"Emmerthal 1985" (PDF 2.7 MB) - Diplom-Mineraloge Dr. Wolfgang ...

Geochemische und Petrographische Untersuchung des Profils
Emmerthal im Malm der Südöstlichen Frankenalb
Diplomarbeit von Wolfgang Köhler
durchgeführt am Institut für Geologie und Mineralogie der Friedrich-Alexander-
Universität Erlangen 1985, redaktionell fürs Internet überarbeitet 2009,
mit 21 Abbildungen und 9 Tabellen.
Danksagung:
Prof. Dr. W.M. Bausch danke ich für die Überlassung des Themas und die
wissenschaftliche Betreuung.
Unterstützt wurde die Arbeit durch den Trägerverein Altmühltal vertreten
durch Herrn Amtsrat F. Lindner.
Ein besonderer Dank gilt meinem Freund Werner Kreutzer, der durch seine
bergsteigerische Leistung die exklusive Probenahme in der Falllinie der
Bruchwand ermöglichte.
Dank gebührt auch Dipl. Min. U. Meduna für die Unterstützung bei der
Röntgenfluoreszenzanalyse.
Anmerkung zur redaktionellen Überarbeitung:
Die Originalarbeit wurde mit einem Apple IIe Computer mit 64 KB Speicher und
dem Textverarbeitungsprogramm WordStar geschrieben. Die Korrelationsdiagramme
wurden durch direkte Steuerung der Nadeln eines Nadeldruckers
über eigens entwickelte Software erstellt, und auch die Statistik wurde über
eingetippte und angepasste Listings gewonnen. Da moderne
Texterkennungssoftware am Layout der Arbeit scheiterte, wurde das Original
abgetippt.
Alle Messwerte sind original und auch nach heutigen Maßstäben unverändert
aktuell.

Inhaltsverzeichnis
Seite
1. Zusammenfassung 1
1.1. Verwandte Abkürzungen und Bezeichnungen 1
2. Geographischer und geologischer Überblick 2
3. Aufschlussbeschreibung und Probenahme 3
3.1. Gliederung des Profils 6
4. Untersuchung des unlöslichen Rückstands 8
4.1. Auflösen der Proben 8
4.2. Atterbergierung 10
4.2.1. Ergebnisse des Atterbergierens 10
5. Röntgenfluoreszenzanalyse 11
5.1.1. Bestimmung geringer Gehalte 11
5.1.2. Bestimmung von Gehalten über 0,5 % 11
5.2. Probenaufbereitung 12
5.3. Messung 13
5.3.1. Messunsicherheiten 14
5.4. Ergebnisse der Röntgenfluoreszenzanalyse 15
5.4.1. Durchschnittsgehalte des Gesamtprofils 15
5.4.2. Durchschnittsgehalte der vier Teilprofile 15
5.4.3. Korrelationsfaktoren der Daten 16
5.5. Berechnung des Dolomitgehalts der Proben 21
5.5.1. Berechnete Dolomitgehalte 22
6. Röntgenbeugung, Röntgendiffraktometrie 23
6.1. Mg-Gehalt der Calcite 23
6.1.1. Messmethode und Ergebnisse 24
6.2. Röntgenographische Phasenanalyse 26
6.2.1. Phasen der unbehandelten Proben 26
6.2.2. Phasen der Fraktion >2µm des unlöslichen Rückstands 26
6.2.3. Phasen der Fraktion < 2µm des unlöslichen Rückstands 26
6.3. Halbquantitative Phasenanalyse der Fraktion < 2µm d.u.R. 27
7. Durchlicht-Mikroskopie 29
7.1. Porositäten aus den Dünnschliffen 29
7.2. Streupräparate des unlöslichen Rückstands 32
8. Diskussion der Ergebnisse 35
8.1. Zusammenfassung der Ergebnisse 35
8.2. Zur Genese der Gesteine des Profils im Emmerthal 38
9. Literatur 43

1. Zusammenfassung
Im mittleren und oberen Malm der Frankenalb wechseln Bankkalke und
Dolomite, Riff- und Schichtfazies oft in engen Räumen, sowohl lateral als
auch vertikal.
Bei den Bankkalken lässt sich zeigen, dass es sich zum Teil um Dedolomite
oder auch Recalcite handelt (BAUSCH 1963, ECKSTEIN 1979).
Die Untersuchungen dieser Arbeit zeigen für das Profil im Emmerthal:
Im liegenden Teil herrschen dolomitische Bankkalke vor, die zum Teil
dedolomitisiert sind.
Es folgen darüber vollständig dedolomitisierte poröse Bankkalke, die im
Durchschnitt weniger unlöslichen Rückstand enthalten als die darunter
liegenden dolomitischen Kalke.
Der Faktor >/< (siehe 1.1.) ist dagegen größer und die Calcite enthalten
weniger Magnesium.
Nach oben folgen Kalke, die wieder etwas Dolomit enthalten. Nach ihrem
Aussehen und Chemismus kann man sie in den Bereich der Braunkalke
stellen. Sie weisen die niedrigsten Sr-Gehalte im Profil auf.
Im hangendsten Teil folgen wieder Bankkalke, die deutlich höhere
Rückstandsgehalte aufweisen, und bei denen eine ehemalige
Dolomitisierung nicht zu erkennen ist.
Die von ECKSTEIN (1979) beschriebene Entwicklung von Massenkalk über
Dolomit zu Braunkalk, bzw. von Dolomitisierung über Dedolomitisierung zu
Recalcitisierung kann für das Profil im Emmerthal bestätigt werden.
1.1. Verwandte Abkürzungen und Bezeichnungen
>/< Quotient der Massen der Korngrößen > 2 µm und < 2 µm
aus der Trennung im Atterbergzylinder des säureunlöslichen
Rückstands
Gruppe n Proben des Teilprofils n des Gesamtprofils Emmerthal
Rückstand Säureunlöslicher Rückstand der Proben nach Abtrennung
von Verkieselungen > 1 mm
Mengenangaben in % oder ppm beziehen sich, wenn nichts anderes
vermerkt ist, auf Masse-% bzw. Masse-ppm.
1:

2. Geographischer und geologischer Überblick
Der beprobte Steinbruch im Emmerthal liegt in der südöstlichen Frankenalb
östlich von Riedenburg.
Das Emmerthal mündet ca. 2,5 km östlich von Riedenburg von Norden
kommend ins Altmühltal.
Rund 1000 m talaufwärts liegt am Westhang des Tales der Steinbruch, der in
dieser Arbeit untersucht wird.
Die Frankenalb wird im Wesentlichen aus Gesteinen des Jura aufgebaut. Die
erste Gliederung des Jura nahm QUENSTEDT vor. Er nannte das Weißen
Jura, was heute als Malm bezeichnet wird. Den Namen wählte er, da der
Malm im Wesentlichen aus hellen Kalken, Dolomiten und Mergeln
aufgebaut ist.
Der Malm ist weiter unterteilt und gegliedert worden, und die im
Emmerthal anstehenden Gesteine werden danach dem obersten Malm
Delta bis unterem Malm Epsilon zugeordnet.
In der englischen Nomenklatur würde man von Kimmeridgien sprechen.
Die stratigraphische Einordnung der anstehenden Schichten ermöglichen
die Arbeiten von BAUSCH (1963), SCHMIDT-KALER (1967) und MEYER
(1977).
Der obere Malm Delta ist durch Bankkalke vertreten, die in den liegenden
14 m des Profils dolomitisiert sind. Sie sind gelblich-grau, hart und teilweise
porös. Die Schichtmächtigkeiten betragen in weiter Streuung 8 bis 145 cm.
Es folgen hangend 10 m Bankkalke, die etwas heller grau bis weißlich sind.
Sie erscheinen z.T. stark porös. Die Mächtigkeiten betragen 25 bis 140 cm.#
Es schließt sich eine 5 m mächtige Zone mit mürben Kalken. Lehm und Kalk-
Konkretationen an. Hier ist die Grenze Malm Delta/Epsilon anzusetzen. Die
über eine Bildauswertung ermittelten Schichtmächtigkeiten betragen 90 bis
145 cm.
Die im Hangenden folgenden Schichten liegen konkordant auf den
liegenden Schichten sowie der Karstzone. Die geologische Karte sowie die
Berechnung aus den durchschnittlichen Mächtigkeiten des Malms erlauben
die Schichten dem Malm Epsilon zuzuordnen. Auch die Petrographie
bestätigt diese Einstufung (BAUSCH 1963, SCHMIDT-KALER 1967, MEYER
1977).
2:

Ab der Profilhöhe 31,65 m werden die nächsten 3 m durch gelblich-graue
dichte und harte Bankkalke gebildet, die leicht dolomitisiert sind. Die
Mächtigkeiten liegen zwischen 20 und 115 cm.
Im hangensten Teil des Profils folgen 5 m hellbraune Kalke, die äußerst hart,
dicht und zum Teil stark verkieselt und fossilreich sind. Sie sind im
Gegensatz zu den liegenden Schichten nicht gefleckt sondern ebenmäßig.
Die Schichtmächtigkeiten liegen zwischen 20 und 130 cm.
Die Abbildung 1 zeigt die Lage des Steinbruchs in einer geologischen Skizze
aus der Arbeit von BAUSCH (1963).
3:

3. Aufschlussbeschreibung und Probenahme
Die gesamte beprobte Aufschlusshöhe beträgt 40.75 m. Die Aufschlußbreite
beträgt ca. 150 m. Wie die Abbildungen 2 und 3 zeigen, wird das Gestein in
2 Terrassen abgebaut, und da die Probenahme mit bergsteigerischen
Mitteln erfolgte, wurde das Gesamtprofil in zwei Teilprofilen beprobt. Dies
verlangte einerseits die vorhandene Seillänge von 35 m, andererseits war
keine Falllinie über die gesamte Aufschlusshöhe möglich.
Abbildung 2: Oberes Teilprofil des Bruchs im Emmerthal
4:

Jedes Teilprofil wurde durch Abseilen von der Bruchoberkante in Falllinie
beprobt. Durch die Parallelisierung der Schichten können die Teilprofile, die
ca. 50 m horizontal auseinanderliegen, zum Gesamtprofil ergänzt werden.
Abbildung 3: Unteres Teilprofil des Bruches im Emmerthal
5:

Die Vermessung des Profils erfolgte durch Anlegen eines 25 m
Stahlmaßbandes, so dass die Addition von Fehlern der Einzelmessung von
Schichtmächtigkeiten vermieden wurde. Die Ablesung erfolgte mit Rundung
auf 5 cm Genauigkeit, da die beprobten Schichten i.A. mehr als 30 cm
mächtig sind, und die Schichtgrenzen nicht immer sehr deutlich
hervortreten.
Aus jeder erkennbaren Schicht wurde eine Probe genommen. Dabei blieb
die Karstzone im oberen Teil des Profils unberücksichtigt.
Bei der Entnahme der Proben wurde Wert darauf gelegt möglichst frisches
Gestein zu entnehmen. Hierbei war hilfreich, dass der Bruch in Betrieb war.
Schon bei der Probenahme konnten massive Verkieselungen ausgemacht
werden. Diese makroskopisch erkennbaren Kieselknollen können bis
mehrere dm Durchmesser haben. Erkennbar verkieselte Proben wurden
aussortiert.
Die gewonnenen Proben wurden noch an Ort und Stelle grob gereinigt,
gekennzeichnet und in Polyethylenbeutel verpackt.
3.1. Gliederung des Profils
Die Vermessung bei der Probenahme und die Auswertung von
Photographien ergab die Gliederung in 58 Schichten.
Die Schichten und die Proben daraus erhielten vom Liegenden ausgehend
eine durchgehende Nummerierung von Probe 1 bis Probe 58.
Dabei reicht das untere Teilprofil von Probe 1 bis 24, und das obere umfasst
die Proben 25 bis 58.
Nicht beprobt wurden die Schichten 17, 42, 43 und 45, da sie zum Teil nicht
zugänglich waren, bzw. schlecht zu erfassen waren.
Als Probe 44 wurde eine Kalkkonkretion aus der Schicht 44 bearbeitet.
Eine Parallelisierung des Profils nach der Bank-für-Bank-Methode
(v.FREYBERG, 1939) war wegen Mangels an Vergleichsprofilen an der Malm
Delta/Epsilon Grenze nicht möglich.
6:

Im Laufe der Untersuchungen kristallisierte sich eine Gliederung des Profils
in vier Bereiche heraus.
Auf Grund der Messergebnisse und der Geländebefunde wurden die Proben
in 4 Gruppen eingeteilt:
Gruppe 1: Proben 1 bis 24, dolomitische Bankkalke des Malm Delta,
weiß- bis gelblich grau, leicht porös
Gruppe 2: Proben 25 bis 41, dolomitfreie leicht massige Bankkalke des
Malm Delta, ähnlich Gruppe 1 aber im Liegenden stark porös
bis hin zu schwammigen Aussehen und im Hangenden
dichter erscheinend mit Hornsteinlagen
Gruppe 3: Proben 46 bis 49, schwach dolomitische Bankkalke des Malm
Epsilon, gelbgrau dicht, fleckig im Anschliff
Gruppe 4: Proben 50 bis 58, dolomitfreie Bankkalke – im Hangenden
feinschichtig – des Malm Epsilon, hellbraun dicht, homogen
gefärbt
Die Grenze Malm Delta/Epsilon sollte auf Grund der petrographischen,
geochemischen und geologischen Daten zwischen Schicht 41 und Schicht 46
zu finden sein. Eine Unsicherheit ist durch die dort befindliche Karst-Zone
bedingt, die aber für diese Grenze typisch ist (MEYER 1977).
Eine paläontologische Datierung des Profils war im Rahmen dieser Arbeit
nicht möglich.
Ein maßstabsgetreues Gesamtprofil zeigt die Abbildung 11 im Kapitel 6.3.
7:

4. Untersuchung des unlöslichen Rückstands
4.1. Auflösen der Proben
Um die nichtkarbonatischen Bestandteile der Proben zu untersuchen,
werden diese durch Auflösen in Monochloressigsäure angereichert. Zur
Verwendung kam eine 0,5 molare Lösung, die nach OSTROM (1961) die
Tonminerale nicht angreift, bzw. nur die quellfähigen Tonminerale leicht
verändert.
Das Auflösen und anschließende Atterbergieren, d.h. das Auftrennen in eine
Fraktion < 2 µm und eine Fraktion < 2 µm benötigt große Wassermengen.
Um die Fehler durch Materialverluste klein zu halten, muss ausreichend
Material angesetzt werden. Eine stichprobenartige Auflösung in Salzsäure
zeigte, dass die Proben durchgehend sehr rückstandsarm sind. Deshalb
wurde im Allgemeinen 500 g Probenmaterial vollständig aufgelöst. In
einigen Fällen standen allerdings nur 100 g Probenmaterial zur Verfügung.
Die unzerkleinerten Proben wurden in 2 l fassenden Gläsern mit der Säure
angesetzt, dabei wurden vor dem Einwiegen erkennbar verkieselte Teile
aussortiert.
Nach Beendigung der CO2-Entwicklung und Klärung der Flüssigkeit durch
Absetzen der nichtkarbonatischen Bestandteile, wurde die überstehende
klare Lösung abgesaugt, und die Probe erneut mit Säure versetzt. Dies
wurde bis zur vollständigen Auflösung wiederholt. Anschließend wurde mit
destilliertem Wasser bis zur Neutralität gewaschen.
Es folgte die Überführung in die Atterbergzylinder. Dabei wurden
Bestandteile > ca. 1 mm von Hand ausgelesen. Es handelte sich meist um
verkieselte Fossilreste bzw. sonstige Verkieselungen.
Bei allen Operationen wurde auf quantitatives Überführen der Lösungen
und Suspensionen geachtet. Eine sorgfältige Reinigung der Glasgeräte war
selbstverständlich.
Die Auswaagen in den nachfolgenden Tabellen erfolgten nach dem
Atterbergieren und Trocknen bei 40° C.
8:

Tabelle 1: Mittelwerte des Gesamtprofils nach dem Auflösen
Probenzahl 49
Gesamtrückstand: 1,14 %
Verkieselungen 0,58 %
Rückstand (o. Verkieselungen) 0,56 %
Die Maximalwerte zeigt die Probe 1 mit:
Gesamtrückstand: 5,78 %
Verkieselungen 5,16 %
Rückstand (o. Verkieselungen) 0,62 %
Die Minimalwerte zeigt die Probe 8 mit:
Gesamtrückstand: 0,32 %
Verkieselungen 0,0 %
Rückstand (o. Verkieselungen) 0,32 %
Für die einzelnen Gruppen bzw. Teilprofile ergeben sich die Mittelwerte:
Tabelle 2: Mittelwerte der Gruppen nach dem Auflösen
Gruppe Gesamtrückstand
in %
Verkieselungen
in %
Rückstand
in %
1 1,24 0,73 0,51
2 0,87 0,46 0,41
3 0,61 0,04 0,65
4 1,78 0,74 1,04
9:

4.2. Atterbergierung
10:
Der aus der Auflösung gewonnene Rückstand wurde mit dem
Atterbergverfahren in 2 Korngrößenklassen getrennt. Das STOKE´sche
Gesetz liefert den Zusammenhang zwischen Korngröße und Fallzeit in einem
flüssigen Medium (MÜLLER, 1964). Es lässt sich so für vorgegebene Fallhöhe
die Fallzeit der Fraktion < 2 µm berechnen. Eine gute Beschreibung der
Methode liefert FATSCHEL (1979).
Um die Dispergierung der Tonteilchen zu erreichen wurde eine 0,005
molare Natriumpyrophosphatlösung verwendet. Als mittlere Dichte für die
zu trennenden Teilchen wurde 2,65 g/cm 3 angenommen.
Nach der vollständigen Trennung wurde die Fraktion > 2µm, die als
Bodensatz zurückbleibt mit destilliertem Wasser gewaschen und bei 40 °C
getrocknet.
Die Fraktion < 2µm wurde durch Zentrifugieren aus der abgetrennten
Suspension gewonnen. Auch hier erfolgte die Trocknung bei 40 °C.
4.2.1 Ergebnisse des Atterbergierens
Tabelle 3: Mittelwerte des Gesamtprofils aus der Atterbergierung
Probenzahl 49
Gesamtrückstand 0,561 %
Rückstand > 2 µm 0,272 %
Rückstand < 2 µm 0,289 %
Faktor >/< 1,122
Tabelle 4: Mittelwerte für die Gruppen aus der Atterbergierung
Gruppe Proben Rückstand
in %
> 2 µm
in %
< 2 µm
in %
1 1 – 24 0,517 0,249 0,268 0,987
2 25 – 41 0,368 0,219 0,149 4,561
3 46 – 49 0,608 0,238 0,370 0,622
4 50 - 58 1,037 0,460 0,577 0,858
>/

5. Röntgenfluoreszenzanalyse
11:
Die chemische Zusammensetzung der Proben wurde durch
Röntgenfluoreszenzanalyse und die Bestimmung des Glühverlusts ermittelt.
Bestimmt wurden die Hauptelemente:
Ca, Mg, Si, Al, Fe, K
und die Spurenelemente:
Mn, P, S, Sr, Ti, Zn
5.1.1. Bestimmung geringer Gehalte
Nach MÜLLER (1967) ist bei der Röntgenfluoreszenzanalyse für Gehalte
unter 0,5 % die Fluoreszenzintensität in gleicher Matrix proportional zur
Konzentration des zu messenden Elements.
Der Gehalt ergibt sich aus:
Gehalt(Probe) = K + m * Intensität(Probe)
Mit K = Achsenabschnitt der Kalibriergerade
M = Steigung der Kalibriergerade
5.1.2. Bestimmung von Gehalten über 0,5 %
Bei Gehalten über 0,5 % kann der Einfluss der Matrix nicht mehr
vernachlässigt werden. Je stärker sich die Absorptionskoeffizienten der
Matrix und des zu messenden Elements unterscheiden, desto stärker weicht
die resultierende Kalibrierkurve von der Geradenform ab.
Bei den Messungen der untersuchten Proben stellte es sich heraus, dass
durch die Verwendung geeigneter Geo-Standards die Kalibrierkurve in den
gemessenen Bereichen durch Geraden angenähert werden konnte. Eine
Matrixkorrektur war nicht notwendig.

5.2. Probenaufbereitung
12:
Die Genauigkeit der Röntgenfluoreszenzanalyse wird stark von der
Probenvorbereitung beeinflusst. Deshalb wurden alle Proben gleich
behandelt.
Es wurden jeweils ca. 150 g Probensubstanz in einem Backenbrecher
zerkleinert. Im nächsten Schritt wurden die Proben in einer Mörsermühle
20 min gemahlen. Aus einer gut homogenisierten Mischung von 10 g
Probenpulver und 2 g „HOECHST-Wachs-C“ wurde eine Tablette von 40 mm
Durchmesser gepresst. Auch hier wurden Pressdruck und Pressdauer
konstant gehalten.
Bei den Geo-Standards ist die Aufbereitung nicht bekannt, hier wurden nur
die gleichen Tablettenherstellungsbedingungen eingehalten.
Verwendet wurden die Geo-Standards:
NBS1a National Bureau of Standards, Washington
NBS1c National Bureau of Standards, Washington
NBS88a National Bureau of Standards, Washington
LLL1 Geotechnisches Institut, Wien
ADT Geotechnisches Institut, Wien
BCS393 Bureau of Analysed Samples, Middlesbrough
BCS368 Bureau of Analysed Samples, Middlesbrough
Kreide Phillips AG, Frankfurt
Feinkalk Phillips AG, Frankfurt
Kalkstein Phillips AG, Frankfurt

5.3. Messung
13:
Zur Ermittlung der Fluoreszenzintensität wurde die Intensität der für das
jeweilige Element günstigsten Emissionslinie dreimal gemessen und daraus
ein Mittelwert berechnet. Davon abgezogen wurde die auf gleiche Weise
ermittelte Untergrundintensität. Aus dem so gewonnenen Nettopeak kann
über die durch die Geo-Standards gewonnene Kalibiergerade der Gehalt des
Elements errechnet werden.
Um eine Drift des Messapparats auszuschließen wurden abwechselnd
Proben und Standards gemessen. Die Zählraten wurden so optimiert, dass
eine Totzeitkorrektur des Zählers entfiel.
Systematische Fehler werden durch die Verwendung von Geostandards
weitgehend ausgeschlossen.
Als Beispiel zeigt die Abbildung 4 die Kalbriergerade für das Element Kalium.
Eingesetzt wurden die Geo-Standards LLL1, ADT, BCS393, NBS88a und
Feinkalk.
Abbildung 4: Kalibriergerade der Röntgenfluoreszenzanalyse für das
Element Kalium

5.3.1 Messunsicherheiten
14:
Über die Kalibrierkurven, die Zählstatistik und die Wägefehler lassen sich für
die Gesamtanalyse der Probe 1 folgende Messunsicherheiten abschätzen:
Gehalt Messunsicherheit
CaO 50,4 % 0,4 %
MgO 3,67 % 0,15 %
SiO2 1,17 % 0,05 %
Al2O3 0,197 % 0,015 %
Fe2O3 0,088 % 0,014 %
K2O 0,040 % 0,003 %
TiO2 0,017 % 0,001 %
Mn 94 ppm 11 ppm
P 256 ppm 69 ppm
S 263 ppm 101 ppm
Sr 94 ppm 5 ppm
Zn 3 ppm 3 ppm
Glühverlust 44,0 % 0,1 %
Summe 99,7 %

5.4. Ergebnisse der Röntgenfluoreszenzanalyse
5.4.1. Durchschnittsgehalte des Gesamtprofils
Tabelle 5: Durchschnittsgehalte des Gesamtprofils aus 52 Proben
CaO 52,7 %
MgO 1,07 %
SiO2
Al2O3
Fe2O3
0,83 %
0,17 %
0,076 %
K2O 0,019 %
Mn 94 ppm
P 269 ppm
S 204 ppm
Sr 87 ppm
Ti 41 ppm
Zn 8 ppm
Glühverlust 43,6 %
15:
Der Glühverlust wurde durch Glühen bei 1000 °C ermittelt. Dabei wurde in
einem Pt-Tiegel 10 g gemahlene Probensubstanz eingewogen.
5.4.2. Durchschnittsgehalte der vier Gruppen
Tabelle 6: Durchschnittsgehalte aus der Röntgenfluoreszenzanalyse für
die vier Teilbereiche des Profils
Gruppe 1 Gruppe 2 Gruppe 3 Gruppe 4
CaO 51,92 % 53,53 % 53,57 % 52,96 %
MgO 2,00 % 0,39 % 0,41 % 0,30 %
SiO2 0,93 % 0,62 % 0,95 % 0,96 %
Al2O3 0,16 % 0,12 % 0,30 % 0,20 %
Fe2O3 0,06 % 0,05 % 0,12 % 0,16 %
K2O 0,02 % 0,01 % 0,02 % 0,03 %
Mn 91 ppm 92 ppm 113 ppm 107 ppm
P 280 ppm 210 ppm 440 ppm 290 ppm
S 242 ppm 193 ppm 109 ppm 192 ppm
Sr 96 ppm 81 ppm 59 ppm 92 ppm
Ti 41 ppm 22 ppm 86 ppm 54 ppm
Zn 7 ppm 7 ppm 19 ppm 11 ppm

16:
5.4.3. Die Korrelationsfaktoren der Messwerte aus der Röntgenfluoreszenzanalyse
Um die Verteilung der Elemente zu untersuchen, wurden die
Korrelationsfaktoren (nach PEARSON) für die Proben untersucht.
Die Signifikanz des Korrelationsfaktors sagt etwas über die
Wahrscheinlichkeit aus, dass eine direkte Beziehung zwischen den
korrelierten Daten besteht.
Nach LEE&LEE (1982) gilt:
Signifikanz in % Wahrscheinlichkeit
< 90 keine Korrelation
90 – 98 wahrscheinlich korreliert
> 98 sehr wahrscheinlich korreliert
Für den unlöslichen Rückstand ohne Verkieselungen ergeben sich die
Korrelationen:
Phase Korrelationsfaktor Signifikanz in %
Ca0 + MgO - 0,605 99,9
SiO2 0,603 99,9
Al2O3 0,503 99,9
K20 0,640 99,9
Fe2O3 0,796 99,9
P 0,313 98,0
Sr 0,306 95,0
Ti 0,572 99,9
Mn 0,457 99,0
Zn 0,316 95,0
Die Einberechnung der Verkieselungen verschlechtert bis auf das SiO2 ( ->
0,784 bei 99,9 %) alle Korrelationen.

Die Korrelationsfaktoren zeigen:
17:
Nur Calcium und Magnesium bilden die Karbonatphasen, und speziell das
Magnesium ist nicht an den Rückstand gebunden ( siehe Abbildung 7 im
Kap. 5.5.). Alle anderen Elemente können in die gefundenen Phasen des
Rückstands (siehe Kap. 6.6.>) eingebaut werden.
Die Korrelationen mit der Fraktion < 2 µm:
Phase Korrelationsfaktor Signifikanz in %
Ca0 + MgO - 0,414 99,0
Al2O4 0,535 99,9
K20 0,712 99,9
Fe2O3 0,805 99,9
P 0,452 99,0
Ti 0,614 99,9
Mn 0,387 99,0
Zn 0,260 90,0
Die Korrelationsfaktoren zeigen:
An die Tonmineralfraktion < 2 µm sind gebunden:
Al, K, P, Ti
Mehr dispers verteilt sind Mn und Zn. Nach SMYKATZ-KLOSS (1966) kann
das Zn auch an die Karbonate gebunden sein.
Die Korrelationen mit der Fraktion > 2 µm waren alle schlechter als die
Korrelationen mit dem Rückstand.
Auf der folgenden Seite ist als Beispiel das Korrelationsdiagramm Fe2O3
gegen die Fraktion < 2µm abgebildet.

Abbildung 5: Korrelationsdiagramm Fe2O3 gegen die Fraktion < 2 µm
Die Korrelationen von Strontium:
Phase Korrelationsfaktor Signifikanz in %
Ca0 -0,259 90,0
MgO 0,198 < 90.0
CaO + MgO -0,162 < 90,0
K20 0,448 99,9
Ti -0,042 2 µm 0,281 95,0
Fraktion < 2 µm 0,283 95,0
Rückstand Gruppe 1 0,614 98,0
Rückstand Gruppe 2 0,610 98,0
Rückstand Gruppe 3 -0,933 90,0
Rückstand Gruppe 4 0,265 < 90,0
Mg-Gehalt des Calcits 0,535 99,9
18:

Die Korrelationen zeigen:
19:
Strontium ist im Gesamtprofil mit dem Rückstand positiv korrelierbar. Es
zeigt sich aber, dass eine Differenzierung auftritt, wenn man die Gruppen
einzeln betrachtet. Hier kann man einen Effekt beobachten, den
BAUSCH&POLL (1984) beschreiben. Im Profil Loser tritt bei der Korrelation
Strontium gegen Rückstand eine „Dachziegelstruktur“ auf.
Im Profil Emmerthal kann eine bessere positive Korrelation für die Gruppen
1 und 2, eine negative Korreltion für die Gruppe 3 und keine Korrelation für
die Gruppe 4 festgestellt werden.
Das bedeutet für den möglichen Einbau des Strontiums:
I. Strontium kann in die Karbonate eingebaut sein, wo es das Calcium
ersetzt. Die Korrelation mit dem Magnesiumgehalt der Calcite könnte
auf einen diadochen Ersatz von Ca durch Sr und Mg hinweisen. Es
resultiert eine negative Korrelation zum Rückstand.
II. Die Korrelation des Strontiums mit Schwefel könnte auf die Bildung
von Coelestin hinweisen. Eine Korrelation mit dem Rückstand wäre
dabei nicht zu erwarten.
III. Strontium kann in Tonminerale eingebaut werden. Speziell Illit nimmt
Strontium auf (RÖSLER/LANGE, 1965). Ergebnis wäre eine positive
Korrelation mit dem Rückstand.
Auffallend ist im Profil die gute Korrelation des Strontiums mit Schwefel.
Abbildung 6: Korrelation Strontium/Schwefel im Gesamtprofil

Die Korrelationen des Schwefels:
Phase Korrelationsfaktor Signifikanz in %
Ca0 -0,397 99,0
MgO 0,356 99,0
K20 0,451 99,9
Fe2O3 0,006

5.5. Berechnung des Dolomitgehalts der Proben
21:
Aus den Mg-Gehalten der Proben lässt sich der Dolomitgehalt berechnen.
Wie die Phasenanalyse zeigt, enthalten die Proben keine
nichtkarbonatischen Phasen, die Magnesium in nennenswerten Gehalten
einbauen.
Der Magnesiumgehalt der Proben zeigt keine signifikante Korrelation mit
dem Rückstand.
Abbildung 7: Korrelation des Magnesiumgehalts Gesamtprofils mit dem
unlöslichen Rückstand
Die Bestimmung der Gitterkonstanten des Calcits (Kap.6.1.ff) erlaubt die
Berechnung des eingebauten Magnesiums. Für die röntgenographisch
dolomitfreien Proben ist der gesamte Mg-Gehalt in die Calcite eingebaut. Es
handelt sich dabei um Niedrigmagnesiumcalcit, der nach GOLDSMITH (1959)
die bei natürlichen Bedingungen stabile anorganisch gefällte Phase darstellt.
Da die mineralische Zusammensetzung der Gesteine des Profils relativ
ähnlich ist, sollte das übrigbleibende Magnesium in Dolomit eingebaut sein.
Unter der Annahme einer stöchiometrischen Zusammensetzung, nach
USDOWSKI (1967) ist das für ältere Sedimente gegeben, lässt sich der
Dolomitgehalt der Proben aus dem Mg-Gehalt berechnen.

5.5.1. Berechnete Dolomitgehalte des Gesamtprofils
22:
Der Dolomitgehalt wurde aus den geochemischen Analysen und den Daten
aus der Röntgendiffaktometrie (Kap. 6.) berechnet.
Es gilt:
Dolomitgehalt in % = (MgP – MgC) *F
mit MgP = Mg-Gehalt der Probe, MgC = Mg-Gehalt des Calcits
F = Mg-Gehalt des stöchiometrischen Dolomits
Daraus ergibt sich der in der folgendenen Tabelle 7 gelistete Dolomitgehalt
der Proben mit röntgenographisch nachgewiesenem Dolomit.
Probe Dolomitgehalt in % Probe Dolomitgehalt in %
49 0,5 13 1,1
47 1,4 12 16,0
46 0,4 11 10,1
41 6,3 10 1,8
24 0,0 9 3,1
23 0,4 8 11,2
21 22,1 7 10,3
20 4,8 6 2,6
19 4,8 5 4,6
18 21,3 4 5,9
16 2,0 3 30,1
15 3,3 1 15,2
14 1,4
Die Messunsicherheit ergibt sich aus den Einzelfehlern der
Analysemethoden. Er liegt bei Dolomitgehalten um 1 % bei relativ 15 % und
bei Dolomitgehalten von 30 % bei relativ 1 %.
Die Mikroskopie zeigt, dass die Dolomitgehalte im Verlauf der Genese zum
Teil deutlich höher waren. Rhomboederporen und Pseudomorphosen nach
Dolomitrhomboedern belegen dies eindeutig.

6. Röntgendiffraktometrie
23:
Die Röntgendiffraktometrie erfolgte an einem Philips-Röntgengenerator mit
Co-Röhre und Szintillationszähler.
Betriebsdaten konstant: 25 kV und 30 mA
Goniometergeschwindigkeit:
6.1. Mg-Gehalt des Calcits
1/8 °/min bei der Bestimmung des Mg-Gehalts des Calcits
0,5- 1,0 °/min bei der Phasenanalyse
Die Gitterkonstanten des Calcits ändern sich mit dem Mg-Gehalt.
Untersuchungen von BISCHOFF et.al. (1983) führen zu den Gleichungen:
a = 4,9906 – 0.50 x + 0,56 x²
c = 17,069 – 2,27 x + 2,10 x²
für die Gitterkonstanten a und c des Calcits in Abhängigkeit vom
Molenbruch x der Magnesiumkomponente.
Aus den Gitterkonstanten lässt sich über die BRAGG´sche Gleichung die Lage
des (1 0 8) Reflexes im Röntgendiagram berechnen. Es zeigt sich, dass sich
der Reflex bei niedrigen Mg-Gehalten linear mit dem Mg-Gehalt verschiebt
Bei Umkehrung des Verfahrens lässt sich somit aus der Lage des (1 0 8)
Reflexes der Mg-Gehalt berechnen.
Weitere Elemente, die in den Calcit eingebaut werden können, und die das
Ergebnis verfälschen könnten sind Eisen, Mangen Zink, Cadmium, Nickel und
Kobalt (REEDER, 1983).
Die Korrelation von Eisen mit dem Rückstand und der wesentlich geringere
Gehalt zeigen, dass dieser Einfluss vernachlässigt werden kann.
Ähnlich ist dies bei Mangan und Zink,
Cadmium, Nickel und Kobalt waren in den Proben nicht nachweisbar.

6.1.1. Messmethode und Ergebnis
24:
Der (1 0 8) Reflex des Calcits liegt bei Mg-freiem Calcit bei 55,75° (CoKa1-
Strahlung).
Abbildung 8: Beugungswinkel 2TH des (1 0 8)-Relfexes des Calcits in
Abhängigkeit vom Mg-Gehalt
Daneben liegt bei 55,53° der Reflex (2 2 0) von Silizium. Eine Zumischung
von Si-Pulver als innerer Standard reduziert die Mg-Gehalt-Messung zur
Abstandsmessung.

25:
Aus den Berechnungen ergeben sich für die einzelnen Gruppen folgende
MgCO3-Gehalte der Calcite:
Proben MgCO3-Gehalt in Mol.% Messunsicherheit in ± Mol.%
1 – 24 1,00 0,19
25 – 41 0.73 0,21
46 – 49 0.74 0,15
50 - 58 0.78 0,14

6.2. Rönthenographische Phasenanalyse
26:
Die Auswertung erfolgte unter Zuhilfenahme der JCPDS-Kartei und der
Daten von BRINDLEY&BROWN (1980).
Als innerer Standard konnte der in allen Proben auftretende Quarz
verwendet werden.
6.2.1. Phasen der unbehandelten Proben
Zu finden waren:
Calcit (JCPDS: 5-0586)
Dolomit (JCPDS: 11-0078)
Quarz (JCPDS: 5-0490)
6.2.2. Phasen der Fraktion > 2µm des unlöslichen Rückstands
Zu finden waren:
Quarz (JCPDS: 5-0490)
Illit (JCPDS: 2-0462)
Kaolinit (JCPDS: 29-1496)
Orthoklas (JCPDS: 19-0931)
Goethit (JCPDS: 29-0713)
Eine quantitative Analyse wurde nicht durchgeführt, doch dürfte der
Quarzanteil meist mehr als 90 % betragen.
6.2.3. Phasen der Fraktion < 2µm des unlöslichen Rückstands
Zu finden waren:
Quarz (JCPDS: 5-0490)
Illit (JCPDS: 2-0462)
Kaolinit (JCPDS: 29-1496)
Smectit (BRINDLEY&BROWN)
Goethit (JCPDS: 29-0713)
Apatit (JCPDS: 19-0272)
Der Smectitnachweis wurde durch die Sättigung mit Glykol bestätigt, der
eine Aufweitung der c-Gitterkonstante von 15,19 auf 17,09 Å zeigte.
In drei Proben der Gruppe 3 war Apatit nachweisbar. Die Phosphor- und die
Rückstandsgehalte ließen bis zu 15 % Apatit im Rückstand erwarten, was
den röntgenographischen Nachweis ermöglicht.

27:
6.3. Halbquantitative Phasenanalyse der Fraktion < 2µm des unlöslichen
Rückstands
Nach BRINDLEY (1951) ist der Gehalt einer Komponente in einem
Phasengemisch in erster Näherung proportional der Höhe der Peaks der
Komponente im Röntgendiagram. Für eine Optimierung ist einen Korrektur
über den Massenabsortionskoeffizienten nötig.
Wie die Röntgenauswertung zeigt, enthalten die Proben der Fraktion < 2µm
im Wesentlichen Quarz und Tonminerale.
Deshalb wurde eine Korrektur über den Absortionskoeffizienten von Quarz
und für die Tonminerale stellvertretend Kaolinit durchgeführt.
Auswertung:
1. Schritt: Für jede Phase wird ein Reflex ausgewählt, der nicht durch
andere Reflexe beeinflusst wird, und dessen Intensität (Peak-Höhe)
mit genügender Genauigkeit gemessen werden kann.
2. Schritt: Durch Abschätzen wird der maximale Gehalt jeder Probe im
Gesamtprofil bestimmt. Hierzu eignen sich Diagramme, die wenige
oder nur eine Phase enthalten. So wird die 100 %-Intensität des
Reflexes der jeweiligen Phase ermittelt.
3. Schritt: Durch lineare Gleichungen lassen sich die Faktoren
berechnen, aus deren Produkt mit der Intensität der Gehalt der Phase
resultiert.
4. Schritt: Absorptionskorrektur mit dem Faktor 1,32 für Quarz
5. Schritt: Die Summe der Gehalte der Phasen wird auf 100 normiert,
und es ergeben sich die relativen Prozentgehalte der einzelnen
Phasen.
Die ermittelten Gehalte zeigt die Abbildung 11.
Nicht erfasst sind die eher seltenen Phasen Goethit und Apatit.
Die Gehalte unterstreichen die Gliederung in 4 Gruppen:
I. Liegend Gruppe 1 mit mittleren Kaolinitgehalten und
durchschnittlichem Rückstand.
II. Die Gruppe 2 mit wenig Rückstand und liegend keinem Kaolinit der
nach oben zunimmt
III. Gruppe 3 mit dem höchsten Kaolinitgehalt bei wenig Smectit.
IV. Hangend die Gruppe 4 mit Quarzübermacht und den höchsten
Rückstandsgehalten.

Abbildung 11: Gesamtprofil mit halbquantitativer röntgenographischer
Phasenanalyse sowie Rückstandsgehalten
28:

7. Durchlichtmikroskopie
29:
Von den meisten unveränderten Proben wurden im Polarisationsmikroskop
Dünnschliffe und von den unlöslichen Rückständen Streupräparate
untersucht .
7.1 . Porositäten aus den Dünnschliffen
Mit Porosität wird im Folgenden die Anzahl der mikroskopisch erkennbaren
Poren bezeichnet. Die Poren zeigen oft eine rhomboedrische Form und sind
durch Auflösung von Dolomit entstanden.
Die Porositäten wurden durch Abschätzen von Porenzahl und Porengröße
bestimmt. Zur Auswertung wurden Schätzbilder von FLÜGEL (1978) benutzt.
Ergebnis für die einzelnen Gruppen:
Gruppe 1: Die Schichten 1 bis 24 zeigen Porositäten im Durchschnitt
von ca. 7 Vol.%.
Extremwerte weisen die Proben 3 mit 25 Vol.% und Probe 21
mit 0 Vol.% auf. Diese Proben haben gleichzeitig die
höchsten Dolomitgehalte im Profil.
Gruppe 2: Die Schichten 25 bis 41 haben eine durchschnittliche
Porosität von 9 Vol.%. Das ist nur wenig mehr als in Gruppe
1, doch zeigt sich ein Gefälle zum Hangenden hin. Die
Schichten 25 bis 32 haben eine durchschnittliche Porosität
von 13 Vol.%, und die Schichten 33 bis 41 nur noch 4 Vol.%.
In den höheren Schichten sind allerdings sparitisch
recalcitisierte Rhomboederporen erkennbar.
Auf der folgenden Seite sind stellvertretend für Gruppe 1
eine mikroskopische Aufnahme der Probe 3 und für die
Gruppe 2 einen Aufnahme der Probe 28 abgebildet.
Vergrößerung 140-fach bei gekreuzten Nicols.

Abbildung 12: Probe 3 mit gekreuzten Nicols, Poren dunkel,
Dolomitrhomboeder in mikritischer Matrix
Abbildung 13: Probe 28 mit gekreuzten Nicols, Poren dunkel,
mikritische Calcitmatrix
30:

31:
Gruppe 3: Die Schichten 46 bis 49 zeigen keine erkennbare Porosität, doch
oft sparitisch recalcitisierte ehemalige Dolomitrhomboeder.
Abbildung 14: Probe 49, ohne Nicols, sparitisch recalcitisierte
Dolomitrhomboeder
Gruppe 4: Die Schichten 50 bis 58 zeigen weder eine erkennbare Porosität
noch Recalcitisierung.
Abbildung 15: Probe 57, ohne Nicols, Biomikrit ohne Dolomitisierungsspuren

7.2. Streupräparate des unlöslichen Rückstands
Die Untersuchung beschränkte sich auf die Fraktion > 2 µm. Hier konnten
bestimmt werden:
Quarz, Kalifeldspat, Turmalin, Apatit, Zirkon, Erz
Der Quarz trat in verschiedenen Modifikationen auf:
A: ohne Kristallform, rundlich bis gezackt, mit Einschlüssen, als
Einzelmineral oder Aggregat
B: farblos homogen in rhomboedrischen Pseudomorphosen
nach Dolomit, einschlussreich
C: in radialstrahligen Sphärolithen
Die folgende Abbildung zeigt einen Quarz aus der Variante B
Abbildung 16: Authigener Quarz in der Fraktion > 2 µm des unlöslichen
Rückstands, ohne Nicols, Vergrößerung ca.900-fach
32:

33:
Der Feldspat zeigte farblose Kristalle mit prismatischem Habitus, 2-achsig
negativ mit Achsenwinkeln von ca. 35°, unverzwillingt.
In Verbindung mit den Daten aus der Röntgendiffraktometrie handelt es sich
um Kalifeldspat (Adular) für den FÜCHTBAUER&MÜLLER (1977) einen
Achsenwinkel von ca. 43° für authigene Bildung angeben.
Der in Abbildung 17 dargestellte Turmalin ist durch den Pleochroismus von
blaugrün nach farblos, das hohe Relief, die mittlere Doppelbrechung und dem
Habitus klar als authigene Bildung bestimmt. Authigene Turmaline beschreiben
FÜCHTBAUER&MÜLLER in Zechsteindolomit.
Abbildung 17: Turmalin aus der Fraktion > 2µm des unlöslichen Rückstands
der Probe 51. Vergrößerung ca. 1400-fach

34:
Apatit tritt meist in Form dünner Nädelchen auf. Mit der niedrigen
Doppelbrechung bei hohem Relief ist er gut erkennbar und tritt häufig auf.
Zirkon ist als stabiles Schwermineral in Sedimenten auf Grund seines hohen
Reliefs optisch leicht zu erkennen. Die kleinen beobachteten kantigen
Kristalle sind sicher als Detritus und nicht als authigen zu betrachten. Als
Beispiel ist in Abbildung 18 ein Zirkon aus der Probe 51 abgebildet.
Abbildung 18: Zirkon aus der Fraktion > 2 µm des unlöslichen
Rückstands der Probe 51. Vergrößerung ca. 900-fach

8. Diskussion der Ergebnisse
8.1. Zusammenfassung der Ergebnisse
35:
In Kapitel 3.1. wird eine Gliederung des Profils im Emmerthal in 4 Teilprofile
(Gruppen) eingeführt, die sich schon durch Geländebefunde begründen
lässt. Durch die Laboruntersuchungen lässt sich diese Gliederung durch die
Genese der Gesteine erklären.
Das gesamte Profil wird durch hochreine Kalke aufgebaut. Der Anteil der
nichtkarbonatischen Rückstände ist immer kleiner 6 Gew.%.
Die Mikroskopie zeigt, dass die Gruppen 1 bis 3 bzw. die Schichten 1 bis 49
spätdiagenetisch dolomitisiert wurden. Anschließend setzte eine
Dedolomitisierung ein, die in eine Recalcitisierung überging.
Das heutige Bild ist:
A: Die Gruppe 1 im Liegenden weist noch Dolomit auf. Rhomboederporen
und z.T. dolomitfreie Schichten weisen auf die beginnende
Dedolomitisierung hin. Es tritt eine merkliche Porosität auf. Der
Dolomitgehalt schwankt zwischen 0 und 30 %.
Der Strontiumgehalt der Gruppe 1 liegt bei durchschnittlich 96 ppm mit
einer Streuung von 54 bis 123 ppm. Dies entspricht den
Durchschnittsgehalten von ECKSTEIN (1978) und VEIZER (1978) mit jeweils
72 ppm als Mittelwert für Dolomite.
Der Mg-Gehalt des Calcits beträgt im Durchschnitt 1,0 Mol % und der Fe2O3-
Gehalt 0,06 %.
Eine Kenngröße für Karbonatgesteine ist der Quotient >/

36:
Der Rückstand ohne Verkieselungen hat ein Minimum im Profil mit 0,41 %
und auch die Fraktion < 2 µm hat mit 0,149 % ein deutliches Minimum.
Gleichzeitig hat der Faktor >/< ein Maximum mit 1,56 bei eine Streuung von
1,10 bis 2.252.
C: Die Gruppe 3 folgt hangend.
Hier ist wieder Dolomit vorhanden, wenn auch nur bis zu einem Gehalt von
1,4 %.
Die Porosität ist deutlich geringer als in den liegenden Gruppen. Der
Strontiumgehalt hat mit einem Durchschnitt von 59 ppm bei einer Streuung
von 39 bis 87 ppm ein Minimum im Profil.
Der Fe2O3-Gehalt ist mit 0,12 % im Durchschnitt doppelt so hoch wie in den
Gruppen 1 und 2.
Der Rückstand ist wieder höher und der Anteil der Fraktion < 2 µm hat sich
gegenüber Gruppe 2 mehr als verdoppelt.
Die Folge ist ein Minimum für den Faktor >/< im Profil. Er beträgt nun 0,62
im Durchschnitt bei einer Streuung von 0,34 bis 1,30.
Wie auch die Mikroskopie belegt, handelt es sich bei der Gruppe 3 um
Recalcite, was auch durch die Zunahme des Eisengehaltes bei Abnahme des
Strontiumgehalts (ECKSTEIN, 1979) unterstrichen wird.
Das Gestein muss teilweise zu mehr als 50 % dolomitisiert gewesen sein.
D: Die Gesteine der Gruppe 4 sind dolomitfrei. Dolomitisierung und
Recalcitisierung können nicht nachgewiesen werden. Auch die Mikrofazies
unterscheidet sich deutlich von den liegende Schichten. Hier herrschen
Algenbällchen und dichtgepackte Echinodermen vor. Es handelt sich meist
um Biomikrite. Auch die Geochemie zeigt einen Einschnitt. Der
Strontiumgehalt hat sich gegenüber Gruppe 3 auf 92 ppm im Durchschnitt
erhöht. Der Fe2O3-Gehalt zeigt mit 0,16 % ein Maximum im Profil.
Der Rückstand und die Fraktion < 2µm haben mit 1,04 % und 0,577 %
ebenfalls Maxima.
Der Faktor >/< nähert sich mit 0,86 wieder dem Wert der Gruppe 1 mit eine
Streuung von 0,42 bis 1,56 und somit auch den Werten von BAUSCH&POLL
(1984).
Eine Zusammenfassung der wichtigsten Parameter zur Charakterisierung der
4 Gruppen zeigt die folgende Abbildung 19.

37:
Abbildung 19: Verknüpfung sedimentärer. geochemischer und
kristallchemischer Parameter im Profil Emmerthal

8.2. Zur Genese der Gesteine des Profils Emmerthal
38:
Bei der Dedolomitisierung spricht man über eine Phase, die aus dem Gestein
entfernt ist, und deren ehemaliges Vorhandensein sich nur noch durch
hinterlassene Spuren nachweisen lässt:
I. Die Rhomoboederporen
Da der spätdiagenetische Dolomit oft in Rhomboederform
kristallisiert, hinterläßt er bei der Dedolomitisierung als erstes
rhomboedrische Hohlräume, die Rhomboederporen.
II. Pseudomorphosen nach Dolomit
Die Rhomboederporen können wieder ausgefüllt sein, und im
Emmerthal können Pseudomorphosen von Calcit, Goethit und Quarz
nach Dolomit beobachtet werden.
III. Die Geochemie des Strontiums
Kalke enthalten bei ihrer Entstehung, vor allem wenn sie aus Aragonit
gebildet werden, Strontiumgehalte bis in den Prozentbereich. Die
diagenetische Umwandlung Aragonit -> Calcit vermindert den Sr-
Gehalt so dass Kalke nach WEDEPOHL (1970) im Durchschnitt noch
450 ppm Sr enthalten.
BAUSCH (1968) berichtet von 100 bis 300 ppm Sr in reinen Kalken und
BAUSCH&POLL (1984) ermittelten für das Profil Loser 150 bis 750
ppm Sr für Kalke. ECKSTEIN (1979) gibt für Masenkalke 133,1 ppm Sr
und für Plattenkalke 105,6 ppm Sr an.
Die Dolomitisierung vermindert den Sr-Gehalt weiter, da der Dolomit
weniger Sr ins Kristallgitter einbauen kann als der Calcit. So kommen
ECKSTEIN (1979) und VEIZER (1978) zu je 72 ppm Sr im Durchschnitt
für Dolomite.
Mit diesen Hinweisen kann man die Dolomitisierung und die
Dedolomitisierung nachweisen. Eine quantitative Aussage für den Grad der
Umwandlungen ist jedoch schwierig.
Für das Profil Emmerthal kann deshalb eine ehemals gleichstarke
Dolomitisierung nur angenommen werden, da:
a. Keine große Differenzierung der Gestein erkennbar ist, da besonders
Rückstand und Mineralogie ähnlich sind;
b. Eine spätdiagenetische Dolomitisierung in den drei liegenden Gruppen
nachzuweisen ist, die eine ähnliche Genese wahrscheinlich macht.

39:
Wenn nun heute die Differenzierung in 4 Gruppen beobachtet werden kann,
scheinen vor allem der Rückstandsgehalt und der Faktor >/< die
Dolomitisierung, die Dedolomitisierung und die Recalcitisierung zu
beeinflussen.
Deshalb sind vor allem der Sr-Gehalt der Gesteine, der Mg-Gehalt des
Calcits, der Rest-Dolomitgehalt und das mikroskopische Bild bedeutsam
Für das Profil Emmerthal heißt das.
I. Dolomitisierung, Dedolomitisierung und Recalcitisierung zeigen die
Gruppen 1 bis 3 im Liegenden
a. Gruppe 1 ist heute noch bis zu 30 % dolomitisiert. Eine
Dedolomitisierung ist erkennbar. Der Sr-Gehalt ist ähnlich den
Durchschnittsgehalten andere Autoren für dolomitische Kalke.
b. Gruppe 2 ist vollkommen dedolomitisiert (Ausnahme Schicht 41).
Die Recalcitisierung nimmt vor allem im Hangenden breiten Raum
ein, was auch der sinkende Mg-Gehalt der Calcite belegt, wenn
man berücksichtigt, dass Niedrigmagnesiumcalcit gebildet wird
(GOLDSMITH 1959).
Der Rückstandsgehalt ist deutlich niedriger als in der Gruppe 1,
und vor allem ist der Faktor >/< deutlich höher. GARRISON (1981)
schreibt, dass ein niedriger Tonmineralanteil die Zementation mit
Niedrigmagnesiumcalcit nicht so gut fördert, was sich hier in der
hohen erhaltenen Porosität im Liegenden der Gruppe bestätigt.
c. Gruppe 3 weist wieder höhere Rückstandsgehalte auf und auch
der Faktor >/< ist wieder geringer. Das heißt, dass der höhere
Tonanteil die Recalcitisierung fördern konnte und die Porosität
gegen Null geht.

40:
II. Dolomitisierung, Dedolomitisierung und Recalcitisierung spiegeln sich
im Sr-Gehalt der der Proben sowie im Mg-Gehalt der Calcite.
a. Obwohl in der Gruppe 1 in benachbarten Schichten der
Dolomitgehalt von fast 0 % bis zu 30 % schwankt, ändert sich der
Sr-Gehalt nur wenig. Das bedeutet, dass eventuell freiwerdendes
Sr nicht weggeführt wurd, sondern z.B. als Coelestin zurückbleibt;
so konnte in der Bohrung Hemmelte-West im Malm Coelestin
bestimmt werden (MÜLLER, 1962).
Andererseits wird Sr auch in den Calcit eingebaut, wie das die
Korrelation in Kap. 5.4.3. vermuten läßt. Die Calcite zeigen im
Durchschnitt einen Gehalt von 1,0 Mol.% MgCO3 und könnten bei
der Annahme von gekoppelten Ersatz mehr Sr aufnehmen, als die
Mg-ärmeren Calcite der hangenden Schichten.
b. In der Gruppe 2 nimmt der Sr-Gehalt ab, was auf Wegführen von
nicht eingebautem Strontium durch die Bildung von Mg-ärmeren
Calciten der Recalcitisierung zurückgeführt werden kann.
c. Obwohl in Gruppe 3 der Rückstandsgehalt größer als in der
Gruppe 2 ist, hat der Sr-Gehalt in den Proben ein Minimum. Eine
Korrelation Sr - Rückstand liegt somit nicht vor. In dieser Gruppe
ist die Recalcitisierung am weitesten fortgeschritten. Die Gesteine
der Gruppe 3 können somit zu den Braunkalken (ECKSTEIN, 1979)
gerechnet werden, denn auch der Fe-Gehalt ist deutlich erhöht.
d. Die Kalke der Gruppe 4 würden geochemisch den Braunkalken
nahestehen – niedriger Sr-Gehalt und hoher Fe-Gehalt – doch
fehlen die Anzeichen einer Recalcitisierung.
Die Messergebnisse, Beobachtungen und daraus abgeleiteten Entwicklungen
sind in den folgenden Abbildungen erkennbar.
Die eingezeichneten Punkte entsprechen den Messergebnissen der einzelnen
Proben, und die eingezeichneten Rechtecke spiegeln die Mittelwerte der
einzelnen Gruppen mit der entsprechenden Standardabweichung wieder.

41:
Die Abbildung 20 zeigt die nicht vorhandene Korrelation des Strontiums mit
dem unlöslichen Rückstand. Auffallend ist die Sonderstellung der Gruppe 4 und
die Entwicklung von Gruppe 1 über 2 bis 3.
Abbildung 20: Korrelation des Strontiumgehalts mit dem unlöslichen
Rückstand im Gesamtprofil und der Vergleich der
Mittelwerte der Gruppen 1 bis 4

42:
Auch die Korrelation des Strontiumgehalts mit dem Mg-Gehalt des Calcits
belegt die aufgezeichnete Entwicklung der Gruppen 1 bis 3, doch auch hier hat
die Gruppe 4 eine Sonderstellung.
Abbildung 21: Korrelation des Strontiumgehalts mit dem Mg-Gehalt des
Calcits und Vergleich der Mittelwerte der Gruppen 1 bis 4
Im Profil Emmerthal kann somit die Entwicklungsreihe nach ECKSTEIN (1979):
Dolomit – Dedolomit – Braunkalk
für die Gruppen 1 bis 3 nachgewiesen werden, und in einen Zusammenhang
mit dem Rückstandsgehalt und seiner Korngrößenverteilung (>/

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