Original paper

Zechstein – Portrait einer ungewöhnlichen Formation

[Zechstein – Portrait of an unusual Formation]

Paul, Josef

Kurzfassung

Im oberen Perm transgredierte das Meer, ausgelöst durch Riftprozesse zwischen Norwegen und Schottland, nach Mitteleuropa und überflutete das bereits vorhandene Rotliegend-Becken. Die Beckenfazies besteht vor allem aus bis zu 1.000 m mächtigem Steinsalz. Daneben kommen Sulfate und Karbonate vor. Die Schwellen- und Flachwasserfazies wird von Sulfaten und Karbonaten dominiert. Landwärts schließt sich ein Gürtel schlammiger Sabkhas an, die in die klastische Randfazies übergehen, welche aus fluviatilen Sandsteinen und Konglomeraten besteht. Die Ablagerungen des Zechsteins enthalten zahlreiche Bodenschätze, die für die Kultur und die Ernährung der Menschen wichtig sind. Die weltweit älteste detaillierte Beschreibung von Schichten für Zwecke des Kupferschiefer-Bergbaus betrifft den Zechstein (Agricola 1556). Bei etwa 20° nördlicher Breite herrschte in Mitteleuropa i. Allg. ein arides bis hyper-arides Klima. Aber regelmäßige Fluktuationen der Orbital-Bewegungen (Milankovitch-Zyklen) verursachten zyklische Klimaschwankungen. Die wichtigsten steuernden Faktoren der Sedimentation waren die Lage des Meeresspiegels, das Klima und tektonische Bewegungen. Es fielen bei steigender Salinität nacheinander Karbonate, Gips, Steinsalz und K-Mg-Salze aus. Ein Salzton schließt den Zyklus ab und verhinderte die Auflösung. Insgesamt besteht die Beckenfazies in Deutschland aus sechs solchen Evaporit-Zyklen. In einem Zeitraum von wenigen Jahrmillionen wurden bis zu 2.000 m Sediment abgelagert. Bei hoher Auflast reagierten die Salze plastisch und bildeten Salzsättel, Salzstöcke oder Diapire, die ihre Deckschichten durchstießen. Aktuelle Forschungsschwerpunkte sind die Diagenese und Thermometamorphose der Salze bei höheren Drücken und Temperaturen, die wichtige Aspekte für die Lagerung radioaktiver Abfälle sind. Eine große Rolle spielt die Korrelation der marin-evaporitischen Beckenfazies und der terrestrischen Fazies im Vorfeld des Zechstein-Beckens. Hier lassen sich Änderungen des Wasserspiegels besonders gut erkennen und mit Hilfe der Sequenzstratigraphie interpretieren. Wichtig ist auch die Korrelation der stratigraphischen Einheiten über die nationalen Grenzen des auf sieben Länder verteilten Zechstein-Beckens. Allerdings werden das Verständnis und die Deutung spezieller Phänomene des Zechsteins dadurch erschwert, dass es kein rezentes Analogon zu diesem Mega-Salinar gibt.

Abstract

Triggered by rifting processes between Norway and Scotland, the sea invaded at the Upper Permian the preformed Central European Basin. The basinal sediments of this nearly closed Zechstein sea consist of up to 1,000 m rock salt and sulphate whereas platform and marginal facies are composed of carbonates, sulphates and mudstones. Onshore, a belt of muddy sabkhas changes over to clastic terrestrial facies consisting of fluvial sandstones, conglomerates and fanglomerates. Zechstein deposits contain frequent mineral resources which are important for culture and nutrition of mankind. The worldwide first detailed description of a stratigraphic succession was given by Agricola (1556) for purposes of the Kupferschiefer mining. As the palaeo-latitude of the Zechstein basin was about 20° north in the belt of trade winds, the climate was arid to hyper-arid. But due to fluctuations of orbital movements (Milankovitch Cycles), the monsoon touched cyclically the Zechstein basin. The most important controlling parameters of Zechstein sedimentation were position of the sea level, climate and tectonic movements. In Germany, there are six evaporite cycles. With increasing salinity, carbonate, sulphate, rock salt and K-Mg-salts were precipitated successively. The deposition of salt clay terminated the sequence and prevented dissolution by the subsequent flooding of the basin. Within a period of some million years, up to 2,000 m of sediments were deposited. Due to large overburden, the salt reacted plastically, followed the lower pressure and accumulated in salt pillows, salt stocks and, finally, in diapirs which penetrated their roof. The focal points of research are diagenesis and thermo-metamorphosis of rock salt and other evaporate minerals. The reactions of salt and minor components to fluids and increasing pressure and temperature are important for the storage of radio-active waste material. Also important is the stratigraphic correlation of marine evaporitic and terrestrial sediments. Fluctuations of the sea level are best observed in shallow-water area and can be interpreted in terms of sequence stratigraphy. The understanding and the interpretation of special phenomena of the Zechstein is aggravated by the lack of recent counterparts of the mega salina basin.

Keywords

ZechsteinStratigraphieLithologieFaziesHalokineseDeutschlandstratigraphylithologyfaciessalt tectonicsGermany