Exkursionsführer zur Geologie Thüringens: Ein Querschnitt von Nord bis Süd

2. Thüringer Schiefergebirge

„Das zwischen dem Thüringer Wald im Westen und dem Erzgebirge im Osten liegende Thüringisch- Vogtländische Schiefergebirge ist gegen seine Umgebung nur an wenigen Stellen als eine eigenständige Erdkrustenscholle abgesetzt. Insgesamt ist es eine im Süden stärker angehobene Tafel, die flach nach Nordwest geneigt ist, nach Süden aber ohne geologische Grenze in den Frankenwald und das Fichtelgebirge übergeht.

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Abbildung 1: Schichtenfolge des Thüringisch- Vogtländischen Schiefergebirges (WAGENBRETH/ STEINER 1990)

Der Untergrund des Schiefergebirges besteht aus den sandig-tonigen Sedimenten des Präkambriums, Kambriums, Ordoviziums, Silurs, Devons und Unterkarbons, denen einige Kalksteinzonen und - besonders im Devon - Diabase als untermeerische Lavaergüsse eingeschaltet sind. Nach Gestein und Versteinerungen ist die Schichtfolge recht differenziert gegliedert. Diese insgesamt einige Kilometer mächtige Schichtfolge ist besonders im Zuge der Variszischen Gebirgsbildung zu mehreren Sätteln und Mulden gefaltet worden, die im Oberkarbon und Rotliegenden als Höhenrücken und Talniederungen hier das Landschaftsbild bestimmt haben. Von West nach Ost folgt aufeinander der Schwarzburger Sattel, die Ziegenrücker Mulde, der Bergaer Sattel und die Vogtländische Mulde.“ (WAGENBRETH/ STEINER 1990)

In den folgenden Aufschlüssen werden ausgewählte Einheiten näher beschrieben.

2.1. Der Bohlen, Saalfeld/ Obernitz

Diese Aufschlusswand ist ca. 800m breit und 100m hoch. Zu sehen ist hier die Zechstein-Diskordanz, deformierte oberdevonische Schichten werden diskordant von Schichten des Zechsteins und zum Teil vom Rotliegenden überlagert.

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Abbildung 2: Knotenkalkentstehung (schematisch)

Die Gesteinsansprache wurde im südlichen Teil der Wand durchgeführt, im sog. Plattenbruch. Es ist eine Wechsellagerung von Tonschiefer und Knotenkalken zu sehen. Die Karbonatanteile der Knotenkalke variiert, sodass im unterschiedlichen Maße Schichten mit Kalkknollen bis hin zu Kalksteinlagen auftreten. Im Bereich des Plattenbruchs ist überwiegend der kleinknotige Kalk anzutreffen. Weiter südlich im Profil jünger werdend wird, mit abnehmendem Kalkgehalt, der großknotige Kalk vorherrschend. Diese Schichten sind fossilreich. Am häufigsten sind Ammoniten (Goniatiden), Ostracoden und Trilobiten.

Diese Knotenkalke wurden im Oberdevon als Mergelschlamm abgelagert (siehe Abb.1) und zwar im marinen Bereich in einer ungefähren Wassertiefe von größer 200m, d.h. unterhalb der Sturmwellenbasis, da keine Sturmsedimente (Tempestite) auftreten. Der Ton wurde klastisch eingetragen und unter Stillwasserbedingungen abgelagert. Durch absterbende marine Organismen bzw. Kalkfällung bildete sich am Meeresboden dieses Ton–Kalk–Gemisch, der Mergelschlamm. Durch Sammelkristallisation während der Diagenese entstanden zunächst Knollen, die je nach Kalkgehalt der Sedimentschicht bis zu Zentimetermächtigen Lagen anschwellen können (Abb.2). Die erkennbare Zyklizität in der Wechsellagerung könnte auf Milanković-Zyklen zurück zu führen sein.

2.2. Griffelschieferbruch am Brand, Spechtsbrunn

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Abbildung 3: Überlagerung mehrerer Schieferungen im Tonschiefer, Bildausschnitt ca. 6m

Der Steinbruch liegt ca. 2km westlich der Ortschaft Spechtsbrunn. Der anstehende Tonschiefer gehört in die stratigraphische Einheit des Griffelschiefers / Ordovizium (siehe Abb.1). Er ist samtschwarz und enthält kaum Quarz. Röhrenartige Strukturen gefüllt mit Pyrit und andere Lebensspuren weisen auf biologische Aktivität im noch unverfestigtem pelagischen Sediment hin. Ebenso wurden ca. 100 Trilobitenfunde gemacht. Es ist keine Schichtung erkennbar, jedoch treten deutlich mehrere Schieferungs-richtungen hervor (Abb.3). Aufgrund der Schieferung und des geringen Quarzgehaltes wurde dieser Tonschiefer zur Griffelherstellung abgebaut. Die Farbe des Gesteins lässt sich auf den relativ hohen Eisenanteil zurück führen. Durch eine niedrige Metamorphose (Grünschieferfazies) wurden Tonminerale zu Sericit und einem eisenreichen Chlorit umgewandelt. Daraus lassen sich eine Temperatur von ca. 290 – 300°C und eine Versenkungstiefe des Gesteins von ca. 15km ableiten.

2.3. Straßenböschung bei Spechtsbrunn

Dieser Aufschluss befindet sich am Ortsausgang Spechtsbrunn Richtung Oberland am Rennsteig. Durch den Straßenbau wurde hier ein Tonschiefer mit Geröllen (Diamiktit) aufgeschlossen. Er stellt eine stratigraphisch jüngere Einheit (Ordovizium/ Ashgill) als der Griffelschiefer dar und wird als Lederschiefer bezeichnet (siehe Abb.1). Den Namen erhielt dieses Gestein aufgrund seiner Verwitterungsfarben. Der Tonschiefer hat einen hohen Sandanteil und enthält viel klastisch eingetragenen Glimmer. Die Sandkörner weisen eine schlechte Sortierung auf und sind eckig. Auf den Oberflächen der Schieferplatten ist häufig eine Netzstruktur zu sehen. Dies ist auf Phosphorit zurück zu führen. Aufgrund des starken klastischen Eintrags und somit Nährstoffreichtums konnte eine hohe Bioaktivität stattfinden, die den hohen Phosphorgehalt im Sediment bedingt. Die Gerölle bestehen überwiegend aus Kalk- und Sandstein aber auch aus Granit, Rhyolith und Gneis. Durch die Kompression während der Diagenese und der Faltung des Gesteins wurden sie zu einer linsenförmigen

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Abbildung 4: Kalksteingeröll im Lederschiefer

Gestalt deformiert (Abb.4). Die Schieferung passt sich dieser Form an.

Der Tonschiefer wurde ursprünglich pelagisch abgelagert. Somit stellt sich die Frage wie Sand und Gerölle in diesen Ablagerungsraum transportiert werden können. Die Antwort liegt in der Paläogeographie. Zur Zeit des oberen Ordoviziums lag dieser Teil Thüringens auf der Südhalbkugel. Durch Belege aus entlegenen Wüstengegenden Nordafrikas weis man seit den siebziger Jahren, dass es zu einer ausgedehnten Vereisung Gondwanas zu dieser Zeit gekommen war (STANLEY 1994). Die sand- und geröllführenden Gletscher Westafrikas mündeten im Meer und kalbten. Die abdriftenden Eisberge verloren während des Abschmelzens ihren mitgeführten Schutt (dropstones), sodass pelagischer Ton und Geröll gleichzeitig zur Ablagerung kamen. Somit ist der Lederschiefer ein glaziomarines Sediment.

2.4. Waldparkplatz Tannenglück, L1150 zwischen Spechtsbrunn u. Gräfenthal

Dieser ehemalige Steinbruch diente der Dachschiefergewinnung. Daher der Name der stratigraphischen Einheit: Dachschiefer. Er wurde zur Zeit des unteren Karbons gebildet und folgt stratigraphisch den Knotenkalken der Bohlenwand.

Zu sehen sind schwarze Tonschiefer, die nach den Schieferungsflächen brechen. Prinzipiell ist ein Trend im Profil vom Liegenden ins Hangende zu sehen. Im Liegenden (nordöstlicher Teil des Bruches) steht ein homogener reiner Tonschiefer an mit nur einer deutlich ausgeprägten Schieferungsrichtung. Teilweise wird die Schichtung Pyritkonkretionen nachgezeichnet. Weiter ins Hangende (südwestlicher Teil) nimmt der Anteil an gröberen Korngrößen zu. Es treten zunehmend mehr litharenitische Sandsteinbänke auf. Ebenso ist eine zweite Schieferungsrichtung zu sehen, was zur sog. Runzelung führt.

In dieser Abfolge ist gut der zunehmende Einfluss des entstehenden variszischen Orogens zu sehen. Die konstante Abfolge der pelagischen Tone wird immer häufiger durch distale Turbidite (Trübeströme des Schelfhanges) gestört. Durch die Hebung des variszischen Orogens wird mehr klastisches Material in das Meer eingetragen und führt häufiger zu Trübestromablagerungen. Später wurden diese Sedimentabfolgen durch regionale Tektonik in z.T. isoklinalen Falten gelegt.

2.5. Das Kieferle, B281 zwischen Neuhaus a.R. u. Steinheid

Das Kieferle bei Steinheid (Landkreis Sonneberg) ist der zweithöchste Berg (867 m) im Thüringer Schiefergebirge. Der Aufschluss ist ein alter Steinbruch direkt an der Straße zwischen Neuhaus a.R. und Steinheid. Zu sehen ist eine horizontal geschichtete Wechsellagerung aus Quarzit und Tonschiefer, die im unteren Ordovizium (Tremadoc) gebildet wurde. Dies ist der sog. Obere Frauenbach-Quarzit (siehe Abb.1).

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Abbildung 5: Steinbruch am Kieferle

Die Quarzitbänke variieren in der Mächtigkeit zwischen 0,5 – 2m. Dieser ehemalige mittelkörnige Sandstein wurde durch Diagenese und Tektonik stark kompaktiert. Er weist keinen Porenraum mehr auf. Der Quarzit ist hell- bis mittelgrau und besteht hauptsächlich aus Quarz. Im oberen Teil der Bänke ist teilweise eine Laminierung erkennbar. Diese Quarzitbänke sind ehemalige Schelfsande, die durch Stürme umgewälzt wurden. Die Laminierung deutet auf Flachwasser hin. Der Schiefer ist durch Hämatit rotgefärbt und weist unterschiedliche Abstände der Schieferungs-flächen auf. Im obersten Teil des Profils wurden Brachiopodenfunde gemacht. Es treten ebenso zwei Generationen von hydrothermalen Gängen auf, welche Nord-Süd streichen. Eine Generation enthält neben Quarz noch Arsenopyrit, Hämatit und Gold, was Seifengoldfunde im geringen Maße in dieser Gegend ermöglicht. Die Goldanreicherung spricht für Küstensande. Das Gold stammt vom präkambrischen Schild Afrikas, es wurde gelöst und feinverteilt in den Schelfsanden als Schwermineral ausgefällt. Durch die niedrige Metamorphose des Quarzits wurde es durch Fluide nochmals gelöst und in den Quarzgängen angereichert.

2.6. Steinbruch am Sandberg, B281 zwischen Neuhaus a.R. u. Steinheid

Circa 400m nordwestlich des Aufschlusses 2.5. befindet sich dieser Aufschluss. Hier ist unterer Buntsandstein aufgeschlossen.

Dieser konglomeratische Sandstein ist grobkörnig, schlecht sortiert und die Körner sind angerundet. Er enthält Gerölle bis ca. 5cm Größe. Der Zement besteht aus Quarz und Kaolin, welches aus verwitterten Feldspäten stammt. Die Zusammensetzung und die Korngröße sprechen für eine relativ nahe Lage zum Liefergebiet.

Das an dieser Stelle Buntsandstein zu finden ist, weist darauf hin, dass die Hebung des Thüringer Waldes erst nach dem Buntsandstein stattgefunden hat. Die Erhaltung dieser Einheit ist dem Scheiber Graben geschuldet. Dieser Halbgraben, in dem sich dieser Sandstein befindet, hat diese Einheit vor der Erosion bewahrt. Vergleicht man das Höhenniveau des Buntsandsteins hier mit dem im Vorland des Thüringer Waldes so erhält man einen Mindestversatz von ca. 1000m. Ein absoluter Betrag kann nicht angegeben werden, da die Grabentiefe des Scheiber Grabens nicht mehr rekonstruierbar ist.

2.7. Pumpspeicherwerk Goldisthal

Das Pumpspeicherwerk Goldisthal ist mit einer Leistung von 1060 MW als das modernste und größte Kraftwerk seiner Art im Jahre 2003 nach 6-jähriger Bauzeit in Betrieb gegangen. Die Ursprünge des Projektes gehen bis in die 70er-Jahre zurück. Ein Großteil der über 10 km langen Erkundungsstollen wurde zwischen 1980 und 1990 also noch zu alten DDR-Zeiten aufgefahren. Das Grundkonzept für dieses Pumpspeicherwerk wurde auch nach der Wende nicht wesentlich verändert (WALTER BAU-AG). Das künstlich angelegte, umgehbare Oberbecken befindet sich in einer Höhe von etwa 880 m ü. NN auf der Moosbergebene am Großen Farmdenkopf und fasst ein Nutzvolumen von ca. 12 Mio. m³ Wasser bei einer Fläche von 55 ha. Diese Wassermenge reicht für acht Stunden Turbinen-Volllastbetrieb und könnte dabei den Freistaat Thüringen allein versorgen. Um dieses Becken zu schaffen, wurde der Berggipfel abgetragen. (Wikipedia)

3. Zweiter Tag: Thüringer Wald

„Der Thüringer Wald ist ein NW-SO-gestrecktes Horstgebirge, ein zwischen zwei Verwerfungen liegender, in der Kreidezeit und im Tertiär emporgehobener Span der Erdkruste. Sein innerer Aufbau offenbart eine komplizierte Erdgeschichte.

Im Oberkarbon waren alle zuvor entstandenen Gesteine zu dem Variszischen Gebirge aufgefaltet worden, dessen Falten in SW-NO-Richtung gestreckt waren. Im Bereich des heutigen Thüringer Waldes waren dies von Südost nach Nordwest der Schwarzburger Sattel, die Oberhöfer Mulde, der Ruhlaer Sattel und die Eisenacher Mulde. […] In die gefalteten Gesteine waren stellenweise auch Gesteinsschmelzen eingedrungen, die nun in erstarrter Form als Granit vorliegen. Im Oberkarbon/ Perm wurden die Sättel abgetragen und die Mulden mit dem Verwitterungsschutt aufgefüllt. Vulkane belebten das Landschaftsbild. Der in Jahrmillionen angehäufte Verwitterungsschutt und die vul­kanischen Lavagesteine und Tuffe bilden eine mehrere hundert Meter mächtige, regional vielfältig und unterschiedlich gegliederte Schichtenfolge.

Nach der weitgehenden Abtragung des Variszischen Gebirges am Ende des Rotliegenden senkte sich ganz Mitteleuropa und wurde vom Meer überflutet. Es begann eine neue Sedimentation, die den Untergrund mit den mehrere hundert Meter mächtigen, im Meer bzw. auf dem Festland gebildeten Schichten des Zechsteins, Buntsandsteins, Mu­schelkalks und Keupers bedeckte. Die aus dem nördlichen und südlichen Vorland bekannten Bodenschätze Kupferschiefer und Steinsalz, vielleicht auch die Kalisalze sowie der Muschelkalk lagerten einst also auch im Gebiet des heutigen Thüringer Waldes.

In mehreren Hebungsphasen während der Kreidezeit und des Tertiärs wurde der heutige Thüringer Wald als Horstscholle zwischen den Verwerfungszonen an seinen Grenzen in Nordost und Südwest um einige hundert Meter herausgehoben, auf ihm die jüngeren Schichten abgetragen und damit das variszisch gefaltete Grundgebirge wieder freigelegt.“ (WAGENBRETH/ STEINER 1990)

3.1. Kammerberger Stollen, Manebach

Der Aufschluss befindet sich am Ortsausgang Richtung Meyersgrund an der B4. Zu sehen ist der Ausstrich der oberen Manebacher Schichten (Unterrotliegendes). Er besteht aus einer Wechsellagerung von überwiegend Tonstein, Sandbänkchen und Fein-konglomeratlagen und Steinkohleflözchen.

Der Tonstein ist dunkelgrau und teilweise laminiert. Zwischen sandigen Lagen und dem Tonstein ist ein gleichmäßiger Übergang. Mit zunehmendem Sandanteil steigt auch der Glimmergehalt. Die Sandsteine sind grau z.T. weiß und weisen innerhalb der einzelnen Lagen eine gute Sortierung auf. Es sind Fein- bis Grobsande vertreten. Die überwiegend aus Quarz, Lithoklasten und untergeordnet Feldspat bestehenden Körner sind zumeist angerundet. Die Sandsteine sind quarzitisch zementiert, jedoch noch porös.

Vor allem die Kohleflöze sind sehr fossilreich, so können Farnblätter (Pecopteris, Callipteris), Schachtelhalmstämme (Calamites) und –blätter (Annularia), Cordaites, die erste Süßwassermuschel, Anthracosia und Arthropleura, der längste Gliederfüßer der Erdgeschichte gefunden werden. Die einzelnen Schichten lassen sich nur wenige Meter verfolgen und keilen aus.

Diese Sedimente wurden im terrestrischen Milieu gebildet, genauer in einem mäandrierenden Flusssystem. Die Fossilien konnten erhalten werden, da sie bei Überflutungsereignissen schnell zugedeckt und so dem völligen Abbau entzogen wurden. Die Kohle hat sich wahrscheinlich in Altwassern, den abgeschnittenen Mäandern des Flusses gebildet. Dort konnte bei ausreichend hohem Grund-wasserspiegel eine Vermoorung eintreten, sodass Pflanzenmaterial nach dem Absterben unter Luftabschluss geriet. Diese Altwasser wurden bei Überflutung auch immer wieder mit Toneintrag versorgt, was den hohen Ascheanteil der Kohle erklären würde.

3.2. Steinbruch Schmalwassergrund, Tambach – Dietharz

In diesen ehemaligen Steinbruch wurde das Material für den Talsperrenbau in Tambach- Dietharz gewonnen. Es sind hier Gesteine des Unterrotliegenden (Oberhof Formation) auf-geschlossen. Aus der Ferne kann man den bankigen Aufbau erkennen, wobei die Einzelbänke nur wenige Dekameter weit verfolgbar sind. Es handelt sich hier um Vulkanite, die als verschiedene Varietäten von Rhyolith vorliegen.

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Abbildung 6: Skizze- Teilausschnitt des Steinbruchs

Die erste Varietät hat ein porphyrisches Gefüge. Hypidiomorphe Kalifeldspäte und Quarze sind von einer hypokristallinen Matrix umgeben. Vereinzelt tritt auch Biotit auf. Die Kalifeldspäte sind 5-25cm groß und sind rosa gefärbt. Zum Teil sind Einschlüsse von Hornblende oder durch Alteration weiße Kerne der Kali-Feldspäte zu sehen. Die Matrix war ursprünglich Glas und ist nachträglich rekristallisiert. Die zweite Varietät ist der ersten ähnlich jedoch deutlich feinkörniger. Biotit ist häufiger zu sehen und vermutlich ist Plagioklas mit enthalten. Die dritte Gesteinsvariante weist grünliche Nuancen auf. Der Rhyolith ist stark alteriert. Die Kalifeldspäte sind korrodiert, d.h. ihr Kern ist häufig weggelöst. Diese Alteration kommt durch Fluide zustande, die direkt nach dem Ausbruch das Gestein durchdringen. Sie entstammen entweder aus der Magmakammer selbst oder im Falle von Lavaströmen aus unterlagernden feuchten Sedimenten.

Der Rhyolith-Vulkanismus ist aufgrund der hohen Viskosität der Schmelze dem hohen Gasgehalt für seine Explosivität bekannt. Deswegen entstanden auch hier viele Tuffhorizonte, die aber zumeist als verschweißte und unverschweißte Ignimbrite vorliegen. Durch die hohen Temperaturen werden die durch die Luft geschleuderten Bimse (gasreiche Glaslapilli) und Aschen beim Aufschlagen miteinander verbacken.

3.3. Marderbachgrund, Tambach – Dietharz

Circa 500m nördlich des vorherigen Aufschlusses befindet sich der Eingang in den Marderbachgrund, einer ca. 1km langen Schlucht. Die steilen Felswände werden durch das sog. Tambacher Konglomerat gebildet, welches im Oberrotliegenden abgelagert wurde.

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Abbildung 7: Profil Schmalwassergrund, Bildausschnitt ca. 600m

Dieses Konglomerat ist monomikt, d.h. es besteht nur aus einer Gesteinskomponente, dem im Aufschluss 3.2. beschriebenen Rhyolith. In der meist stark verfestigten Schichtenfolge herrschen grobe Konglomerate mit Geröllen von meist 10-20cm, maximal 100cm vor. Die meisten Gerölle sind gut gerundet, zum Teil treten auch kantige auf. Aus dem Gefüge lassen sich auch die unterschiedlichen Transportmodi ableiten. Konglomeratische Schichten, die Geröllgestützt sind, wurden fluvial transportiert. Matrixgestützte Einheiten sind gravitativ in Form von Schlammströmen/ Muren bewegt worden.

Die Vulkanite aus dem Unterrotliegenden, wurden im Oberrotliegenden erodiert und in das sich tektonisch schüsselförmig einsenkende Tambacher Becken verfrachtet. Dabei bildeten sich Schuttkegel und Alluviale Fächer aus. Die Korngröße der Schichten lässt die relative Nähe zum Liefergebiet erkennen. Tatsächlich gibt es im Schmalwassergrund einen scharfen erosiven Kontakt zwischen Vulkaniten der Oberhof Formation und den Tambacher Konglomeraten. Daraus lässt sich erschließen, dass der Marderbachgrund sich in einem Paläocanyon befindet, der direkt mit den Abtragungsmassen der Vulkankomplexe gefüllt wurde (Abb.7).

3.4. Steinbruch Lucy, Tambach – Dietharz

Der sich noch im Abbau befindende Steinbruch liegt nördlich der Ortschaft Tambach – Dietharz. Hier sind rot-braune Sandsteine aufgeschlossen, die mit Tonstein-zwischenlagen wechsellagern. Die Schichten liegen horizontal. Der Sandstein bildet Bänke im Dezimeter bis Meter Bereich. Er ist feinkörnig z.T. mittelkörnig und sehr gut sortiert. Die gut gerundeten Körner bestehen aus Quarz, Lithoklasten der Rhyolithe und Hellglimmer. Die Zementierung besteht aus Quarz und Hämatit, der dem Sandstein die Farbe verleiht. Aufgrund der guten Sortierung ist keine Internstruktur in den Bänken zu erkennen.

Diese Wechsellagerung stellt wahrscheinlich einen Rinnenkomplex des Zopfstrom-systems dar, das aus den umliegenden Höhenzügen der Vulkanbauten ins Tambacher Becken mündete. Die Tonsteinlagen sind Sedimente von Überflutungsereignissen bei denen der Fluss über die Ufer trat. In diesen Horizonten sind Inversformen fossiler Trockenrisse und Saurierfährten erhalten. Ebenso wurden Fossilfunde verschiedener Reptilien und Pflanzen gemacht, die im Gothaer Museum der Natur ausgestellt werden.

3.5. „Teufelsstein“ am hinteren Feldstein bei Themar

Der „Teufelsstein“ stellt einen der nördlichsten Ausläufer der Heldburger Gangschaar dar. Von den Gängen ausgehend bildeten sich vereinzelt Vulkanschlote aus, die den Muschelkalk durchstoßen haben und eruptierten. Jedoch sind von den ehemaligen Vulkanen nur noch die Wurzeln, die Schlote, erhalten, so wie beim „Teufelsstein“.

Das hier anstehende Gestein ist Basalt, dessen Quelle im Mantel liegt. Der beste Beweis dafür sind mitgerissen Xenolithe aus Peridotit (Olivinknollen). Er enthält aber auch Nebengsteinsfragmente aus Buntsandstein, Muschelkalk und Keuper. Das besondere an Basalt sind seine Abkühlungsstrukturen. Er bildet senkrecht zur Abkühlungsfläche Säulen aus, die mit zunehmender Abkühlungsgeschwindigkeit dünner werden. In dem Vulkanschlot des „Teufelsstein“ ist eine sehr deutliche Palmenform oder Meilerstellung ausgebildet, die dadurch entsteht, dass der Schlot nach innen und unten hin heißer wird.

Die Zusammensetzung des Basaltes ist mafisch. Er besteht hauptsächlich aus Pyroxenen und Plagioklas aber auch aus Olivin und noch nicht rekristallisiertem Glas.

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