Fund des Monats
Dezember 2021: Ein fossiler Wasserstrom?
Der »Fund des Monats«-Dezember stellt eine äußert beeindruckende und ungewöhnliche geologische Gegebenheit vor, die im Zuge archäologischer Ausgrabungen zu Tage trat.
Im Porphyrkuppengebiet zwischen Beidersee und Gimritz, nordwestlich von Halle, war das Grabungsteam, das im Vorfeld des Baus der A 143 das Gelände untersuchte, überrascht, als nach maschinellem Abziehen des humosen Oberbodens, der hier als Schwarzerde bezeichnet wird, intensiv ockerfarbene Bodenschichten zum Vorschein kamen. Nach einer ersten Begehung der Fläche konnte ich mir zunächst keinen rechten Reim auf die Färbung machen. Bodenkundler und Geologen kennen zwar rötliche und ockerfarbene Färbungen des Bodens und Gesteins aus ihrer Berufspraxis, doch dieser Fall war eher ungewöhnlich.
Wir kennen Eisenocker, der zum Beispiel aus fließendem Wasser in Dränagerohren, aus Quellen oder an den Ufern eisenhaltiger Wassergräben oder Entwässerungsstollen des Bergbaus ausfällt. Auch an der Oberfläche wenig schwankender Grundwasserspiegel können sich dunkle eisenreiche Lagen oder gar Raseneisenstein bilden, während bei starken Schwankungen des Stau- oder Grundwassers im Boden vor allem orangefarbene, rotbraune bis dunkelbraune »Rostflecken«, »Rostbeläge« oder Konkretionen auftreten.
Auch Hämatit, ein weit verbreitetes, ergiebiges und relativ verwitterungsbeständiges Mineral, kann bereits in kleinsten Mengen feiner Körnchen zur Färbung des Bodens ausreichen. Hämatit kann sich aber unter den heutigen gemäßigten Klimabedingungen in Mitteleuropa natürlicherweise nicht neu bilden. In unsere Böden gelangt er, abgesehen von anthropogenen Ursachen, soweit bekannt nur durch Bodenfließen, Abschwemmung oder Verwehung hämatithaltiger Lockergesteine oder durch aus tieferen geologischen Schichten aufsteigende hydrothermale Wässer.
Um solche Sachverhalte aufzuklären, brauchen Geowissenschaftler einen Aufschluss, in dem sie die Schichten und Horizonte im Aufriss begutachten zu können. Es zeigte sich, dass die anstehenden Schichten intensiv und gleichmäßig mit Eisenocker durchsetzt waren. An der Oberfläche der ockerfarbenen Schichten hatten sich teilweise sogar regelrechte verhärtete dunkelrostfarbene Eisenkrusten gebildet (Abbildung 1). Die Steine im Sediment zeigten auf ihrer Oberfläche regelmäßig dünne eisenhaltige Überzüge. Im Sediment fanden sich Lagen von Mangankonkretionen und vereinzelt mehrere Zentimeter große Eisenkonkretionen. Im Vergleich zu den Böden, die in unserer Warmzeit, dem Holozän, unter Grund- oder Stauwassereinfluss stehen, waren diese Erscheinungen »eine Nummer größer«. Und es fehlte das Grundwasser. Der Grundwasserspiegel liegt hier mindestens fünf Meter unter der Geländeoberfläche und erreichte in unserer Warmzeit niemals diese Bodenschichten.
Die zweite Begehung brachte dann den entscheidenden Hinweis. Das Grabungsteam um Daniel Anton und Christian Lau präsentierte uns in unmittelbarer Nachbarschaft eine »weinrote« Eisenablagerung, die sich schlangenförmig hangabwärts fortsetzte (Abbildung 2). Wir konnten feststellen, dass sich die ockerfarbenen Bodenschichten in einem mehrere Meter breiten Streifen links und rechts davon anordnen und dass diese Struktur offenbar, soweit sichtbar, an eine flache Hangrinne gebunden ist, die in Richtung Westen hangabwärts verläuft.
Unter dem dünnen Lößschleier und den partiell vorhandenen Tertiärsedimenten liegt eine weitgehend verhüllte und nur gelegentlich bis an die Oberfläche reichende kuppige Landschaft aus vulkanischem Ryolith (Quarzporphyr), die sich in abgeschwächter Form bis an die heutige Oberfläche durchpaust und die Fließwege des Wassers entscheidend mitbestimmt. Die schlangenförmige Ablagerung entstand also wohl dadurch, dass ablaufendes Wasser sich zwischen den Kuppen einen Weg hangabwärts bahnte.
Aus den Befunden leiten wir folgende Arbeitshypothese ab: Bei den vorgefundenen Schichten handelt es sich um während des Tertiärs (Erdneuzeit/ 65 Millionen Jahre bis zwei Millionen Jahre vor heute) sedimentiertes Lockergestein. Durch die intensive chemische Verwitterung unter feucht-tropischen Bedingungen kam es im Tertiär über einen langen Zeitraum zur Freisetzung und Mobilisierung von Eisen, das sich in gelöster Form in der Hangrinne mit dem abfließendem Sicker- beziehungsweise Hangwasserstrom und zusammen mit Lockersediment hangabwärts bewegte und durch den Kontakt mit Luftsauerstoff als stabile dreiwertige Eisenverbindung ausgefällt wurde. Hierdurch kam die Rotfärbung der ehemaligen Abflussrinne zustande (Abbildung 3).
Als Quelle für das gelöste Eisen kommt der Ryolith in Frage, der in seiner rötlich gefärbten feinen Grundmasse Eisenverbindungen enthält.
Wir werden nun weitere Untersuchungen anstellen, um die These zu überprüfen. Dazu gehört eine petrographische Analyse der in den mutmaßlichen Tertiärschichten enthaltenen Kiese und Steine. Wären dort reichlich nordische Geschiebe enthalten, könnten die Schichten erst im Quartär (Beginn vor zwei Millionen Jahren bis heute) gebildet worden sein. Wir analysieren zudem die mineralogische Zusammensetzung der verschieden gefärbten Eisenoxidhydroxidverbindungen.
Den Lesern der Rubrik »Fund des Monats« wünschen wir ein gesegnetes Weihnachtsfest und ein frohes Neues Jahr!
Text: Henrik Helbig (Landesamt für Geologie und Bergwesen Sachsen-Anhalt)
Online-Redaktion: Anja Lochner-Rechta
Literatur
H. Helbig/W. Kainz/M. Klamm, Rötliche Färbungen in Böden: anthropogen oder natürlich? Fallbeispiele aus Sachsen-Anhalt. In: H. Meller/C.H. Wunderlich/F. Knoll, Rot - Die Archäologie bekennt Farbe, 5. Mitteldeutscher Archäologentag. Tagungen des Landesmuseums für Vorgeschichte Halle 10 (Halle [Saale] 2013) 393-406.
A. Kraiss/E. Picard, Erläuterungen zur Geologischen Karte von Preußen und benachbarten Bundesstaaten. Blatt Halle a. S. (Nord) (Berlin 1922).