Waagerechte Schichten und Platten im Hornstein

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Achate mit waagerechten Chalzedonlagen, bei Sammlern als Uruguay-Bänder oder Onyx bekannt, sind faszinierend und umstritten. Derartige Bildungen gibt es auch in Hornsteinen (Fig.1). In den unter-devonischen Hornsteinen von Rhynie, Schottland, (Rhynie Chert) sind sie häufig, in anderen Hornsteinen seltener. Sie haben immer wieder zu der Vorstellung verleitet, sie seien durch Ablagerung von SiO₂ in einem Hohlraum mit veränderlichem Wasserspiegel entstanden. Trotz gegenteiliger Beweise ist diese trügerisch einsichtige Idee noch weit verbreitet. Die Idee ist so leicht widerlegbar, dass man sich wundern muss, warum sie noch in neuen wissenschaftlichen Arbeiten auftaucht, wie z.B. in [1,2].

Abb.1:  Stapel farbiger Schichten in einem Hohlraum in Rhynie Chert, dazwischen leere Schichten, teilweise mit Quarzkristallen;  Orientierung erkennbar am Rhizom-Querschnitt mit Rhizoiden an der Unterseite.
Foto: J. Gardavsky .

Abb.2:  Querschnitte winziger Koniferen-Nadeln, 0.5mm dick, vor der Verkieselung hohl, angeordnet in spiraligen Reihen an einem in der Tiefe verborgenen Zweig, mit  waagerechten Schichten in der Chalzedon-Füllung; erster Fund von Nadeln in den unter-permischen Hornsteinen des Döhlener Beckens, Deutschland.

Wäre ein Wasserspiegel beteiligt gewesen, so gingen die Schichten nicht gerade hindurch, sondern wären an den Rändern aufwärts gebogen, zu einer krummen Fläche, die als Meniskus bekannt ist. Besonders beweiskräftig sind die Schichten in sehr kleinen Hohlräumen. In einem millimetergroßen Hohlraum mit benetzbaren Wänden, der teilweise mit Wasser gefüllt ist, zieht das Wasser die Luft zu einer kugelförmigen Blase zusammen, so dass es keinen Wasserspiegel gibt, sondern eine kugelförmige Wasseroberfläche. Da auch die kleinsten waagerechten Schichten im Chalzedon genau eben sind (Abb.2), können sie nicht an einer Wasseroberfläche entstanden sein.
Die Tatsache, dass eine winzige Menge Luft im Wasser die Form einer Blase hat, ist einfach damit zu erklären, dass im Millimeter-Bereich und darunter die Oberflächenspannung sich stärker auswirkt als die Schwerkraft. Das wurde in [2] nicht beachtet: Dort argumentierte man mit dem Einfluss der Schwerkraft auf die Sedimentation im Innern von Pflanzenzellen, aber die viel stärkere Wirkung der Oberflächenspannung wurde nicht betrachtet.
Gelöstes SiO₂ oder Kieselsäure formt bekanntlich molekulare Cluster verschiedener Größe. Die Cluster können so groß werden, dass sie sich absetzen und eine wohldefinierte waagerechte Grenzfläche bilden. Bindung zwischen den Clustern macht die Emulsion oder Schlempe eventuell zu Gel, und durch Kristallisation kann daraus Chalzedon werden. Dieser Vorgang kann durch die Anwesenheit kleiner Anteile anderer Minerale abgewandelt werden, auch durch veränderliche Parameter wie Tempratur, pH-Wert, etc., so dass er mit veränderlicher Geschwindigkeit abläuft, wobei Schichten verschiedenen Aussehens und verschiedener Mikrostruktur entstehen, wie man sie von Achaten kennt und wie sie in Abb.1 zu sehen sind.

Abb.3:  Waagerechte Chalzedonplatte frei stehend in einem Hohlraum in Rhynie Chert: Beleg für das Auflösen unterer Schichten. Foto: J. Gardavsky.

Veränderliche Bedingungen können sogar Stadien des Prozesses umkehren, wobei eine Schicht sich auflösen kann. Wenn das nicht die oberste Schicht ist, entsteht eine Lücke im Schichtstapel, die sich gegebenenfalls nie wieder schließt. Solche Lücken sind im Rhynie Chert nicht selten. Sie bieten eine einfache Erklärung für die gelegentlich in Hohlräumen des Hornsteins anzutreffenden frei stehenden waagerechten Platten (Abb.3).
Es sei hier angemerkt, dass man keine Szenarien für Stofftransport mittels Strömungen durch Hohlräume erfinden muss, wie es manchmal in Erklärungsversuchen zur Achatbildung getan wird. Die Diffusion von SiO₂ durch Flüssigkeit, Gel, oder entlang der Korngrenzen kristalliner Phasen ist das hier wirksame Transportprinzip.

H.-J. Weiss     2007

[1] J.L. Holloway : Sedimentation in vesicles: Interpretation of geopetal fabrics in amygdaloidal agates,
      The Geological Society of America, 54. Annual Meeting (March 2005).
[2] A. Channing, D. Edwards : Experimental taphonomy: silicification of plants in Yellowstone hot spring environments,
     Trans. Roy Soc. Edinburgh, Earth Sciences 94(2004 for 2003), 503-521.

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