Skała przeobrażona z Siedlec koło Krzeszowic

Abstract

Das metamorphe Gestein von Siedlec bei Krzeszowice (Polen) Die Eruptivgesteine des westlichen Gebietes von Kraków waren schon Staszic im Jahre 1815 bekannt. Seit dieser Zeit sind jene Gesteine geologisch und petrographisch bearbeitet worden. Im Jahre 1909 wurde von Z. Rozen eine monographische Arbeit: Die alten Laven im Gebiete von Krakau herausgegeben. Diese Arbeit umfasst alle damals bekannten Fundorte mit genauer Beschreibung, illustriert mit Zeichnungen und Photos, ist neuzeitig petrographisch beschrieben, fundiert auf mehr als zwanzig Analysen und vielen mikroskopischen Beobachtungen. Im Resultate der Untersuchungen der metamorphisierten Eruptivgesteine und Tuffe fand Z. Rozen, dass diese Gesteine sich in einem speziellen Prozess verwandelten, welchen er Kalifikation nannte. Starke Konzentration von K(2)O, passives Verhalten von SiOa und Al(2)O(3), und Auslaugung aller anderen geochemischen Elemente, welche sich im frischen Gestein befanden, das sind die charakteristischen Eigenschaften des Kalifikations-Prozesses. Die grössten Kontraste zeigt K2O, dessen Menge, im Melaphyr von Poręba von 2.58% bis zu 8.93% im metamorphisierten Gestein ansteigt. Ich hatte Gelegenheit, im Jahre 1935 einen neuen Fundort der metamorphen Eruptivgesteine im Krakauer Gebiet zu finden, u. zw. in Siedlec bei Krzeszowice (6 km NO vom Bahnhof Krzeszowice, an der Bahnlinie Kraków— Katowice). Dieses Gestein wurde im Yersuchsschacht „Maris“, unter einer 6 m Schichte von Jurasandstein gefunden. Der Schacht „Maria“ wurde bis 51 m vertieft und erreichte nicht das Liegende. Vom Maria-Schacht wurde nördlich eine Suchstrecke vorgetrieben und nach 10 m eine Breccie aus schwarzem Kalkstein erreicht, welcher keine kontaktmetamorphe Veränderungen zeigte. Bei diesen Untersuchungsarbeiten fand ich keine frischen Eruptivgesteine, dagegen aber viele Arten von metamorphisierten Laven. Die frischeste von ihnen ist ein helles, bräunlich-graues Gestein mit frischen Biotiten und veränderten Feldspaten. Das am meisten metamorphisierte Gestein ist ganz weiss. In Spalten fanden sich die limonitischen Infiltrationen und tonige Anhäufungen. Im chemischen Verfahren wurden drei Gesteine untersucht, es waren: Gestein nr. 18 — das frischeste Gestein, Gestein nr. 5 — das weisse harte Gestein, und Gestein nr. 6 — das weisse bröckelnde Gestein. Die Ergebnisse gebe ich in Tabelle 1 (s. S. 8) an. Im Vergleich mit den Analysen von Z. Rozen (Tabelle 2, s. S. 10) und seinen petrographischen Beschreibungen ergab sich, dass das Gestein von Siedlec mit dem Porphyr aus Miękina und Zalas bei Krzeszowice verwandt ist. Wenn ich die am meisten veränderten Gesteine mit dem frischesten vergleiche, so zeigt sich vom chemischen Standpunkte aus, dass: SiO(2) — die Menge von SiO(2) steigt. Das Verhältnis SiO(2):Al(2)O(3) vergrössert sich: Siedlec 5/18 von 4.69 zu 4.85 Siedlec 6/18 von 4.69 zu 5.01 K(2)O — steigt. Die Zunahme ist kleiner als in den von Z. Rozen beobachteten Fällen. Z. Rozen verglich die metamorphen Gesteine mit den ganz frischen Gesteinen. Ich verglich nur drei Arten von verschiedenen metamorphen Gesteinen. Daher wahrscheinlich dieser Unterschied. Al(2)O(3) — in den relativen Werten verhält es sich veränderlich. Die Menge aller anderen geochemischen Elemente verringert sich zu ganz kleinen Werten. Ich machte Untersuchungen über den Einfluss von 1% Lösung von K(2)CO(3) in Temperaturen + 15° C, + 60° C und + 100° C auf diese Gesteine. Im Ergebnis erhielt ich die Zunahme des K(2)O. Diese Zunahme wird bedingt durch zwei F aktoren: 1. das Auslaugen der Teile der ursprünglichen Elemente des Gesteines; 2. die Adsorption des K(2)O aus der Lösung. Die Adsorption des K(2)O in niedrigen Temperaturen ist ganz gering — erst in + 100° C bekam ich überzeugende Ergebnisse. Der Einfluss der Temperatur ist grösser als der Einfluss der Zeit: + 100° C im 24 St. K(2)O steigt von 6.72 auf 7.54% + 15° in 4 Wochen K(2)O steigt von 7.13 auf 7.28% Um die chemische Verbindung des K(2)O im untersuchten Gestein aufzuklären, versuchte ich das frischeste Gestein Nr. 18, und das weisse Gestein Nr. 5 in konzentrierter heisser H(2)SO(4) und Na(2)CO(3) aufzulösen. Die Ergebnisse der Analysen sind auf den Tab. 6 (s. S. 19) und 7 (s. S. 20) angegeben Auf Grund dessen zeigt sich, dass die Veränderung des Porphyrs von Siedlec nicht nur durch die Zunahme von K(2)2O charakterisiert, sondern auch durch die Bindung des K(2)O in Mineralsubstanzen, welche widerstandsfähig gegen die Wirkung der H(2)SO(4) und Na(2)CO(3) sind. Die Resultate der chemischen Analysen der weissen Tonsubstanz, welche sich in Klüften und Spalten der metamorphen Porphyre fanden, sind in der Tabelle 8 (s. S. 22) angegeben. Aus den Erwägungen der Ergebnisse der chemischen Untersuchungen der metamorphen Porphyre und Tonsubstanz ergab sich die Möglichkeit der Entstehung dieser beiden Gesteine in einem Prozess, welcher die frischen Porphyre umwandelte. Die Trennung der Mineralien in schwerer Lösung, die ich mit vier verschiedenen Porphyrproben ausführte, ergab folgende Resultate: Sp. Gewicht +2.90 2.64-2.90 2.51-2.64 -2.51 Menge in Gew.-% 0.3-1.5 2.1-3.8 84.4-89.7 7.8-10.1 In schwerer Fraktion befanden sich die Biotite (nur aus frischesten Gesteinen), Zirkon, Rutil, Turmalin, Apatit und Magnetit. Die Fraktion 2.64 - 2.90 besteht aus Quarz (hat selten Fragmente von Zirkon); 2.51 - 2.64 besteht auch aus Quarz und einem gewissen Mineral, welches anisotrop ist, mit geringer Doppelbrechung und Brechungsexponenten beiläufig 1.530. Neben diesem Mineral beobachtete man ein isotropes Mineral, welches einen niedrigen Lichtbrechungsexponenten besitzt. In Bezug auf die chemische Zusammenstellung, die Metamorphisierung des Porphyrs und die Trennungsergebnisse nehme ich an, dass die metamorphen Gesteine aus Mineralien der Gruppe SiO(2) (Quarz), Kalifeldspat und aus Tonmineralien bestehen. Grössere Mengen von Glimmer sind wahrscheinlich nicht vorhanden. Die Dünnschliffe zeigen unter dem Mikroskop einen grossen Unterschied zwischen den Kristallen und der Grundmasse. In frischesten Gesteinen erhielten sich nur die gut erhaltenen Biotite. In allen ändern Fällen sind die Kristalle ganz verändert. Die Biotite ergaben ein weisses, silberiges Produkt oder eine Pseudomorphose des SiO(2). Die Feldspate sind umgewandelt und verhalten sich eigenartig. Im gewöhnlichen Lichte verhalten sie sich wie frische, klare Feldspate; zwischen gekreuzten Nikolen zerfallen sie in Agregate der isotropen und anisotropen Substanz, welche eine niedrigere Doppelbrechung haben als Quarz. Quarzeindringlinge wurden nicht bemerkt. Die klaren Umrisse zeigen, dass das frische Gestein eine typische Porphyrstruktur hat. Die Grundmasse hat in ihren Abarten verschiedene Struktur. Ein Teil der Grundmasse, wie Quarz, Zirkon u. a. verhält sich unveränderlich. Die Grundmasse der frischesten Gesteine enthält Biotite und femische Komponenten. Ausserdem ist die Grundmasse kompakt, in welcher bei starker Yergrösserung die anisotropen Mikroliten zu unterscheiden sind, die ähnliche optische Eigenschafteil haben, wie manche Kalifeldspate. Die Menge der Mikroliten ist in weissen, stark umgewandelten Porphyren viel grösser als in frischeren Gesteinen. Die definitive Bestimmung dieser Substanz ist sehr schwer, da sie dünner als die Dünnschliffe sind. Die Aenderungen der Grundmasse, welche mehr als 90% des Porphyrs ausmachen, entscheiden über den Bau des Produktes der Metamorphisierung. Auf Grund der vorgenommenen Untersuchungen und der geologischen Position nehme ich an, dass das Gestein von Siedlec ein metamorphisierter Porphyr und komagmatisch mit anderen Krakauer Eruptivgesteinen ist. Dieses unbekannte frische Gestein hatte wahrscheinlich eine typische Porphyrstruktur mit mikrogranitischer Grundmasse. Die Bestandteile des metamorphen Porphyrs können wir in 4 Gruppen ernteten : 1. Quarz (eine geringere Rolle spielen die Mineralien wie Zirkon, Rutil usw.) verhält sich neutral, während des Prozesses; 2. restliche Formen gewisser Mineralien wie Biotit; 3. Tonsubstanzen, welche man mit heissem H(2)SO(4) und Na(2)CO(3) auslaugen kann; 4. neue kristallische Mineralien, die reich an K(2)O, SiO(2) und Al(2)O(3) sind, und welche gegen die Wirkung von H(2)SO(4) und Na(2)CO(3) widerstandsfähig sind. Die Rolle dieser vier Gruppen ist verschieden. Diese Gesteinsmineralien, welche verändert wurden, geben das Material für den 2, 3 und 4 Teil der Komponenten. In frischeren Gesteinen sind mehr restliche Mineralien und Tonsubstanzen, als im weissen Porphyr. Die Menge der kristallischen neuformigen Mineralien verhält sich umgekehrt. Wahrscheinlich besteht zwischen diesen zwei Gruppen eine gewisse Genesefolge: a. Tonsubstanz als Zersetzungsprodukt, b. Sorption des K(2)O. Kristallisation neuer Mineralien, reich an K(2)O, SiO(2) und Al(2)O(3). Alle anderen geochemischen Elemente wurden abgezogen. Hinsichtlich der Art der Prozesse (Kalifikation), welche diesen Porphyr umwandelten kann ich bemerken: 1. in allen metamorphisierten Gesteinen von Siedlec befinden sich grössere Mengen von Tonsubstanz (16—20%). Das ist ein Grund zur Annahme der Verwandtschaft der Kalifikation und Tonverwitterung; 2. grössere Mengen von SiO(2) in weissen, stark silifizier.ten Porphyren als in frischen Gesteinen zeigt eine Aehnlichkeit zwischen Kalifikation und Silifikation; 3. aber das grösste charakteristische Kennzeichen der Kalifikation ist die starke Steigerung der K(2)O -Menge. Dieses K(2)O ist in kristallischen, gegen die Wirkung des H(2)SO(4) und Na(2)CO(3) widerstandsfähigen Mineralien gebunden. Das gibt eine Aehnlichkeit mit der Feldspatisation. Die Kalifikation kann man keinem dieser drei Prozesse unterstellen, obgleich die Kalifikation ihnen nahesteht. Die Differenz konnte durch physisch-chemische Bedingungen der einwirkenden Lösungen entstehen. Der Kalifikationsprozess ist wahrscheinlich mit der Tiefwasserzone verbunden.