Die Sedimentation von Schiefer

Für die Art des Schiefers sind die tektonische Position, Liefergebiete sowie die physikochemischen Bedingungen während der Ablagerung von Bedeutung.

Ablagerungsräume für Schiefer bilden die hemi- bis pelagischen Gebiete der passiven Kontinentalränder wie im Falle des Thüringer Schiefers oder der Schiefer von Fair Haven (Vermont) sowie die flachen offenen Schelfbereiche der linksrheinischen Schiefer oder der Schiefer von Anger und Cornwall. Einen weiteren Sedimentationsraum bilden die Back-Arc Regionen in denen z. B. die Edukte der walisischen Schiefer abgelagert wurden.

Die Sedimente der hemi- bis pelagischen Gebiete bestehen aus Organika sowie feinkörnigem terrigenen Material. Im Bild sind die grundsätzlichen Transportmechanismen in diesen Sedimentationsräumen dargestellt.

So wird z. B. äolischer Staub in kontinentferne Bereiche transportiert und sinkt dann gravitativ in Form feiner Partikel auf den Ozeanboden. Ebenfalls gelangt Sedimentationsmaterial mittels Trübeströmen in pelagische Gebiete und größere Wassertiefen. Dabei können die Akkumulationsraten enorm schwanken und entsprechend der tektonischen Stellung bzw. Sedimentationsfazies unterschiedliche Materialquellen und Ablagerungsmuster dominieren. Eine umfassende Beschreibung der unterschiedlichen Faziesbereiche sowie deren Fazies Vergesellschaftungen gibt Reading (1996).

In den galizischen Schiefervorkommen Spaniens treten beispielsweise Trübeströme vor allem als turbiditische Einschaltungen in einer kontinuierlichen pelitischen Sedimentation auf. Es können aber auch Sedimentationsmuster mit einem raschen Wechsel pelitisch-psammitischer Lagen beobachtet werden.

Die Thüringer Schiefer des Unterkulm zeigen eine kontinuierlich pelitische Sedimentation, die für eine relativ pelagische Stillwasserfazies sprechen (Schubert & Steiner, 1972). Ein wiederum anderes Bild zeigen die mährischen Schiefervorkommen. Hier befinden sich die Dachschieferlager innerhalb rhythmisch geschichteter Grauwacken-Sandstein-Schiefer-Sequenzen und erreichen Mächtigkeiten zwischen 5 bis 15 m.

Zu den Flachwasserablagerungen gehören z. B. die distalen Schiefer-Edukte des Linksrheinischen Schiefergebirges sowie jene von Anger. Typisch für diesen Faziesbereich sind feinkörnige Sedimente, die separate von Schiefereinheiten getrennte Schichtpakete bilden. Sturmereignisse können u. a. zu graded oder laminated Bedding führen.

Innerhalb der Back-Arc Becken wird zwischen Extensions- ,neutralen und kompressiven Regimen unterschieden. Ein Extensions-Regime, wie es bei der Ablagerung der kambrischen Schiefer Edukte von Wales der Fall ist, führt zu Horst und Graben Strukturen, die eine störungskontrollierte Sedimentation mit unterschiedlichen Ablagerungsmächtigkeiten sowie einen raschen Fazieswechsel bewirken.

Neben den physikalischen Mechanismen kontrollieren drei Prozesse die chemischen Zustände innerhalb der ozeanischen Wassersäule: Lösung, Produktion und Maskierung (Reading, 1996).

Unterhalb einiger Kilometer Wassertiefe setzt die Hauptlösung von Kalziumkarbonat ein, da sich hier die Lösungsrate von Kalziumkarbonat rapide erhöht. Diese Grenze wird als Lysokline bezeichnet und kann sich in den oberen Bereichen aggressiver tieferer Wasserschichten befinden (Sliter, Be & Berger (1975) in Reading, 1996). Einige 100 m tiefer folgt die Kalk-Kompensationstiefe (CCD), unterhalb derer ein Ausgleich zwischen Lieferung und Lösung pelagischer Karbonate herrscht und es daher nicht zu einer Akkumulation von Karbonat kommt. In heutigen Ozeanen liegt die CCD zwischen 4.000 bis 5.000 m (Reineck, 1984). Da aragontische Hartteile wesentlich leichter löslich sind als karbonatische, setzt die sogenannte Aragonit-Kompensationstiefe (ARD) 1 km über der CCD ein.

Unter normalen Bedingungen wird planktonisches organisches Material infolge bakterieller Oxydation bei seinem Transport durch die Wassersäule zerstört. Dieser Prozeß findet hauptsächlich in Tiefen zwischen 300 - 1.500 m statt. Charakteristisch für diese Schicht ist ein Sauerstoffminimum sowie ein Maximum an CO2 und Nährstoffen. Erhalten bleibt die biogene Masse nur, wenn die Gehalte an Sauerstoff gering sind und eine hohe Produktion sowie Lieferung biogenen Materials besteht. Ist eine der vielen Komponenten besonders stark in pelagischen Sedimenten vertreten, kann es die anderen dominieren. Dieses Verhältnis wird von Reading (1996) als Masking bezeichnet.

Die vorangegangen Ausführungen zeigen, daß man mit Kenntnis der Ablagerungsbedingungen und der regionalgeologischen Situation schon im voraus Aussagen über den ungefähren Kalk-Kohlenstoff Charakter" eines Schiefers treffen kann. Die Abbildung stellt die Beziehung Karbonat-Kohlenstoff sowie eine grundsätzliche Tendenz von Schiefertypen bezüglich des Karbonatgehalts dar. Mit der Verringerung des Karbonatgehaltes geht die Erhöhung des Anteils an organischer Substanz einher, so daß es in Extremfällen zur Entstehung eines sogenannten Rußschiefers kommt. Rußschiefer sind aufgrund der hohen Kohlenstoffgehalte weich, gegenüber der Verwitterung nicht resistent und daher als Dachschiefer unbrauchbar.

Vergleicht man die Corg.-Gehalte europäischer Schieferlagerstätten, kann man von unterschiedlichen Ablagerungsstiefen ausgehen. So zeigt der geringe Corg.-Gehalt sowie die helle Färbung der mährischen Schiefer, daß die Ausgangsgesteine oberhalb der CCD abgelagert worden sind. Dies ist auch bei den rheinischen Schiefern anzunehmen.

Die spanischen Schiefer der Region Lugo, Ourense und Leon (Galizien, Asturien) verweisen i. d. R. auf eine Sedimentation unterhalb der CCD.