Evaporit

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Evaporit
Geogenese
Gesteinsgruppe

Sedimentite

Sedimentart

Chemisches Sediment

Bildungsbereiche

Abgeschlossene Becken in tropischen, ariden bis superariden Klimabereichen

Ablagerungsbedingungen

Aquatisch, Umlagerung und sekundär äolische Sedimentation kann stattfinden

Tektonisches Umfeld

z. B. intrakontinentale Becken (Zechstein) und Sabkhas

Assoziierte Lagerstätten

Salzlagerstätten

Mineralbestand
Hauptgemengteile

Karbonate, Gips, Halit

Nebengemengteile

Edelsalze

Fossilien
Fossilgehalt

Sehr gering; vor allem im basalen Bereich


Evaporit (lateinisch evaporo ‚ausdampfen‘, ‚ausdünsten‘) ist ein chemisches Sedimentgestein das bei der Evaporation von Wasserkörpern als Fällungsprodukte gelöster Chemikalien zurückbleiben. Die Sedimente selbst werden ebenfalls als Evaporit bezeichnet, sie kommen weltweit und in zahlreichen geologischen Zeitabschnitten vor. Durch die ausgedehnte zeitliche und örtliche Verbreitung kommen unterschiedliche chemische Zusammensetzungen der Gesteine vor, die durch variierende Konzentrationen der gelösten Stoffe im Wasser hervorgerufen werden (als Quellen kommen Süß- und Salzwasser, aber auch Wässer von Sodaozeanen und -seen infrage). Im nachfolgenden Artikel wird die für Süß- und Salzwasser typische Evaporitfolge von Karbonat, Gips, Halit und Edelsalzen beschrieben.

Entstehung

Bildungsbereiche

Evaporitbildung in den Salinas Grandes de Jujuy, Argentinien. Photo von Paula Dörfler.
Evaporitbildung in den Salinas Grandes de Jujuy, Argentinien. Photo von Paula Dörfler.

Evaporite entstehen rezent in verschiedenen Bildungsbereichen und weitere Fazies sind in den geologischen Überlieferungen der Erdgeschichte belegt. Typisch für alle ist die Entstehung in einem abflusslosen Becken in ariden Klimabereichen. Der Zufluss durch Niederschlag, Flüsse oder Meerwasser ist geringer als die Verdunstung, wodurch es auf Dauer zu einer starken Anreicherung löslicher Stoffe kommt.

Bis zu und über 1000 m mächtige Evaporitfolgen finden sich in intrakratonischen Becken wie dem Zechsteinbecken des Perms. Derartige Becken liegen unterhalb des Meeresspiegel und sind an ihren Rändern durch Schwellen vom Meer getrennt, die oberhalb des Meeresspiegels liegen. Durch Meeresspiegelschwankungen können sie vom Wasser überschritten werden, wodurch das Becken geflutet wird. Anschließend beginnt die Evaporation des eingeflossenen Wassers und die Konzentration gelöster Stoffe nimmt zu, auch während noch Meerwasser nachfließen kann. Sobald der Zufluss durch Meeresspiegelschwankungen oder einen Anstieg der Schwelle unterbrochen wird, nimmt die Wassermenge durch Evaporation stetig ab und die Konzentration gelöster Stoffe steigt bis zum Erreichen der maximalen Löslichkeit und ihrer Fällung. Diese Fazies wird rezent nicht mehr gebildet.

Rezente marine Evaporite entstehen auf Küstenebenen. Durch Überflutung werden küstennahe Niederung mit Meerwasser gefüllt, dieses verdampft und hinterlässt Evaporite. Ähnliche küstennahe Ablagerungen können auch durch die Verdunstung aufsteigender Porenwässer im Sediment gebildet werden. Beispiele hierfür gibt es im Golf von Kalifornien und der Trucial Coast an der Arabischen Halbinsel.

Darüber hinaus werden rezent kontinentale Evaporite in Sabkhas und intrakratonischen Gräben abgelagert. Diese sind abflusslos und werden durch Niederschlag oder Flüsse gefüllt. Sabkhas werden periodisch mit Wasser gefüllt und trocknen anschließend aus. Intrakratonische Gräben hingegen können wie das Tote Meer durchgehend wassergefüllt sein und die Evaporite über lange Zeiträume anreichern.

Ablagerung

Die Ablagerung der Evaporitminerale geschieht in der Reihenfolge ihrer Löslichkeit. Vom am wenigstens zum am besten löslichen Mineral wird zuerst Karbonat, dann Gips, Halit und zum Abschluss Edelsalze gefällt. Karbonat wird für gewöhnlich bereits vor der Evaporation durch Organismen gefällt und spielt nur eine untergeordnete Rolle, weshalb im Folgenden mit Gips begonnen wird.

Gips /Anhydrit

Bei der Evaporation von Meerwasser fällt zuerst der schlecht lösliche Gips aus, was bei 81% Eindampfung geschieht. Bei einigen hundert Metern Versenkungstiefe wird dieser in Anhydrit umgewandelt und kann bei Heraushebung wieder zu Gips hydriert werden kann. Selten wird bei genügend hoher Evaporation direkt Anhydrit gebildet.

Gips wird in Sabkhas des inter- und supratidals als Marienglas oder diskus- bis rosettenähnlichen, verzwillingten Kristrallen gebildet. Wenn es in bereits vorhandenem Sediment gefällt wird, entstehen in diesem Gips- oder Anhydritknollen und können eine Maschendrahtstruktur mit Sediment bilden, dass große Mineralknollen umschließt.

Außerdem treten in Sabkhas dünnplattige Gipsschichten auf. In diesen Schichten treten Gekrösestrukturen (s. Schlangengips) und Mosaikgefüge auf.

In tieferen Gewässern kommen feingeschichtete Sulfate in Wechselschichtung mit karbonatischen bis organikreichen Schichten auf. Diese Folge kann mehrere hundert Meter mächtig werden und liegen an der Basis von größeren Evaporitbecken (z. B. Zechsteinbecken). In diesem Schichtfolgen kann Gips in Warvenschichtung und mit verschiedenen Sedimentstrukturen wie Turbiditen und brekziierten Gips-Anhydrit-Lagen infolge von Rutschungsvorgängen vorkommen.

Zuletzt gibt es sekundären Gips, der im Anschluss an die Versenkung durch oberflächennahes Grundwasser entsteht. Bei den Bildungen handelt es sich um porphyroblastischen Gips, Fasergips und Alabaster. Porphyroblasten sind mehrere Millimeter große Gipskristalle in Anhydrit, Fasergips wird in wassergefüllten Adern gefällt und Alabaster besteht aus unterschiedlich großen, verzahnten Kristallen mit unregelmäßiger Auslöschung.

Die Fällung von Gips kann durch Zunahme des Ca:Mg-Verhältnissen aufgrund des Einbaus von Ca zur Dolomitisierung von Kalksteinen führen.

Halit

Halit fällt bei der Eindampfung von Meerwasser auf 9,5% aus. Dieser tritt massig, gebankt, feingeschichtet oder verzahnt mit silikatisch-klastischen Sedimenten auf. Akzessorisch kommen im Steinsalz Tone auf, die Färbungen hervorrufen. Es können außerdem Schichten aus Anhydrit, siltigem Material sowie Lösungsoberflächen auftreten.

Das Salz kann innerhalb des Sediments gefällt worden sein und tritt dann eng verzahnt mit klastischen Sedimenten auf. Die Wechselschichtungen mit Anhydrit werden als Folge Jahreszeitlicher Veränderungen der Zuflussrate in Evaporitbecken gedeutet. Des Weiteren kommen selten Umlagerungsstrukturen wie Schrägschichtung vor.

Edelsalze

Bei anhaltender Evaporation fallen zuletzt Edelsalze aus dem Meerwasser aus. Zu diesen zählen K- und Mg-Salze wie Kieserit, Kainit, Sylvin und Carnallit (s. Tabelle). Sie treten nur selten und meist geringmächtig auf und liegen an der Spitze einer Evaporitfolge.

Aufgrund ihrer guten Löslichkeit ist nicht sicher, dass sie immer primär bei der Ablagerung der Evaporite entstanden sind. Sie können sekundär durch Lösungs- und Fällungsreaktionen während der Diagenese gebildet worden sein.

Tabelle mit den Mächtigkeiten von Evaporitmineralen bei Fällung aus Meerwasser und im Zechsteinbecken:
Mineral Chemische Formel Theoretische Mächtigkeit bei 100 m Evaporiten aus Meerwasser Mächtigkeit im Zechsteinbecken normalisiert auf 100 m
Calcit /Dolomit CaCO3 , CaMg(CO3)2 0,4 m 3 m
Anhydrit CaSO4 3,6 m 16 m
Steinsalz NaCl 78 m 78 m
Epsomit und in Kieserit MgSO4 5,7 m 1,0 m
Sylvin und in Carnallit KCl 2,6 m 1,5 m
in Bischofit und Carnallit MgCl2 9,4 m 0,5 m

Fundorte und Vorkommen

Evaporitgesteine sind aufgrund ihrer guten Löslichkeit selten an der Oberfläche aufgeschlossen. Die besten Aufschlüsse befinden sich deswegen in natürlichen oder künstlichen Höhlen. In Bayern zum Beispiel in der Gegend um Bad Reichenhall, Berchtesgaden und Salzburg, wo heute noch Salz abgebaut wird. Im Norden Deutschlands gibt es große Salzvorkommen des Zechsteins und ausgeprägten Salzdiapirismus. Außerdem gibt es Karsthöhlen in Gipsstöcken.

Außerhalb Deutschlands kommen rezente Evaporite im Golf von Kalifornien, am Toten Meer, in Salzseen und -pfannen im Westen der USA und in den Anden vor. Außerdem gibt es Evaporitgesteine im Moskau-Becken, Amadeus-Becken (Australien), Mittelmeer, den Anden, verschiedenen Becken in den USA und Kanada sowie in Sibirien.

Mineralbestand

Der Mineralbestand von Evaporiten besteht aus Calcit, Dolomit, Anhydrit /Gips, Halit, Epsomit, Kieserit, Sylvin, Carnallit und Bischoffit (s. Tabelle). Akzessorisch treten silikatische und organische Beimengungen auf.

Verwendung

Evaporite werden zum Beispiel in der Industrie und im Baugewerbe (Gips), in der Ernährung, als Frostschutz- oder Düngemittel und für medizinische Anwendungen (verschiedene Salze) benutzt. Daneben werden Salzdiapire als Endlager für nukleare Abfälle verwendet und können als Deckgestein karbonatischer Speichergesteine bedeutend für die Öl- und Erdgasindustrie sein.


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Referenzen

Tucker, M. E. (1985). Einführung in die Sedimentpetrologie. Stuttgart: Ferdinand Enke Verlag (Seite 166-182)

Pfiffner, O. A. (2015). Geologie der Alpen. Berne: Haupt Verlag

Meschede, M. (2015). Geologie Deutschlands: Ein prozessorientierter Ansatz. Berlin-Heidelberg: Spektrum Verlag


Weitere Informationen und Literatur

Warren, J. K. (2006). Evaporites: sediments, resources and hydrocarbons. Springer Science & Business Media.


Autor:innen

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Dieser Artikel wurde geschrieben und gegengelesen von:
Hagen Hoemann
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