GEOLOGIE

Entstehung von Schiefer - Einleitung

Schiefer ist ein Produkt der Natur, hervorgegangen aus einer Vielzahl geologischer Prozesse, die ihren Ausdruck im mineralogischen Aufbau und im Gefüge finden. Diese geologischen Parameter sind für die qualitative Charakterisierung eines Schiefers äußerst wichtig.
Die gesteinstechnischen Werte wie z. B. Biegefestigkeit oder Wasseraufnahme reflektieren in einer wissenschaftlich noch nicht näher definierten Form die geologischen Parameter.
Im folgenden können Sie sich über die Entstehung und den Aufbau von Schiefer informieren. Wenn Sie Fragen haben, wenden Sie sich bitte an uns und wir werden versuchen, Ihnen weiterzuhelfen. 

Entstehung von Schiefer

Ein Schiefer durchläuft mehrere Stadien während seiner Entstehung. Als erstes lagert sich Tonschlamm im Meer ab. Das Material für diesen Tonschlamm ist Verwitterungsschutt, der durch Wind und Flüsse vom kontinentalen Festland zum Meer transportiert und anschließend in feinen Schichten abgelagert wird.

Bei der Ablagerung können Mächtigkeiten bis zu mehreren 1.000 m erreicht werden, so daß sich der Überlagerungsdruck erhöht und durch die Kompaktion der Tonschlamm in einen Tonstein umgewandelt wird. Der Tonstein spaltet nach der hierbei entstandenen Schichtung, die so fein ausgebildet ist, daß sie einer Schieferung ähnelt. Schichtungsmerkmale wie Strukturen und Farben sind sehr deutlich zu sehen und erhöhen die Attraktivität solcher Schiefer.

Während gebirgsbildender Prozesse wird der Tonstein einem höheren seitlichen Druck und höheren Temperaturen ausgesetzt. Dabei beträgt der Druck bis zu 5 kbar und die Temperatur liegt zwischen 300 °C und 350 °C (Quelle: Bruce, W. D. Y.). Der Tonstein wird in einen Tonschiefer umgewandelt und es entsteht die eigentliche Schieferung. Die Schieferung überprägt die Schichtung und somit spaltet der Schiefer ausschließlich nach der Schieferung. Schichtung und Schieferung nehmen einen Winkel ein. Dabei handelt es sich um einen Transversalschiefer.
Für den Bodenbereich werden Schiefer verwendet, die sowohl nach der Schichtung als auch nach der Schieferung spalten. Bei Dachschiefer handelt es sich in der Regel um einen Transversalschiefer.

Wenn sich die Druck- und Temperaturverhältnisse erhöhen, kann ein Glimmerschiefer entstehen. Glimmerschiefer zeigen ein anderes Aussehen als Tonschiefer. So kann die Schieferung gelegentlich leicht wellig sein oder kleinste Verfältelungen (Runzeln) zeigen. Die Oberfläche besitzt oft einen auffällig silbrigen Glanz und vereinzelt können auch größere Minerale wie z. B. Granat eingesprenkelt sein.

Bildungsraum

Schiefergebirge

Der mineralogische Aufbau von Schiefer

Man unterteilt die gesteinsbildenden Minerale nach ihrem Anteil im Gestein in zwei Hauptgruppen: die Haupt- und Nebengemengteile.
Die Hauptgemengteile beinen diejenigen Minerale, die hauptsächlich ein Gestein aufbauen. Bei Schiefer sind dies die starren sowie elastischen Minerale, die einen Anteil von mindestens 95 % am Aufbau haben.
Zu den Nebengemengteilen gehören Minerale, die seltener vorkommen bzw. in sehr geringen Anteilen am Schieferaufbau beteiligt sind. Wenn sie weniger als 3 % betragen, nennt man sie auch Akzessorien. Folgende Eselsbrücke für die Hauptminerale von Schiefer ist sehr nützlich:

Die unterschiedlichen Eigenschaften der einzelnen Minerale sind hier tabellarisch aufgelistet und erläutert.

Mit Kenntnis des mineralogischen Aufbaus kann man Rückschlüsse auf das Verwitterungs -und Alterungsverhalten von Gesteinen ziehen. Daneben kann man mit entsprechender Erfahrung Aussagen über die Härte sowie das Verarbeitungsverhalten eines Schiefers treffen.
Bei der Einschätzung der Schieferqualität ist einer mineralogischen immer der Vorrang gegenüber einer chemischen Analyse zu geben. So kann man zwar chemisch den Karbonatgehalt bestimmen, aber welches Karbonatmineral tatsächlich im Schiefer vorkommt, läßt sich daraus nicht sicher ableiten.

Eisensulfidminerale
Eisensulfid kann in Form verschiedener Minerale auftreten, die ein unterschiedliches Verwitterungsverhalten besitzen. Die Minerale können konzentriert in Lagen, als haufenartige Ansammlung oder fein verteilt im Schiefer auftreten. Eisensulfide verwittern relativ leicht und verursachen als Eisenhydroxid eine bräunliche Färbung.

Zusätzlich können sie bei Reaktion mit Wasser und Sauerstoff Schwefelsäure bilden und somit z. B. Karbonate angreifen. Dies kann zu mattem Glanz oder Gefügeauflockerungen führen.

Karbonatminerale
Die Karbonate umfassen ein größere Gruppe von Mineralen. In einigen Mineralen ist neben Kalzium zusätzlich Eisen oder Magnesium eingebaut. Also auch Karbonate können Braunfärbungen verursachen. Dies bedeutet, daß der Einfluß von Karbonat auf die Gesteinsqualität vom jeweiligen Karbonatmineral abhängt.

Karbonate reagieren sehr leicht, d. h. sie können in Gebieten mit z. B. saurem Regen schnell gelöst werden. Das in der Atmosphäre enthaltene Kohlendioxid kann Karbonat in Hydrogenkarbonat umwandeln und dieses ist wasserlöslich. Wird Hydrogenkarbonat abgeführt, kann dies eine Aufrauhung der Spaltflächen, Gefügeauflockerungen und bei hohen Gehalten die Zerstörung der Schieferplatte zur Folge haben.

Bei Anwesenheit von Sulfid kann weiterhin Gips gebildet werden. Dieser hat ein höheres Volumen und somit kann es zu Spannungen im Gefüge und daher zu Gefügeauflockerungen im Schiefer kommen.

Infolge höheren Kalzium-Angebotes wird auch die Bewuchsfreundlichkeit des Schiefers durch Moose und Flechten begünstigt. Zusätzlich kann es zur Veränderung des Verhaltens im Frost-Tau-Wechselversuch führen.



Das Gefüge von Schiefer

Bei Tonschiefer unterscheidet man grundsätzlich drei Typen:

Wenn der Schiefer eine sehr feine Schichtung zeigt und diese regelmäßig ausgebildet ist, spaltet das Gestein nach der Schichtung. Aufgrund der oft hervorragenden Spaltbarkeit wird die Schichtung oft auch als Schieferung und das Gestein daher als Schiefer bezeichnet.

Die klassische Schieferung entsteht durch Umkristallisation und Umorientierung der Minerale und wird Transversalschieferung genannt. Diese Transversalschieferung schneidet die überprägte Schichtung in einem bestimmten Winkel. Die Schichtung ist in diesem Fall mechanisch inaktiv, d. h. der Schiefer spaltet ausschließlich nach der Schieferung.

Neben der Schieferung können andere Phänomene das mechanische Verhalten des Schiefers beeinflussen, wie z. B. Mikrorisse oder Quarzadern, die zum Bruch führen können. Für die Untersuchung des Schiefergefüges ist es daher wichtig, sämtliche strukturelle Erscheinungen einzubeziehen.



Chemische Komponenten von Schiefer

Die wichtigsten chemischen Komponenten sind bei Schiefer Karbonat und Kohlenstoff. Die Kenntnis über den Gehalt an Karbonat erlaubt Rückschlüsse auf das Langzeitverhalten hinsichtlich der Alterung und der Farbgebung eines Schiefers. Hohe Gehalte können die Festigkeit eines Schiefers herabsetzen.
Die chemische Analyse gibt keine Auskunft, welche Karbonatminerale im Schiefer auftreten. Eine bessere Information erhält man mit der Bestimmung der Gehalte an Karbonatmineralen. Daher ist die mineralogischen Analyse immer zu bevorzugen.

Im Schiefer tritt Kohlenstoff in verschiedenen Formen auf. Von wesentlicher Bedeutung ist der organische Kohlenstoff (= C_org.), der eine Art gestaltlose bituminöse Masse darstellt. Dieser organische Kohlenstoff stammt aus abgelagerten organischen Resten und bewirkt die dunkle Färbung eines Schiefers.

= C_org. kann zu Kohlendioxid (CO₂) oxydieren, somit aus dem Schiefer entweichen und dadurch Aufhellungen beim Schiefer bewirken. Aufhellungen haben keinen Einfluß auf die Festigkeit eines Schiefers, vielmehr führen sie zu der für Schiefer typische Lebhaftigkeit.