Die Entstehung von Schiefer

Die Ablagerung von Tonschlamm

Schiefer kann verschiedene Materialquellen und Ablagerungsräume besitzen.  Aber für den klassischen Schiefer ist der passive Kontinentalrand das typische Ablagerungsgebiet, in welchem feiner Tonschlamm abgelagert wird.  Die Materialquelle für diesen Tonschlamm sind die Kontinente mit ihren weit ausgedehnten Hinterländern.

Der Verwitterungsschutt des Festlandes gelangt durch Wind und Flußssysteme in Strandbereiche, um dort von Meeresströmungen in tiefere Meeresräume transportiert zu werden.  Hierbei kommt es zu einer Kornsortierung:  je landferner, desto feiner sind jene abgelagerten Partikel, wobei
Ablagerungsmöglichkeiten von mehreren 100 m bis zu einigen 1.000 m erreicht werden. 

Neben vielen anderen werden vor allem die schieferbildenden Minerale Quarz, Feldspat und Glimmer abgelagert. 

Neben diesen physikalischen Prozessen laufen aber auch zahlreiche chemische Vorgänge ab.  Die Themen Kalk (Kalk = Karbonat), Kohlenstoff und Eisensulfid stellen ein Dauerthema dar und der Gehalt dieser drei Komponenten spiegelt die Ablagerungsbedingen wider:

Mit zunehmender Wassertiefe  verändern sich die chemischen Bedingungen im Meereswasser:  Ab Tiefen zwischen ca. 4.500-5.000 m wird Kalk vollständig aufgelöst.  Unterhalb dieser "Kalk-Kompensations-Grenze" besitzen Tonschlämme sehr wenig bzw. keinen Kalk.

Parallel dazu verringert sich der Sauerstoffgehalt und es herrscht ein sogenanntes reduzierendes Milieu.  Einfacher gesagt, die herabsinkenden organischen Reste werden nicht vollständig zersetzt und es kann ein fauliger kohlenstoffreicher Schlamm entstehen.  Dieser ist charakterisiert durch eine dunkle Farbe (= Kohlenstoff) und kann erhöhte Pyritgehalte aufweisen.  Ein extremes Endergebnis ist der sogenannte Rußschiefer. 

Während sich also mit zunehmender Tiefe der Kalkgehalt verringert, nimmt der Gehalt an Kohlenstoff und Sulfiden zu.

Die Umwandlung von Tonschlamm zum Tonstein

Die Ablagerungsmöglichkeiten führen zu einer Kompaktion, die sich bei Temperaturen um 300 bis 350 °C und bei Drücken von 2-4 kbar vollzieht. Der abgelagerte Tonschlamm wird mit zunehmendem überlagerungsdruck immer mehr verdichtet und das darin enthaltene Wasser herausgepreßt.  Zeitgleich dazu nimmt der Porenraum dramatisch ab und die abgelagerten Partikel regeln sich ein, was in einer ausgeprägten Schichtung resultiert
Diese zunehmender Versenkung ist mit der Erhöhung von Druck und Temperatur verbunden, bei der der Tonschlamm in einen Tonstein umgewandelt wird.  Es handelt sich hiermit um eine erste echte Gesteinswerdung , d.h. vom Locker- "gestein" zu einem Festgestein.

Die Umwandlung von Tonstein zu Schiefer

Der klassische Schiefer ist ein Produkt der Gebirgsbildung.  Während dieser werden die Gesteine in die Tiefe gefaltet, geraten dadurch innerhalb langer Zeiträume in höhere Druck- und Temperaturbereiche und werden schließlich umgewandelt. Faltung führt zur Einengung des Tonsteins und die Minerale reagieren mit Einregelung.  Dadurch entsteht die Schieferung mit einer straffen Orientierung der Minerale:

  • Minerale werden umorientiert, rekristallisiert oder in völlig andere Minerale umgewandelt.
  • vorher existierende Gefüge wie z.B. die Schichtung werden in vielen Fällen völlig überprägt.

Umorientierung und Rekristallisation sind bei der Entstehung von Schiefer die wichtigsten Prozesse, da sie die Schieferung hervorbringen.