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Lagerstätten


Ton
Ton

Ton aus dem Quartär (vor 400.000 Jahren);
Estland

Siim Sepp

Ton-Lagerstätten (Tone und Bentonit)




Ton - Definition und Charakteristika

Ton ist ein unverfestigtes sedimentäres Gestein aus der Familie der Pelite, welches im wesentlichen aus Mineralpartikeln kleiner 20 μm im Durchmesser besteht. Unter diesen Partikeln herrschen blättchenförmige silikatische Tonminerale mengenmässig vor, deren Teilchendurchmesser meistens kleiner als 2 μm sind. Altersmässig gehören die unverfestigten Tone fast ausschliesslich den jungen erdgeschichtlichen Formationen des Tertiärs und Quartärs an. Die Masse aller tonigen Sedimentgesteine ist jedoch verfestigt. Diese Tongesteine werden als Tonschiefer, Schiefertone und auch als Tonsteine bezeichnet. Sie gehören überwiegend den älteren geologischen Formationen des Meso- und Paläozoikums an.

Unter den Sedimenten herrschen Tone und Tonsteine mit rund 80% weitaus vor. Fast alle Tone sind umgelagert und zeigen eine Schichtung. Bei der Abtragung des primären Verwitterungsdetritus und seinem Transport erfolgt eine Sortierung nach der Korngrösse, Der feinkörnige Ton wird von den gröberen sandigen und kiesigen Bestandteilen getrennt wieder abgelagert. Schon geringe Korngrössenunterschiede rufen eine Schichtung des sedimentierten Materials hervor. In dem ungeschichteten Detritus von Verwitterungsprofilen sind die Tonminerale mit gröberen, noch unzersetzten Gesteins- und Mineralresten vermengt. Beispiel dieser Art sind viele Kaolinlagerstätten, besonderes aber die Böden.

Die Tonminerale sind überwiegend wasserhaltige Aluminiumsilikate. Sie entstehen im wesentlichen bei der Verwitterung von Feldspäten und Glimmern und werden deshalb als Verwitterungsneubildungen bezeichnet. Aus dieser Verwitterung werden SiO2-Tetraeder und Oktaeder durch isomorphen Ersatz mit Al (III) versetzt, Si(IV) wird dabei verdrängt. Die nun negativ geladenen Tetraeder und Oktaeder lagern sich zu Schichten zusammen. Zwischen diesen Schichten können sich Kationen anlagern. Man unterscheidet 2-, 3- und 4-Schichttonminerale, die unterschiehdliche Eigenschaften besitzen. Tonminerale haben eine große aktive Oberfläche und sind definiert auf die Größe <2µm Neben den Tonmineralen enthalten Tone häufig oxidische Eisenminerale (besonders Hämatit und Goethit), Titandioxid als Anatas sowie in den Tropen Aluminiumhydroxide, vor allem Gibbsit. Zusätzlich können Tone noch weitere organische und anorganische Materialien enthalten, die nicht zu den plastischen Eigenschaften beitragen wie z. B. Quarz, Calzit, Dolomit, Feldspäte, Oxide, Hydroxide oder auch kolloidale Kieselsäure, Eisenhydroxidgele oder organische Gele. Ausser den mengenmässig vorherrschenden Verwitterungsneubildungen enthalten die Tone Verwitterungsreste und Mineralneubildungen. Unter den Verwitterungsresten sind widerstandsfähige Minerale vertreten, besonders Quarz, daneben Muscovit und Feldspäte, gelegentlich gebleichte Biotite und seltener Chlorite. Eigenschaften:

Die meisten Tone haben die Fähigkeit, Wasser zu binden und aufzunehmen und damit aufzuquellen. Bei Trockenheit wird das Wasser wieder entzogen und der Ton schrumpft. Tone können entsprechend ihrer Ladung Kationen aufnehmen und auch wieder abgeben. (Kationenaustausch) Tone mit hohem Anteil an Tonmineralien, welche meist plastisch erscheinen, werden als Fetter Ton, die anderen als Magerer Ton bezeichnet.

Tone sind im feuchten Zustand von seifenartiger Konsistenz. Sie haben eine hohe Absorptionskapazität gegenüber allen möglichen anorganischen und organischen Stoffen. Abdichtungsvermögen, nichtnewtonsches Fliessverhalten, Thixotrophie, Plastizität werden entscheidend durch die silikatischen Tonminerale hervorgerufen. Die Farbe der Tone wird durch Gehalt und Art der Eisenoxide bestimmt (gelb bis gelbbrauner Goethit, orangefarbener Lepidokrit, roter Hämatit und rotbrauner bis schwarzer Maghemit). Unter reduzierten Bedingungen treten durch Eisen(II)-Ionen Blaufärbungen auf, die bei der Oxidation an der Luft verschwinden. Bodentone können durch Vivianit blaugefärbt sein, der z.B. unter reduzierten Bedingungen bei kräftiger Phosphatzufuhr in den Unterwasserböden gebildet wird. Die grünliche Färbung spezieller Bodenhorizonte mag mit dem Vorkommen eines blaugrünen Eisenhydroxids (grüner Rost) zusammenhängen. An der Färbung können auch organische Verbindungen beteiligt sein, besonders bei rosaroten, violettroten und bläulichen Tonen. Auch gelbliche und braune Färbungen können von organischen Stoffen herrühren; manche Tone sind durch kohlige Substanzen schwarz verfärbt. Es gibt daher gefärbte Tone, die weiss brennen. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist der Mineralbestand. Danach trennt man kaolinitreiche und smectitreiche Tone. Die (gemeinen) Tone enthalten vor allen Illit, daneben Chlorite, Beimengungen von Kaolinit, Smectiten und Wechsellagerungsmineralen und die üblichen Akzessorien. Tone können entsprechend ihrer Ladung Kationen aufnehmen und auch wieder abgeben. (Kationenaustausch) Tone mit hohem Anteil an Tonmineralien, welche meist plastisch erscheinen, werden als Fetter Ton, die anderen als Magerer Ton bezeichnet. Verwendung

Die Übergangsformen von Kalk zu Ton können nach CORRENS, C.W. (1949) wie folgt unterschieden werden
  • hochprozentiger Kalkstein (bis 95 % Kalk, 5 % Ton)
  • mergeliger Kalk (bis 85 % Kalk, 15 % Ton)
  • Mergelkalk (bis 75 % Kalk, 25 % Ton)
  • Kalkmergel (bis 65 % Kalk, 35 % Ton)
  • Mergel (bis 35 % Kalk, 65 % Ton)
  • Tonmergel (bis 25 % Kalk, 75 % Ton)
  • Mergelton (bis 15 % Kalk, 85 % Ton)
  • mergeliger Ton (bis 5 % Kalk, 95 % Ton)
  • hochprozentiger Ton (bis 0 % Kalk, 100 % Ton)

Verwendung von Ton

Ton ist der wichtigste und älteste Rohstoff für die Herstellung von Keramik. Als Bestandteil von Lehm wird er für die Herstellung von Ziegel benötigt. Daneben wird er zusammen mit Kalkstein zur Produktion von Zement verwendet. In der Bildenden Kunst dient er der Herstellung von Plastiken. Tonminerale werden als Ionenaustauscher, beispielsweise bei der Säuberung von Trinkwasser und zum Entfärben von Lösungen eingesetzt. Insbesondere Montmorillonit wird wegen seiner Wasseraufnahmefähigkeit genutzt, zum Beispiel im Katzenstreu. Kaolinit wird auch in der Papierindustrie als Appreturmittel verwendet, glättet die Oberfläche und nimmt Tinte auf. Blähton (stark porös gebrannter Ton) dient als isolierender Baustoff und für die Hydrokultur. Andere Tone dienen als Abdichtung in Deponien, sind Füll-, Trenn-, und Zuschlagstoffe in Farben, Lebensmitteln und pharmazeutischen Produkten oder werden als Katalysatoren eingesetzt.

Zum Einsatz als Füllstoff, beispielsweise in Kunststoffen, werden Tone zuvor mit organischen Modifikatoren modifiziert, um sie organophil (d.h. hydrophob) zu machen. Dadurch verlieren sie ihre gute Wasseraufnahmefähigkeit, lassen sich aber gut mit organischen Stoffen (z.B. Polymerschmelzen) mischen. Sie können dann als Nanofüllstoff eingesetzt werden.


Ton-Lagerstätten

Unter Ton-Lagerstätten versteht man Lagerstätten feinklastischer Sedimente (Tone, Bentonit und Lehm).

  • Feuerfeste Tone sind Tone (fire clay) mit einem Schmelzpunkt über 1580ºC, während er bei hochfeuerfesten Tonen oberhalb 1730ºC liegen muss. Diese sind im allgemeinen keine Naturprodukte, sondern industrielle Mischungen. Feuerfeste Tone für feinkeramische Zwecke (mit hohem Anteil von Kaolinmineralien und wasserhaltiger Alumosilikaten), (engl.: "Fireclay") entstanden als Absätze in lakustrischen oder brackisch-litoralen Räumen, vor allem aus der Verwitterung von Feldspäten in feucht-warmem Klima. In Deutschland kommt diese Gruppe vor allem im Tertiär vor (z.B. Westerwald); in älteren geologischen Epochen (Oberkarbon, Unterkreide) als Schieferton.
  • Nicht-feuerfeste Tone (Töpfer- und Ziegeltone) mit geringem Anteil an Kaolinmineralien (Kaolin) und hohem Anteil an Illit, vor allem für grobkeramische Tone (Ziegeltone) und Töpfertone, entstanden als Verwitterungsbildungen oder Sedimente in einem weiten Bildungsbereich vom glazialen über das terrestrische bis zum marinen Milieu. Töpfertone sind fette bis magere, oft graue Tone mit einem geringen Gehalt an Flussmitteln, Quarz, Alkalien, Kalkspat usw., die das frühe Dichtbrennen bewirken. Ziegeltone haben einen höheren Gehalt an Flussmitteln und erweichen bereits zwischen 1000ºC und 1150ºC. Infolge des Gehaltes an Eisenhydroxid sind sie meist braun und brennen dann zu roter Farbe durch Entwässerung des Hydroxids zum Oxid.
  • Blähtone: Gesteine variabler Zusammensetzung, die bei Erhitzen auf 1110-1250ºC durch Gasentwicklung auf das vier- bis sechsfache an Volumen zunehmen. Sie sind weit verbreitet (auch als Tonschiefer und Schieferton) vom Paläozoikum bis zum Quartär, entstanden als Sedimente sowohl in marinen wie in terrestrischen Räumen
  • Bentonite: Bentonite sind hochquellbare Tone, die eine Wasseraufnahme von 200-300% besitzen können und als Haupttonmineral Montmorillonit enthalten und dadurch Thixotropie und besondere Quelleigenschaften aufweisen. Sie sind aus vulkanischen Gesteinen wie Quarztrachyt, Liparit, Rhyolith und deren Tuffen entstanden. Der Name rührt von der Bentonformation in den USA her. Hunderttausende Tonnen von ihnen werden jährlich industriell verwertet, 80-90% davon als Spülversatz bei Tiefbohrungen der Erdölindustrie. Sie werden verwandt als Bindemittel für Formsande und zur Herstellung von Fullererden, zur Bodenverbesserung, als Füllstoff für Gummi, Kunststoffe, Asphalt, Teer sowie pharmazeutische und kosmetische Produkte. In der Keramik dienen sie zur Erhöhung der Bildsamkeit, in der Farbenindustrie als Farbträger. Große Bentonit-Lagerstätten liegen in den USA (v.a. auch Na-Bentonite), bedeutende Lagerstätten auch in Deutschland im Tertiär der Vorlandmolasse (nordalpines Molassebecken) von Niederbayern (entstanden aus rhyolithischen Tuffen).
Tonstein
Tonstein

Tonsteine aus dem Miozän;
Cerova Lieskové, Wiener Becken, Slowakei

Pelex
Tongrube
Tongrube

Tongrube bei Mengerskirchen, Kreis Limburg-Weilburg, Hessen

Volker Dries
Tonstein
Tonstein

Bei Mérifons, Dept. Herault, Region Laguedoc-Roussilon, Frankreich; (argille rouge)

Pinpin
Bentonit
Bentonit

Weiße Bentonit-Schichten in mehrfarbigem Lehm. Die blauen und grauen Farben beruhen auf Kohlenstoff aus zersetztem organischen Material; rot resultiert aus Hämatiteinlagerungen. Blue Mesa, Petrifie...

purotzicorico

Lehm

Lehm ist eine Mischung aus Sand (Korngröße > 63 µm), Schluff (Korngröße > 2 µm) und Ton (Korngröße < 2 µm). Er entsteht entweder durch Verwitterung aus Fest- oder Lockergesteinen oder durch die unsortierte Ablagerung der genannten Bestandteile. Unterschieden werden je nach Entstehung Berglehm, Gehängelehm, Geschiebelehm (Gletscher), Lösslehm (Löss) und Auenlehm (aus Flussablagerungen). Lehm ist weit verbreitet und leicht verfügbar, er stellt einen der ältesten Baustoffe dar. Die Mischungsverhältnisse von Sand, Schluff und Ton können innerhalb definierter Grenzen schwanken, in kleinen Mengen kann noch gröberes Material (Kies und Steine) darin enthalten sein. Lehm mit nennenswertem Gehalt an Kalk, etwa in Folge wenig fortgeschrittener Verwitterung oder bei der Entstehung durch Ablagerung kalkigen Materials, wird als Mergel (s.u.) bezeichnet. Tonreiche Lehme werden als fett bezeichnet (nicht im Sinne von fetthaltig), tonarme als mager.

Lehm ist nicht so plastisch und wasserundurchlässig wie reiner Ton, da die Korngröße der Bestandteile Sand und Schluff größer ist. In feuchtem Zustand ist Lehm formbar, in trockenem Zustand fest. Bei Wasserzugabe quillt Lehm, beim Trocknen schwindet oder schrumpft er, was im Lehmbau besonders zu beachten ist. Lehm als Baustoff speichert Wärme und wirkt regulierend auf die Luftfeuchtigkeit.

Natürliche Lehmansammlungen in Mitteleuropa sind meist eiszeitliche Ablagerungen von durch Wind angewehtem Feinmaterial aus der Steppentundra. Dieser Staub (Löss und Sand) resultierte aus Gletscher-Schleiftätigkeit, wurde von Flüssen verfrachtet und infolge saisonaler Austrocknung verweht.

Lehm
Lehm

Detritische Lehmberge mit erheblichem Anteil
an Kalkmergel;
Las Bardenas, Navarra, Spanien

Peter Seroka
Lehm mit einer Tonmergelschicht
Lehm mit einer Tonmergelschicht

Bei Utiel, Valencia, Spanien

Peter Seroka

Mergel

Mergel ist ein sedimentäres Gestein, gehört zur Familie der Pelite und ist eine Ton- oder Tonsteinvarietät. Das Gestein liegt zwischen verschiedenen Sedimentationstypen, da es sowohl klastischer als auch chemisch-biogener Herkunft sein kann. Stark verfestigter Mergel wird auch Mergelstein oder Mergelgestein genannt. Der Name kommt vom althochdeutschen "mergil", bzw. vom lateinischen "marga".

Die unterschiedlichen Mergelbezeichnungen sind

  • Geschiebemergel - petrographische Bezeichnung einer vom Inlandeis ausgeschmolzenen kalkhaltigen Gesteinsmenge.
  • Kalkmergel u. Tonmergel - je nach Gehalt an Ton und Kalk wird er entweder als Kalkmergel oder Tonmergel bezeichnet.
  • Toneisenstein ist ein Mergelstein mit hohem Karbonatanteil in Form von Siderit

Mergel ist ein wichtiger Rohstoff zur Zementherstellung. In der Landwirtschaft wurden in der Vergangenheit hauptsächlich trockengelegte Feuchtgebiete (Moore und Sümpfe) mit Mergel verbessert; der Kalk neutralisierte die sauren Böden, der Ton stabilisierte den weichen Boden, damit die Äcker begehbar und befahrbar wurden.

Da das Mergeln fälschlicherweise einer Bodendüngung gleichgesetzt wurde, in Wirklichkeit aber außer Kalk keine Bodennährstoffe (Phosphate, Nitrate) brachte, wurden beim Ausbleiben anderer Düngergaben (Kompost, Mist, später auch Guano, Superphosphat o. Ä.) die Felder bald unfruchtbar und ausgelaugt – und daher als ausgemergelt bezeichnet – was dann auch übertragen als „abgemagert“, „kraftlos“ oder „verbraucht“ in unseren allgemeinen Sprachgebrauch übernommen wurde.

Das Gestein enthält sowohl Kalk als auch silikatische Bestandteile meist kleiner Korngröße (Ton und/oder Schluff). Gröberes Material (Sand und Kies) kann vorhanden sein. Bei höheren Kalkgehalten spricht man von Kalkmergel, bei hohem Tongehalt von Tonmergel. Mergelablagerungen, die alle Korngrößenklassen umfassen, werden in der Fachsprache als Diamiktit bezeichnet. Mergel biogener Herkunft entsteht meist aus Planktonschalen und Schlamm der sich am Meeresboden zu immer dickeren Schichten ansammelt.

Mergel ist ein wichtiger Rohstoff zur Zementherstellung. In der Landwirtschaft wurden in der Vergangenheit hauptsächlich trockengelegte Feuchtgebiete (Moore und Sümpfe) mit Mergel verbessert; der Kalk neutralisierte die sauren Böden, der Ton stabilisierte den weichen Boden, damit die Äcker begehbar und befahrbar wurden. Da das Mergeln fälschlicherweise einer Bodendüngung gleichgesetzt wurde, in Wirklichkeit aber außer Kalk keine Bodennährstoffe (Phosphate, Nitrate) brachte, wurden beim Ausbleiben anderer Düngergaben (Kompost, Mist, später auch Guano, Superphosphat o. Ä.) die Felder bald unfruchtbar und ausgelaugt – und daher als ausgemergelt bezeichnet – was dann auch übertragen als „abgemagert“, „kraftlos“ oder „verbraucht“ in unseren allgemeinen Sprachgebrauch übernommen wurde. (Quelle: wikipedia)

Lagerstätten

Mergel bzw. Mergelsteine sind weltweit verbreitet und recht häufig. Bekannte Mergelvorkommen in Mittel- und Westeuropa befinden sich in Südlimburg (Niederlande), insbesondere die Mergelgrotten von Maastricht und Valkenburg aan de Geul sind eine lokale Touristenattraktion. Weitere große Mergelvorkommen liegen im Mainzer Becken. In der österreichischen Petrologie werden spezielle lokale Mergelformen auch Tegel genannt. Verwendung der Mergel

Mergeliger Ton
Mergeliger Ton

Detritisches Gestein aus mergeligem Ton sowie Konglomeraten aus Sand, Lutit und Kaolin. Cretazäische Utrillas-Formation; Soria, Spanien.

PePeEfe
Kalkmergel
Kalkmergel

Blauer Kalkmergel;
St. Jean, Vallee d'Aulps, Haute-Savoie, Region Rhone-Alpes, Französische Alpen.

Archiv: Peter Seroka (Collector)
Feuersteinbänke im Mergel (2006)
Feuersteinbänke im Mergel (2006)

Feuersteinbänke im Mergel, Mergelgrube t'Rooth, Limburg, Niederlande

bardenoki

Literatur

  • Correns, C.W., 1949; Einführung in die Mineralogie (Kristallographie und Petrologie). Springer, Berlin
  • Ehlers, J., 1994; Allgemeine und historische Quartärgeologie, 358 S., Stuttgart, ISBN 3-432-25911-5
  • Murawski, H., 1983; Geologisches Wörterbuch. 8. Auflage. Ferd. Enke Verlag, Stuttgart, ISBN 978-3-432-84108-3, S. 80.
  • Richter, D., 1985 Allgemeine Geologie. 3. Auflage. de Gruyter Verlag, Berlin – New York, ISBN 3-110-10416-4, S. 126.
  • Scheffer, F., 2002; Lehrbuch der Bodenkunde / Scheffer/Schachtschabel. neubearb. und erw. von Hans-Peter Blume u.a.,. 15. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg – Berlin, ISBN 3-8274-1324-9, S. 470f.


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