Petrographie und Mineralogie von Schiefer

Schiefer zeigen ein pelitisch bis psammitisches Korngrößenspektrum, dessen Inhomogenitäten bei der Kornverteilung durch die Metamorphose weitestgehend aufgehoben werden. Die Ausbildung des Sedimentationsmusters (siehe Bilder) beeinflußt die Morphologie der Schieferung und dadurch sowohl das Aussehen als auch das mechanische Verhalten eines Schiefers.

Wie die folgende Abbildung zeigt, umfassen die Hauptgemengteile eines Schiefers Quarz und Feldspat als starre Phasen sowie Muskovit/Illit und Chlorit als elastische Phasen. Sie bestimmen maßgeblich die Festigkeitseigenschaften sowie das Verarbeitungsverhalten eines Schiefers.

Den Hauptanteil der Phyllosilikate bildet Sericit in Form des Muskovits, der generell feinverteilt im Schiefer vorkommt.
Daneben treten auch Porphyroblasten von Chlorit auf, wobei erhöhte Chloritgehalte zu grünen Schiefern führen können. Die Gehalte von Muskovit/Illit liegen zwischen 25-55 %, gefolgt von Chlorit mit 10 bis 20 %, dessen Anteile aber auch bei 5 % oder über 30 % liegen können. Chloritoid ist teilweise in Schiefern vertreten und schwankt in seinen Gehalten generell zwischen 2-4 %, kann aber auch punktuell 9 % erreichen. Paragonit als Anzeiger für höhere Drücke während der Metamorphose kommt seltener vor und besitzt dann Werte zwischen 1-3 %, obwohl einzelne Analysen 8 bzw. 16 % ergaben.

Quarz und Feldspat treten im Schiefer generell feinverteilt auf, wobei größere Quarzkörner im Dünnschliff oft eine elliptische Form zeigen, deren Längsachsen parallel zur Schieferung eingeregelt sind. Die Anteile von Quarz schwanken zwischen 20 bis über 50 %, während die von Feldspat zwischen 5 bis 20 % liegen. Bei den Feldspäten nimmt der Plagioklas mit 5-18 % gegenüber Orthoklas mit bis zu 6 % den größeren Anteil ein. Orthoklas tritt daher primär als Nebengemengteil oder akzessorisch auf, wobei der Feldspatanteil auch ausschließlich von Plagioklas gebildet werden kann.

Vorwiegend als Nebengemengteile oder akzessorisch können unterschiedliche Opakminerale und Karbonate im Schiefer vorkommen. Hinsichtlich der Qualität eines Schiefers sind die verschiedenen Karbonatminerale und Eisensulfide von Bedeutung, da sie das Verwitterungsverhalten bzw. die Witterungsbeständigkeit eines Schiefers verringern können.

Tritt Karbonat im Schiefer auf, handelt es sich meistens um Kalziumkarbonat oder untergeordnet um Ankerit. Karbonatreiche Schiefer zeigen oft eine matte, rauhe Oberfläche; zusätzlich eingebautes Eisen kann Braunfärbungen zur Folge haben. Die bei der Verwitterung von Sulfiden entstehende schweflige Säure oder Schwefelsäure kann mit Karbonaten Gips bilden und somit eine Vergrößerung des Volumens bewirken. Karbonatlösung und Volumenvergrößerung können eine Auflockerung bis Zerstörung des Gefüges verursachen und daher die Verwitterung eines Schiefers beschleunigen.

Zu den wichtigsten Opakmineralen gehören Eisensulfide, die beim Schiefer hauptsächlich Pyrit, Markasit sowie untergeordnet Pyrrhotin umfassen. Pyrit tritt in unterschiedlichen Formen auf, so kann er feinstkörnig im Gefüge verteilt sein oder gut kristallisierte isolierte Würfel bilden. Daneben können auch Ansammlungen von kleinen und gut kristallisierten Pyritkristallen sowie kugelige Aggregate, sogenannte Framboide, beobachtet werden.

Eisensulfide können bräunliche Färbungen beim Schiefer hervorrufen, wobei es zwischen Pyrit, Markasit und Pyrrhotin sowie den einzelnen Mineralarten selbst Unterschiede in der Verwitterungsgeschwindigkeit gibt. Im allgemeinen verwittert Pyrit nicht so schnell wie Markasit und Pyrrhotin und kann, gut kristallisiert, vollkommen verwitterungsresistent sein. Die Ursachen für dieses heterogene Verwitterungsverhalten könnten im unterschiedlichen Kristallbau bzw. in Störungen im Gitterbau der Minerale liegen.

Eine weitere wichtige Opaksubstanz ist Kohlenstoff, der als organischer Kohlenstoff in Form von Bitumen, Kerogen oder Anthrazit oder als elementarer Kohlenstoff mit unterschiedlichem kristallinen Ordnungsgrad als amorpher Kohlenstoff oder Graphit auftreten kann.
Kohlenstoff ist generell im Schiefer fein verteilt zu beobachten. Während die bituminösen Verbindungen durch Oxydation zur Aufhellung eines Schiefers führen können, reagiert Graphit weder chemisch noch thermisch mit der Umwelt. Antraxolith stellt ein hoch inkohltes Bindeglied zwischen Anthrazit und amorphem Kohlenstoff dar und läßt keine Aufhellung des Schiefers erwarten (Schmiers, 1996). Kohlenstoff besitzt eine ausgesprochen gute Translationsfähigkeit, was darauf schließen läßt, daß er die Spaltfähigkeit eines Schiefers fördert. Untersuchungen, in welchem Maß Kohlenstoff die Spaltbarkeit beeinflußt, sind dem Autor unbekannt.

Neben den genannten Mineralen treten noch andere Mineralarten mehr oder weniger häufig auf. Da sie den Gesteinsaufbau nicht wesentlich beeinflussen, sollen sie zusammen mit den anderen Mineralen lediglich tabellarisch aufgelistet werden.

Bilder

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  Abb. 1: Regelmäßiges pelitisches Sedimentationsmuster (Handstück)

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  Abb. 2: Pelitisches Sedimentationsmuster mit Einschaltung
  gröberer Bereiche (Handstück).

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  Abb. 3.: Chloritblasten mit gekreuzten Nichols. Sehr schön ist
  die Lamellierung der Chloritblasten zu sehen und die sie umfließenden Glimmerlagen.
  (Bildbreite = 636 µm)

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  Abb. 4: Quarzklasten. Im Mikroskop erscheinen sie grau bis weiß.
  (Bildbreite = 636 µm)

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  Abb. 5: "Karbonatnester" im Schiefer. Sehr schön sind die für Calcit typischen Zwillingsbildungen zu sehen. (Bildbreite = 4,9 m)

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  Abb. 6: organische Substanz (Bildbreite = 636 µm)