 289.
EINEM
PEDOGENETISCHER PALYGORSKIT IN
LOSSPROFIL BEI STILLFRIED AN DER MARCH
(NIEDEROSTERREICH)
B. SCHWAIGHOFER
Institut fffr Bodenforschung und Baugeologie, Universitdt fffr Bodenkultur,
A-1180 Wien, Gregor Mendelstrasse 33.
(Received 25 January 1980)
K U RZREFERAT: Im k|assischen L6ssprofil von Stillfried an der March wurden in der oberen
Humuszone des Stillfrieder Komplexes Mineralbestand und Mikrogef/ige mittels R6ntgendif-
fraktometeranalyse und Rasterelektronenmikroskopie untersucht. In der Schluffund Tonfrak-
tion fand sich neben anderen Tonmineralen Palygorskit, der vor allem in Form feinstrukturierter
Mineralanhfiufungen fiber Karbonatknollen auftritt.
Die charakteristische Morphologie der diinnstengetigen und faserf6rmigen Einzelkristalle
sowie die Bildungsbedingungen bei alkalischem Milieu und hohem Mg-Gehalt der Bodenl6sung
sprechen fi~r eine pedogenetische Neubildung des Palygorskit.
EINLEITUNG
Das klassische L6f3profil von Stillfried an der March (beim Geh6ft Binder, Stillfried Nr.6)
wurde im Sommer 1978 neu beprobt, um den Mineralbestand sowie das Mikrogefiige der
einzelnen charakteristischen Horizonte mit modernen Untersuchungsmethoden analy-
sieren zu k6nnen.
Dabei fand sich in einem Horizont nahe der Oberkante des L613profils das Mineral
Palygorskit, wofiiber im Folgenden berichtet werden soil.
POSITION DER PALYGORSKIT-Ff]HRENDEN LAGE IM
TYPUSPROFIL DES STILLFRIEDER KOMPLEXES
f]ber dem praequart~iren Untergrund, der in Form von gelben Sanden der sogenannten
Bunten Serie am Steilabfall eines von Westen zur March entw~isserten Talchens ansteht,
folgt gelber L613, der nach Fink (1964) aus dem RiB stammt. Im Hangenden findet sich
nach einem ca 0.5 m m~ichtigen Kalk-Illuvialhorizont der charakteristische Stillfrieder
Komplex, der aus einem braunen Basisboden und dariiber mehreren Humuszonen
besteht (siehe Abb. 1). Die Palygorskitanreicherungen treten im unteren Teil der oberen
Humuszone auf.
UNTERSUCHUNGSMETHQDEN
S/imtliche bei der Neuaufnahme des Profils aufgesammelten Proben wurden r6ntgenana-
lytisch und im Rasterelektronenmikroskop untersucht. Analysiert wurden alle Horizonte
des Typusprofils. Diese Ergebnisse werden jedoch an anderer Stelle gemeinsam mit den
0009-8558/80/0900-0283502.00 9 1980 The Mineralogicll Society

284
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B. Schwaighofer
TSCHERNOSEM
BLASSBRAUNER SAUM
L~SS
SANDSTREIFENL~SS, VON KROTOWINEN
DURCHSETZT
OBERE HUMUSZONE, GETEILT DURCH
$CHWACH HUMOSEN, GEFLECKTEN MITTELTEIL
UNTERE HUMUSZONE, FLECKEN IH MITTELTEIL
ZWISCHENSCHICHT
VERLEHMUNGSZONE MIT BJELOGLASKA
KALK- I LLUV IALHOR I ZONT
L~]SS
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ABB. 1: L6ssprofil Stillfried an der March (nach Fink, 1978).
Daten weiterer Vergleichsprofile publiziert. Die folgenden Angaben beziehen sich aussch-
lieBlich auf Proben aus der oberen Humuszone.
Die Aufbereitung der Proben erfolgte mit H202 und anschliessend mit einer 0.2 mol
L6sung Von Titriplex III (zur Bindung der freien Ca-Ionen).
Der Gesamtmineralbestand der einzelnen Horizonte wurde r6ntgendiffraktometrisch
aus Pulverprfiparaten ermittelt. Die Untersuchung der mineralogischen Zusammenset-

Pedogenetischer Palygorskit in Ldssprofil
TABELLE 1. R6ntgendiffraktometeranalyse.
Mineralbestand Tonmineralverteilung
Gesamtmineralbestand Fraktion in der Fraktion
in Rel.~o < 63/~m < 20 #m < 2 tan
Quarz 45
Glimmer 15
Dolomit 10
Plagioklas 10
Kalifeldspat 5
Kalzit 5
Chlorit 5
Vermikulit 5
Hornblende Sp
Quarz$ Illit~ Illit$
Glimmer:~ Chloritt Chloritt
Chloritt Kaolinitt Kaolinitt
Plagioklast Mixed-layer* Mixed-layert
Palygorskit* Mineral Mineral
Palygorskit* Palygorskit*
* Untergeordnet.
t Hauptgemengteil.
$ Stark vorherrschend.
zung in den Fraktionen < 63 #m, < 20/tm und < 2/an erfolgte an Texturpr/iparaten. Zur
Bestimmung der Tonmineralverteilung war die Gewinnung der Fraktionen < 20 #m und
< 2/~m im Sedimentationsverfahren erforderlich. Aus r6ntgendiagnostischen Griinden
wurden die Tonsuspensionen mit KC1 und MgC12 versetzt, zur weiteren Differenzierung
wurden Expansionstests mit Glycerin und DMSO (Dimethylsulfoxid) sowie Erhitzungs-
tests bei 250~ (4 Stunden) und 550~ (2 Stunden) durchgefiihrt.
Die R6ntgendiffraktometeranalysen erfolgten an einem Philips-Ger/it bei folgenden
Aufnahmebedingungen: Strahlung Cu Kc~, Winkelgeschwindigkeit 1/2 ~ pro Minute, kV
40, mA 20.
Die Untersuchungen im Rasterelektronenmikroskop Stereoscan S 4 konnten an unge-
st6rtem Probenrnaterial durchgefiihrt werden, wobei ca 0.5 cm z grol3e Bodenkriimel nach
Gold-Bedampfung analysiert wurden (verwendete Beschleuningungsspannung 20 bzw.
30 kV).
An ausgesuchten Probenstellen konnten mittels des EDAX 707 qualitative chemische
Mikroanalysen durchgefiirt werden. Fiir die Auswertung der Daten stand das System
EDIT zur Verfiigung.
R6"ntgendiffraktometrie
ERGEBNISSE
Die Untersuchungsergebnisse der R6ntgendiffraktometer-Analysen sind in Tabelle 1
zusammengefal3t.
Die Darstellung des Gesamtmineralbestandes erfolgt semiquantitativ in Relativpro-
zent aufgrund der Bestimmung der Peakareale nach Anwendung errechneter bzw. experi-
mentell bestimmter Korrekturfaktoren (im wesentlichen nach Johns et al., 1954 und
Schultz, 1964).
Die R6ntgenanalysen zeigen, dab neben Illit, Chlorit und Kaolinit Palygorskit zwar in
285

286 B. Schwaighofer
geringen Mengen, aber doch bereits in der Schluff-Fraktion und dann auch in den
Ton-Fraktionen auftritt (Reflexe bei 10.50 A, 6-45/~, 5-45 A, 4.30 ~, 3-69/~). Bei dem in
der Fraktion < 20 #mund < 2 fan erscheinenden Mixed-layer Mineral dfirfte es sich um
ein regelm~i/3iges Mineral handeln, dal3 aus Lagen von Chlorit und quellf~ihigem Chlorit
zusammengesetzt ist (Corrensit nach Lippmann, 1954). Charakteristisch ist der 28
A-Reflex im Mg-belegten Zustand, der auch nach Erhitzung auf 550~ unver~indert
bleibt, sowie die Aufweitung auf 32 A bei Glycerinbelegung.
Rasterelektronenmikroskopie
Da diese Analysen an ungest6rten Proben durchgeffihrt wurden, konnte sowohl die
Kornverfestigung als auch das Hohlraumeffige des natfirlichen Zustandes in v611ig
unver~inderter Form untersucht werden. Dabei fanden sich an mehreren Stellen Aggre-
gate in Hohlr~iumen bzw. Anh~iufungen fiber Karbonatknollen aus stengeligen oder
leistenf6rmigen Mineralen (Abb. 1 bis 6).
Aufgrund der kennzeichnenden Morphologie sowie der chemischen Zusammenset-
zung (die qualitative Mikroanalyse nach dem EDAX-Verfahren ergab Si, A1, Mg, Fe)
handelt es sich dabei um das Mineral Palygorskit.
DISKUSSION UND SCHLUf3FOLGERUNGEN
Als wichtigstes Bildungsmilieu ffir Palygorskit wurden bis vor relativ kurzer Zeit fossile
und junge Sessedimente -- untergeordnet auch marine Ablagerungen -- angesehen
(Millot, 1970). Au/3erhalb seiner Entstehungsbedingungen galt Palygorskit als extrem
instabiles Mineral, das meist rasch in Montmorillonit umgewandelt wurde.
Hinsichtlich des Palygorskits, der sich in den B6den vor allem arider Gebiete fand,
wurde die Ansicht ge~iul3ert, dab er von den Ausgangsgesteinen, in denen er primfir
angereichert worden war, fibernommen wurde (Millot, 1970).
Allgemein werden als Bildungsbedingungen ffir die Neubildung (direkte Kristallisa-
tion) von Palygorskit niedrige A1- und hohe Si-Konzentration sowie alkalisches Milieu
angenommen (Isphording, 1973).
Die Mehrzahl der Arbeiten, die sich mit gr6f3eren Palygorskitvorkommen in Syrien
(Muir, 1951), Israel (Barshad et al., 1956), Agypten (Elgabaly, 1962), Irak (A1-Rawy et
al., 1969) und Saudiarabien (Aba-Husayn & Sayegh, 1977) beschfiftigten, beschreiben
zwar fihnliche Bildungsbedingungen, bringen aber keine Hinweise ffir eine pedogene-
tische Entstehung. McLean et al. (1972) lehnen sie fiberhaupt ab und zwar wegen der
engen Verbindung zu lakustrischem Material. Frye et al. (cit. bei Yaalon & Wieder, 1976)
wiederum sprechen von diagenetischer Bildung und Umwandlung in einer an Mg angerei-
cherten Umgebung wS.hrend einer Austrocknungsphase des Bodens.
Palygorskit als Produkt der Pedogenese wurde dagegen nur selten beschrieben. Diesbe-
zfigliche Angaben finden sich in jfingster Zeit vor allem bei Eswaran & Barzanji (1974),
Singer & Norrish (1974) und Yaalon & Wieder (1976). Eswaran und Barzanji fanden die
Palygorskitminerale als (,Jberzfige von Gips und anderen Bodenkomponenten. Da Gips
in diesen B6den selbst als Neubildung auftritt, kann auch der Palygorskit nur pedogene-
tischer Abkunft sein. Singer und Norrish beobachteten in Pal~iob6den Siidaustraliens
Palygorskit in Form von Krusten und H~iutchen fiber Bodenkrfimel. Da sich das Mineral
im Ausgangsgestein nicht findet, nahmen sie an, dab der Palygorskit direkt aus der

Pedogenetischer Palygorskit in Lb'ssprofil 287
ABB. 2a. (Vergr. 1400): Hohlraumreiches Gefi]ge; einzelne der kleinen Kalzitkomponenten sind
mit Anh~iufungen st~ibchenf6rmiger Minerale iiberzogen, b. (Vergr. x 1200): Anreicherung der
Palygorskitst~ibchen auf einem verkrusteten Kalzitkorn. c. (Vergr. x 1200): Die Palygorskit-
Aggregate sprossen auch zwischen den verkrusteten Mineralkomponenten. d. (Vergr. x 2300):
Wirr angeordnete Palygorskitleisten; deutlich ist immer wieder eine parallel zur L~ingserstrec-
kung verlaufende Aufspaltung zu beobachten, e. (Vergr. 7000): Bei st~irkerer Aufl6sung tritt die
subparallele Aufspaltung der einzelnen StS.bchen klar zutage, f. (Vergr. x 2400): Zahlreiche
Palygorskitminerale zeigen selbst wieder neugebildete unregelm~iBige Kalzitkrusten.

288 B. Schwaighofer
Bodenl6sung ausgeschieden wurde. Aus den detaillierten chemischen Untersuchungen
von Singer und Norrish ergibt sich, dab auch Bodenl6sungen durchaus einen entspre-
chenden Chemismus aufweisen k6nnen, dab aus ihnen Palygorskit ausgef~illt werden
kann, dab es also nicht unbedingt Seewasser sein muB. Geringe Entw/isserung sowie
zeitweiliger WasseriiberschuB in grobtexturierten B6den begiinstigen den Prozel3. Watts
fand pedogenetischen Palygorskit in NW Schottland an einer Diskordanz zwischen New
Red Sandstone und Torridonian Sandstone und faBt ihn als zus~ttzlichen Hinweis aufein
semiarides bis arides Klima wfihrend der permotriadischen Bildungszeit auf. Bei Yaalon
& Wieder wird die Ausf'~illung des Palygorskits einerseits auf einen Grenzfl/icheneffekt
zwischen unterschiedlich texturierten Bodenhorizonten und andererseits auf 1/inger
anhaltende feuchte Perioden zuriickgefiihrt.
Weitere Bildungsbedingungen, die in einer Reihe von Untersuchungen festgestellt
wurden (AI Rawi & Sys, 1967; Millot, 1970; Isphording, 1973 u.a.), sind ein schwach
alkalisches Milieu sowie ein relativ hoher Mg-Gehalt der Bodenl6sung.
Der pH-Wert des Palygorskit-fiihrenden Horizontes von Stillfried betr/igt 7.7,'land dab
die Bodenl6sung einen zur Neubildung yon Palygorskit ausreichend hohen Mg-Gehalt
besitzt, ist aufgrund des relativ hohen Dolomit-Anteils im Gesarntmineralbestand (siehe
Tabelle: R6ntgendiffraktometeranalysen) als gesichert anzunehmen.
Aufgrund der Untersuchungen und Beobachtungen im Rasterelektronenmikroskop --
die morphologischen Charakteristika sind v611ig identisch vor allem mit den von Muir
(1951), Barshad et al. (1956) und Yaalon & Wieder (1976) beschriebenen und abgebil-
deten Formen -- scheint es ausgeschlossen, dab derartige feinstrukturierte Mineralan-
h~iufungen bzw. Einzelkristall-Leisten einen Transport iiberstanden hfitten. Es kommt
demnach ausschliei31ich eine in situ-Bildung in Betracht.
Nach Fink (1964) und Frenzel (1964, 1968), entspricht die obere Htmmszone des
Stillfrieder Komplexes dem Brorup-lnterstadial. Aufgrund der hier festgestellten Molus-
kenfauna ist ein Steppenklima anzunehmen (Waldsteppe nach den pollenanalytischen
Untersuchungen yon Frenzel, 1968). Ffir die Genese des Palygorskits bedeutet das
offenbar, daf3 die zeitweise stfirkere Durchfeuchtung infolge der w~ihrend des Interstadials
anzunehmenden etwas h6heren Niederschlagswerte einen wesentlichen und einschr~in-
kenden Bildungsfaktor darstellt.
DANKSAGUNG
Die R6ntgendiffraktometeranalysen sowie die Untersuchungen am Rasterelektronenmikroskop wurden durch
die Unterstiitzung aus Mitteln des Fonds zur F6rderung der wissenschaftlichen Forschung in Osterreich
(Projekte Nr. 1286, 1613, 1617 und 4098) erm6glicht.
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ABSTRACT: The mineralogy and microfabric of the upper humus horizon in the classic loess
profile of Stillfried an der March has been investigated by X-ray diffraction and scanning electron
microscopy. Palygorskite, in the form of aggregates of rods and fibres coating carbonate grains,
was found in the silt and clay fractions. The morphology of the palygorskite, together with the
high Mg-content of the soil solution, indicate a pedogenetic neoformed origin for this mineral.
RI~SUMI~: La min6ralogie et la microstructure de l'horizon humique sup6rieur du profil de loess
classique de Stillfried an der March ont fait l'objet d'6tudes de diffraction des rayons X et de
microscopie 61ectronique fi balayage. Dans les fractions limoneuses et argileuses, on a trouv6 de la
palygorskite, sous forme d'agr6gats de b~tonnets et de fibres enrobant des grains de carbonate. La
morphologie de la palygorskite ainsi que la teneur +lev6e en Mg de la solution indiquent que ce
min6ral a pour origine une n~oformation p6dog6n6tique.
RESUMEN: La mineralogla y la microestructura del horizonte hflmico superior en el perfil
lo+ssico clfisico de Stillfried an der March han sido investigadas por difracci6n de rayos X y con
microscopio electr6nico. En las fracciones de limo y arcilla se ha hallado paligorsquita en forma
de agregados de varillas y fibras recubriendo los granos de carbonato, la morfologia de la
paligorsquita, junto con el alto contenido de Mg de la soluci6n del suelo, indican un origen
pedogen6tico neoforme de este mineral.