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Schiefer
(Tonschiefer oder Glimmerschiefer) bezeichnet
ein metamorphes Gestein, das aus einer Umwandlung
von Tonstein entstanden ist. Die Schieferung geht auf eine
Einregelung der Schichtsilikate zurück, die durch Verfor-
mung verursacht wird. Der Kupferschiefer ist hingegen ein
Tonstein
, also ein Sediment. Wie manche andere Tonsteine
(Schieferton) kann er ebenfalls zu dünnen Platten gespalten
werden, was aber mit der ursprünglichen sedimentären
Schichtung zusammenhängt.
Nun folgte der Kupferschiefer (
.
Abb. 5.1
), der auf einer Fläche
von mehr als 600 000 km
2
verbreitet ist. Es handelt sich um einen
sogenannten Schwarzschiefer (Schwarzpelit), einen dunkel ge-
färbten Tonstein, der deutliche Hinweise auf ein verringertes
Sauerstoffangebot während der Ablagerung zeigt. Die dunkle
Färbung rührt von dem hohen Gehalt an organischen Substan-
zen her, im Kupferschiefer sind das durchschnittlich 5 %. Nach
oben hin nimmt der Gehalt an Karbonat zu, das Gestein geht in
einen dunkelgrauen Mergel über.
Ähnliche anoxische Bedingungen herrschen heute im
Schwarzen Meer, nach dessen lateinischem Namen ein anoxi-
sches, H
2
S-reiches Milieu und die darin abgelagerten Sedimente
als euxinisch bezeichnet werden. Das Schwarze Meer hat eine
salzarme Wasserschicht über einer salzreichen, schwereren
Wasserschicht, zwischen denen kaum ein Austausch erfolgt.
Durch die geringe Zirkulation ist das Wasser im tiefsten Teil des
Beckens anoxisch. Am Meeresgrund sammelt sich ein Faul-
schlamm (Sapropel) an, der bis zu 35 % organische Substanzen
enthalten kann, wobei die anoxischen Bedingungen es möglich
machen, dass diese erhalten bleiben. Entsprechend sind Schwarz-
schiefer auch ein wichtiges Muttergestein für Erdöl und Erdgas
(
7
Kap. 6
). Wegen des Sauerstoffmangels können die meisten
Lebewesen nicht in diesem Milieu existieren, aber sulfatreduzie-
rende Bakterien fühlen sich hier besonders wohl. Statt Sauerstoff
verwenden sie Sulfat aus dem Meerwasser als Oxidationsmittel,
um Energie zu gewinnen, oxidiert werden organische Substanz
oder Wasserstoff. Diese Bakterien scheiden Schwefelwasserstoff
aus, zusammen mit Wasser, CO
2
und organischen Substanzen.
Der Schwefelwasserstoff sorgt für noch lebensfeindlichere Be-
dingungen, zugleich kommt es zur Ausfällung von Pyrit und
Markasit (beide: FeS
2
). Das passiert insbesondere frühgenetisch
im noch nicht oder nur leicht verfestigten Schlamm. Pyrit und
Markasit bilden vor allem fein verteilte, winzige Mineralkörner,
aber auch winzige runde Aggregate, sogenannte Framboide.
Häufig werden auch Fossilien wie Fische und Muscheln durch
Pyrit und Markasit ersetzt. Aus dem Kupferschiefer sind zahl-
reiche Fossilien bekannt (
.
Abb. 5.2
), viele Fische und Brachio-
poden, aber auch Reptilien (Haubold et al. 2006). Die anoxischen
Bedingungen waren vermutlich nur lokal und auf einen Teil der
Wassers äule begrenzt.
Anschließend verdunstete das Zechsteinmeer langsam, aus
dem immer stärker konzentrierten Meerwasser wurden erst
wenige Meter Kalkstein abgelagert, die ebenfalls organische
Substanzen enthalten, dann Anhydrit und schließlich mächtiges
Salz (
7
Abschn. 5.7
), weitere Zyklen mit Evaporiten folgten.
Abb. 5.1
Wenige Millimeter dickes »Erzlineal« im Kupferschiefer.
Reichenbergschacht bei Dens, südlich Sontra (Hessen). Das Grüne
sind an der Luft gebildete Sekundärminerale, das Gelbliche die
primären Sulfide. © F. Neukirchen / Mineralogische Sammlungen
der TU Berlin.
Abb. 5.2
Ein zu Bornit (Buntkupferkies, Cu
5
FeS
4
) versteinerter Fisch
(
Palaeoniscus freieslebeni
) aus dem Mansfelder Kupferschiefer.
© F. Neukirchen / Mineralogische Sammlungen der TU Berlin.
Nach dem Perm schloss sich die Überdeckung mit weiteren
Sedimenten an.
Die Anreicherung mit Kupfer und anderen Metallen folgte
erst während der späten Diagenese, bei Temperaturen zwischen
80 und 140 °C. Das passierte wohl über einen langen Zeitraum
hinweg, insbesondere in der Trias und im frühen Jura, allerdings
nicht überall. Im unterlagernden Rotliegenden kam es zu einem
großräumigen Strom von salzigem Formationswasser, das oxi-
diert war und bestimmte Metalle aus dem Sandstein und den
eingeschalteten Vulkaniten gelaugt hatte. Insbesondere am süd-
lichen Rand des Beckens und an Schwellen (die von poröseren
Sedimenten umgeben sind) drang das Wasser in die reduzierten
Zechsteinsedimente ein. Die plötzliche Änderung des Redox-
potenzials löste eine Reihe von Reaktionen aus.
Im Extremfall verschwanden die Sulfide des Kupferschiefers
und ein guter Teil der organischen Substanz, stattdessen wurde
Hämatit ausgefällt. Diese oxidierten rötlichen Zonen sind kup-
ferarm, die Bergleute nannten sie »Rote Fäule«. In weiten Teilen
des Beckens liegt die Redoxfront in den Sandsteinen unter dem
