7.) "Vulkanismus in Form": Basaltsäulen an der Maria-Hilf-Kapelle auf der Landskrone

Betreuer: Dr. Renate Schumacher, Dr. Irma Schmid & Dana Vlcek

Anfahrt: Von Bonn kommend auf der A 565 und anschließend auf der A 61 Richtung Koblenz, am Autobahnkreuz 30-Dreieck Bad Neuenahr-Ahrweiler rechts halten und den Schildern A573 in Richtung Bad Neuenahr-Ahrweiler folgen, weiter auf B266. Der Bahnhof befindet sich auf der rechten Seite, nördlich der Ahr, schräg gegenüber der „Grazer Stuben“ (Fahrzeit von Bonn ca. 25 Minuten).

Die Parkmöglichkeiten sind sehr begrenzt, evtl. 500 m weiter rechts nach Heimersheim abbiegen und südlich der Ahr im Industrieviertel parken (siehe Abb. 1).

Fußweg: Vom Bahnhof Heimersheim überqueren Sie die B266 und nehmen am Ortsschild Heppingen den breiten Fußweg bergauf (Abb. 2). Vom Ausgangsort gut sichtbar ist das Kreuz auf dem „Gipfel“ der Landskrone.

Folgen Sie den grünen Hinweisschildern zur Landskrone (Abb. 3) etwa 20 Minuten zu Fuß bis zur Kapelle Maria-Hilf, die sich 50 m unterhalb des Gipfels befindet (mehrere Wege führen zum Ziel). Der Baumbewuchs mit Kiefern auf Untergrund aus devonischen Gesteinen weicht einem Eichenbewuchs, sobald der Untergrund aus Basalt besteht.

Adresseingabe (Navi): Bahnhof Heimersheim, Bad Neuenahr-Ahrweiler

Geokoordinaten: 50°33’06,44‘‘N, 7°10’16,16‘‘O, Höhe 222 m


Abb. 1: Größere Karte anzeigen

 

Abb. 2. Ausgangspunkt der Wanderung am Ortsschild Heppingen. Im Hintergrund gut sichtbar ist der Basaltkegel der Landskrone, Foto: R. Schumacher. Abb. 3. Grünes Hinweisschild zur Landskrone, Foto: R. Schumacher.

Der Basalt der Landskrone

Die markante, 272 m hohe Kuppe der Landskrone besteht aus Basalt, der sich im geologischen Zeitalter Tertiär seinen Weg durch devonische Grauwacken, Schiefer und Sandsteine Richtung Erdoberfläche gebahnt hat. Das genaue Alter des Basalts wurde noch nicht bestimmt, jedoch liegen Altersbestimmungen der Basalte des etwa 5 km nord-westlich befindlichen Americhs und des etwa 5 km süd-westlich befindlichen Neuenahrer Bergs vor (Lippolt & Fuhrmann, 1980). Die Bestimmungen am Gesamtgestein nach der Kalium-Argon Methode ergaben ein Alter von 26 +/- 2 Millionen Jahren für den Americh-Basalt (Abb. 4, Nr. 2) und von 35 +/- 2 Millionen Jahren für den Basalt des Neuenahrer Bergs (Abb. 4, Nr. 1). Der Vulkanismus unseres Georallye-Stopps kann demnach zum Hocheifelvulkanismus gerechnet werden.


Abb. 4. Die Verbreitung tertiärer vulkanischer Gesteine im Ahr-Gebiet mit Probenpunkten der Altersbestimmungen von Lippolt & Fuhrmann (1980). Der Basalt der Landskrone befindet sich zwischen den Punkten 1 und 2.

Das besondere am Basalt der Landskrone ist seine Ausbildung zu mehr oder weniger wohlgeformten Basaltsäulen, die entstehen, wenn sich die etwa 1000°C heiße Lava beim Abkühlen zusammen zieht (Abb. 5). Sie sind vergleichbar mit den kantigen Trockenrissen eines schlammigen Bodens, setzen sich aber im Gegensatz zu diesen von der Erdoberfläche ins Erdinnere fort. Ihre Längserstreckung ist immer senkrecht zur Grenzfläche des Lavastroms.

Abb. 5. Entstehung von Basaltsäulen senkrecht zur Abkühlungsfläche und damit meist senkrecht zur Oberfläche, Grafik I. Schmid.

Im Aufschluss fällt außerdem auf, dass wir es mit einem klassischen, zweigeteilten Lavastrom zu tun haben (Abb. 6): Die Basaltsäulen des oberen Bereichs sind dünn und unregelmäßig, die des unteren Bereichs dick und wohlgeformt. Wie ideal die 5-6 eckige Formen ausfallen, hängt von der Zusammensetzung der Lava und von ihrer Abkühlgeschwindigkeit ab. In unserem Fall besteht der obere irreguläre Bereich genauso wie der untere wohlgeformte Bereich aus dem gleichen Basalt. Der Grund für die Zweiteilung muss also in der Abkühlungsgeschichte liegen. Wenn der Lavastrom auf den Erdboden geflossen ist, gibt er schnell viel Wärme nach oben und langsam weniger Wärme nach unten in den Boden ab. Das bedeutet, dass eine Front gleicher Temperatur (die Isothermenfront) langsam von unten nach oben wandert und eine zweite schneller von oben nach unten. Da die Front der Säulenbildung parallel zu den Isothermen verläuft, treffen dünne und dicke Säulen etwa im unteren Drittel des Lavastroms in einer fast ebenen Fläche aufeinander. Hierzu haben Kattenhorn & Schaefer (2007) verschiedene Szenarien experimentell simuliert, wobei ein Ergebnis in Abb. 7 wieder gegeben ist.

 


Abb. 6. Der zweigeteilte Basalt-Lavastrom an der Maria-Hilf Kapelle
mit unregelmäßigen Basaltsäulen im oberen Teil und wohlgeformten
Basaltsäulen im unteren Teil, Foto: R. Schumacher.



Abb. 7. Simulierung der Abkühlung eines basaltischen
Lavastroms 265 Tage nachdem er ausgeflossen ist (Kattenhorn & Schaefer, 2007).
Die blauen Farben repräsentieren kühlere, die roten wärmere Temperaturen.


Wie sieht der Basalt im Detail aus?

Basalte entstehen aus Schmelzen, die im Vergleich zu granitischen Schmelzen relativ hohe Gehalte an Calcium, Eisen und Magnesium aufweisen

Tab. 1. Hauptelemente des Basalts der Landskrone in Gew. %, Röntgenfluoreszenz-Analyse durchgeführt von R. Hoffbauer

Probe
L1 L3
SiO2 44,02 45,27
Al2O3 13,18 13,15
Fe2O3* 11,20 11,10
TiO2 2,40 2,44
MnO 0,18 0,17
MgO 9,53 8,87
CaO 11,10 11,34
Na2O 2,83 2,80
K2O 1,25 1,25
P2O5 0,67 0,67
SO3 0,16 0,19
L.O.I. ** 1,88 1,13
Summe 98,40 98,38


* Der gesamte Gehalt an Eisenoxid (FeO +Fe2O3) wird als Fe2O3 gemessen
** L.O.I. = "Lost on ignition" = Glühverlustbestimmung bei 1100°C.
Bei 1100°C entweichen organische Rückstände, Feuchtigkeit, Kristallwasser, CO2 aus Karbonat und (OH)-Gruppen.

Dies bedingt, dass nur bestimmte Minerale in der Schmelze kristallisieren können. Hierzu zählen der grüne Olivin, der meist schwarz glänzende Klinopyroxen (Abb. 8) und der helle Plagioklas. Hier und da finden wir im Basalt Gesteinsbruchstücke (Xenolithe), die beim Aufstieg durch das basaltische Magma mitgerissen wurden. Es handelt sich um Schiefer-Bruchstücke aus der Erdkruste und um sogenannte Mantel-Xenolithe, die überwiegend aus Olivin bestehen (Abb. 9). Ihre gelblich-grüne Farbe ist nur im frischen Handstück zu erkennen.


Abb. 8. Schwarze Klinopyroxen-Kristalle im Basalt der Landskrone.
Sie treten an manchen Stellen gehäuft auf
(sog. glomerophyrisches Gefüge), Foto: R. Schumacher.


Abb. 9. Mantel-Xenolith aus einem Olivin-reichen Gestein (Dunit),
Foto: R. Schumacher.

Die einzelnen Minerale und einige ihrer Eigenschaften sind bei der Betrachtung unter dem Polarisationsmikroskop eindrucksvoll zu erkennen. Die Polarisationsmikroskopie wird in der Geologie und Mineralogie zur Untersuchung von Gesteinsproben eingesetzt. Hierfür werden aus 25/1000 mm dünnen Scheiben der Proben Dünnschliffe hergestellt. Anhand verschiedener optischer Eigenschaften (z.B. Farbe, Form etc.) lassen sich die Minerale dann im Basalt gut voneinander unterscheiden. Die bunten Farben (Interferenzfarben) der in Abb. 10 und 11 gezeigten Minerale entstehen durch die Anwendung von zwei im Mikroskop senkrecht zueinander orientierten Polarisationsfiltern. Sie entsprechen nicht der im Handstück erkennbaren Farbe des Minerals.


Abb. 10. Umwandlung eines Olivin-Kristalls unter dem
Polarisationsmikroskop (gekreuzte Polarisatoren,
Bildbreite etwa 0,7 mm), Foto: D. Vlcek


Abb. 11. Zonierung eines Klinopyroxens unter dem
Polarisationsmikroskop (gekreuzte Polarisatoren,
Bildbreite etwa 0,7 mm), Foto: D. Vlcek

Die Grundmasse des Gesteins, die sogenannte Matrix, wird von kleinen Plagioklas-Leisten und Klinopyroxen-Kristallen gebildet. Größere Olivin- und Klinopyroxen- Einsprenglinge, die auch mit dem bloßen Auge im Gestein zu erkennen sind, kann man unter dem Mikroskop ebenfalls besser untersuchen. So sieht man z.B., dass die meisten Olivin-Körner randlich und entlang von Rissen zu sekundären Mineralen wie Eisenoxid umgewandelt sind. Unterschiede in den Interferenzfarben zeigen, dass der Klinopyroxen am Rand eine andere Zusammensetzung aufweist als im Kern. Man spricht von einer Zonierung, die auf Änderung der Bildungsbedingungen während der Kristallisation aus der Schmelze hinweisen (z.B. Erniedrigung der Temperatur beim Abkühlen und Erniedrigung des Drucks beim Aufstieg).
Nach Besuch des Aufschlusses lohnt sich noch eine Spaziergang zur 50 Meter höher gelegenen Ruine der Reichsburg Landskrone. Sie wurde 1206 im Auftrag des Stauferkönigs Philip von Schwaben zum Schutz des damals wichtigsten Verkehrswegs, der Krönungsstraße von Aachen nach Frankfurt errichtet. 1682 wurden ihre bereits durch Brand beschädigten Reste geschleift.

Das Team des Mineralogischen Museums am Steinmann-Institut Bonn, Winfried Koensler, Irma Schmid & Renate Schumacher & Dana Vlcek, freuen sich am 23. Juni 2013 zwischen 10:00 und 17:00 Uhr auf Ihren Besuch.

Literatur:

Lippolt, Hans Joachim & Fuhrmann, Ursula (1980) Vulkanismus der Nordeifel: Datierung von Gang- und Schlotbasalten, Der Aufschluß 31, 540-547.

Kattenhorn, S. A. & Schaefer, C. J. (2007) Thermal-mechanical modeling of cooling history and fracture development in inflationary basalt lava flows, Journal of Volcanology and Geothermal Research 170, 181-197.

Schmincke, Hans-Ulrich (2000) Vulkanismus, 2. Auflage, Wissenschaftliche Buchgesellschaft Darmstadt, 264 Seiten.

http://de.wikipedia.org/wiki/Reichsburg_Landskron