Einige Diffusionswirkungen in fossilführendem Perm-Hornstein
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Die allgegenwärtige Diffusion, deren wesentlicher Beitrag zur Fossilbildung leicht von jenen übersehen wird, die von zirkulierenden Lösungen sprechen, ist in einem anderen Beitrag anschaulich erklärt worden. Der vorliegende Beitrag soll auf verschiedene Diffusionswirkungen in Hornstein aufmerksam machen.
Risse können die Diffusion auf gegensätzliche Weise beeinflussen: Sie bieten leichte Diffusionswege in Längsrichtung, aber behindern die Diffusion quer dazu. Abb.1 zeigt als auffälliges Beispiel einen Riss mit schmaler Öffnung, im Bild nur als dünne Linie sichtbar, aber mit einem großen Einflussbereich.
crack as an easy diffusion pathAbb.1: Riss als dünne Linie, beiderseits mit breitem Diffusionsbereich, zufällig gequert von zwei unbeteiligten Rissen ohne Diffusionsbereich. Bildbreite 4mm.

Anscheinend kam eine Substanz den Riss entlang, wahrscheinlich durch Oberflächendiffusion entlang der Rissflächen, und  bewirkte, dass der Hämatit, der den Chalzedon rot gefärbt hat, sich in den gelben Goethit umwandelte. Ein Teil des Goethits wurde zu einer farblosen löslichen Eisenverbindung reduziert, die wahrscheinlich durch Diffusion aus dem Bereich des Risses verschwand.
Die Anordnung der drei nahezu geraden Risse in Abb.1 ist aus mechanischer Sicht bemerkenswert. Jeder Riss entstand unabhängig von den zwei anderen, folglich müssen sie zu sehr verschiedenen Zeiten entstanden sein.
Der Riss von links oben nach rechts unten muss der älteste sein. Seine Öffnung (20µm) ist völlig ausgeheilt, so dass er nicht als mechanische Inhomogenität wirkt. Das muss schon so gewesen sei, als der waagerechte Riss von links kam und den ersten unbeeinflusst kreuzte. Der
waagerechte Riss muss auch ausgeheilt gewesen sein, als der dritte Riss ihn kreuzte. (Dieser ist noch offen, was ihn als dritten und letzten ausweist.) Offenbar war die Diffusion im Gange, während der waagerechte Riss offen war, also mit großem zeitlichem Abstand zu den zwei anderen Rissen. Eine sehr kleine Deformation der gelben und entfärbten Teile der Diffusionszone beweist, dass der erste Riss die Diffusion ein wenig beeinflusste, obwohl er den Verlauf des zweiten Risses nicht beeinflusste.
cracks as diffusion barriers

Abb.2: Risse als Diffusionsbarrieren in Hornstein mit körnigen Ausscheidungen.

Aus der gleichmäßigen Verteilung der unbekannten Körnchen in einem kleine Teil des Fundstücks (Abb.2) ist zu schließen, dass diese zuerst entstanden. Dann kam der schräge Riss. Dieser heilte aus, bevor der senkrechte Riss ihn unbeeinflusst kreuzte.
Es ist nicht leicht, die Abfolge von Färbung und /oder Bleichung der Körnchen zu rekonstruieren. Zumindest teilweise müssen solche Prozesse im Gange gewesen sein, als der senkrechte Riss schon vorhanden und wie jetzt mit kristallinem Quarz gefüllt war. Das folgt aus der Beobachtung, dass dieser nicht als leichter Diffusionsweg wirkte. Folglich kann man 
als einfachste Version annehmen, die Diffusionsbarrieren als Ursache der Farbunterschiede sind nicht die Risse selbst, sondern die Füllung der ausgeheilten Risse. Es ist anscheinend hier nicht erkennbar, ob die Diffusion einer Substanz durch den Chalzedon bis an einen ausgeheilten Riss heran eine Färbung oder Bleichung bewirkt hat.
Hier zeigt es sich wieder, dass es Grenzflächen im Chalzedon gibt, wie die auf Querschnitten in Abb.1,2 als Linien sichtbaren Flächen der ausgeheilten Risse, die keine mechanische Auswirkung haben, aber als Diffusionsbarriere wirken. Die Erklärung scheint in der molekularen Struktur verborgen zu sein. 
Andere kleine Bereiche des gleichen Fundstücks eignen sich für die Betrachtung von Diffusionswirkungen ohne Komplikation durch Risse. Abb.3 zeigt Ausscheidungen des gleichen Typs wie in Abb.2. Die höhere Vergrößerung liefert keinen eindeutigen Hinweis auf eine Erklärung

enigmatc preciipitates in Permian chert
Abb.3: Rätselhafte Klumpen, ca. 40µm, in milchig-weißem Chalzedon. Bildbreite 1.2mm.

Mit dem Beleg für Bleichen in Abb.1 und vielleicht auch in Abb.2 kann man als eine Möglichkeit annehmen, dass die blassen Klumpen in Abb.3 von rot zu farblos gebleicht wurden. Der auffällige weiße Punkt in der Mitte einiger blasser Klumpen könnte für denkmögliche Erklärungen bedeutsam sein: 
(1) Ein langsam
sich auflösendes mineralisches Korn in Kieselgel könnte die Bildung des Klumpens ausgelöst haben, der sich später mit Hämatit färbte.
(2)
Blaualgen könnten aus unbekanntem Grund bevorzugt um den weißen Punkt herum gewachsen sein und einen Klumpen aus organischem Gel produziert haben, außerdem Sauerstoff, der die Abscheidung von Hämatit auf dem Klumpen bewirkte.

Für (2) spricht der dunkle Belag auf manchen Klumpen, besonders auf den roten. Es ist möglicherweise die letzte Lage der Blaualgen, die über die rote Ablagerung hinaus gewachsen waren, um an das Licht zu gelangen, wie es von den Blaualgen in den gebänderten Eisenerzen bekannt ist [1].

Die Bilder wurden an einem Hornstein-Geröll aufgenommen, gefunden an der bekannten Fundstelle fossilhaltiger Gerölle bei Kleinnaundorf 
(Kohlenstr.), Freital, Döhlener Becken, Unter-Perm (Rotliegend).

Dieses Fundstück enthält deformierte Wedelstiele und Fiederblättchen mit gegabelten Adern und 4-zähligen Synangien des Baumfarns
Scolecopteris, außerdem Häutungsreste des Kleinkrebses Uronectes und Pilzhyphen. Abschließend sei folgendes erwähnt: Scolecopteris, der "Madenfarn", ist in diesen Hornsteinen häufig zu finden, Häutungsreste von Uronectes sind deutlich seltener, und Pilzhyphen sind sehr selten.   
Fundstück: gefunden von H. Ahlheim, bearbeitet und übergeben von H. Albrecht, Dresden; aufbewahrt in der eigenen Sammlung unter Bu7/207 .

H.-J. Weiss     2015


[1]  T.N. Taylor et al.: Paleobotany. Elsevier 2009
Scolecopteris pinnule cross-section, Sardinia Permian Chert News13

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