Original paper

Jurassic limestones used in the Almaqah Temple of Sirwah, Northern Jemen use, weathering, and source

Weiss, Christian; Koch, Roman; Gerlach, Iris

Abstract

The Almaqah Temple of the antique township of Sirwah (Yemen) was one of the main sacral buildings in Sabaean times (9th century B.C. - 6th century A.D.) and overbuilt in the 19th century by a settling place. Topics of the monument are an entrance with six columns, three inscription stones with 49 m text as well as altars, treasury, banquet, and wells. Limestones of the Amran Group (Upper Jurassic) which crop out nearby in a 400 m thick section were used as building stones. Many small quarries occur in different stratigraphic levels.Seven regressive cycles can be analyzed in the Upper Jurassic sequence (Oxford-Tithon?). A cyclic development from nodular limestones to limestone-marl-alternations to thick massive top beds (up to 9 m) is obvious. In general a microfacies development from bottom to top can be recognized (mudstone, mollusc-wackestones, dasycladacean-wackestone, stromatoporoid- and coral boundstone, ooid-oncoid-grainstone; topped by quartz-rich dolomitic marls). The biostratigraphic subdivision is based on foraminifera, dasycladaceans, and nerinean-gastropods. Small patch-reefs (up to meter) occur in the marls and can also reach up to 50 m lateral extension.The limestones used can be subdivided in five microfacies-types (MFT-1 = mudstone, MFT-2 = wacke- and packstones with foraminifera, algae, peloids, and oncoids, MFT-3 = pack-, grainstone and rudstone with gastropods, bivalves, echinoids and corals, MFT-4 = ooid-pack- and grainstones, and MFT-5 = grainstone, a diagenetic overprinted highly porous debris limestone with echinoids and molluscs). The limestones were used according to their quality (weathering resistance, facies type) for varying parts of the building (flagstones = mudstones and wackestones, walls = wackestones and packstones, banquet = wackestones and packstones, columns and inscription stones = packstones and grainstones).Damages can be subdivided in five classes. Porosity and pore geometry as well as the matrix content are of main importance for the weathering stability because they trigger the moisture content, the hygric expansion, and the drying of the stones. Wackestones and packstones reveal loss of material by small flakes and weathering along stylolites and fractures. The sanding of particles is characteristic for pack- and grainstones. Most intensive decay by loss of larger plates on surfaces is recognized in areas of high contamination by salt (nitrates and chlorides) and intensive anthropogenic use (living rooms, stables) in Islam times. Outside exposed stones on the walls only reveal thin crusts and minor weathering.For a possible correlation between facies types and damage characteristics data were analyzed (porosity, pore throat diameter, water uptake, drying) and the distribution of salts on the surface and in profiles. It can be shown that in areas of high contamination intensive damages caused by salt are overprinting damages which are related to weathering stability of facies-types. The weathering of the limestones is caused by the interaction of varying factors. The local high contamination with salt and anthropogenic damages (stables, fire, dismantling) intensify the natural weathering which predominantly is depending on facies types. Due to the excavation the sediment cover was taken away. Thus the source for many salts disappeared but new mechanisms of redistribution were opened. This has to be taken into account for the restoration of intensively damaged zones with high salt contamination.

Kurzfassung

Der Almaqah-Tempel in der antiken Stadtanlage von Sirwah (Jemen) war ein zentrales Heiligtum der sabäischen Kultur. Er wurde über mehrere Jahrhunderte als Kultstätte genutzt (ca. 9. Jh. v. Chr. bis 6. Jh. n. Chr.) und im 19. Jahrhundert als Wohnanlage überbaut. Schwerpunkte der Anlage sind der Eingang mit sechs monolithischen Pfeilern, drei überdimensionale Inschriftensteine des 1. Jt. v. Chr. mit 49 m durchgehendem Text sowie Altäre, Schatzkammer, Bankettbereich und mehrere Brunnen. Als Baumaterial wurden fast ausschließlich Kalke des Oberen Jura (Amran-Gruppe) verwendet, die in unmittelbarer Umgebung (400 m hohe Steilstufe) anstehen. Zahlreiche meist kleinere Steinbrüche wurden in bestimmten Schichten gefunden. Die Kalke weisen am Bauwerk zum Teil intensive Schäden auf.In den Jura-Kalken (Oxford-Tithon ?) konnten bisher sieben regressive Sequenzen von basalen Knollenkalken über Kalk-Mergel-Wechselfolgen zu mächtigen (bis 9 m) massigen Dachbank-Schichten festgestellt werden. Die biostratigraphische Gliederung erfolgt mittels Foraminiferen, Dasycladaceen und Nerineen. Überwiegend kleine (Dezimeter bis Meter), in Mergel eingebettete ,,Patch-Riffe (Stromatoporen, Austern, Korallen) können aber auch eine laterale Ausdehnung bis zu 50 m haben. Die Folge entwickelt sich zyklisch von Mudstones über MolluskenWackestones, Dasycladaceen-Wackestones, Stromatoporen- und Korallen-Boundstones, Peloid-Packstones zu Ooid-Onkoid-Grainstones und wird von quarzreichen, teilweise dolomitisierten Mergelsteinen überlagert.Die am Tempel verbauten Kalksteine können in fünf Mikrofaziestypen untergliedert werden: Mudstones (MFT-1), Wacke- und Packstones mit Foraminiferen, Algen, Peloiden und Onkoiden (MFT-2), Pack-, Grainstones und Rudstones (MFT-3) mit Gastropoden, Bivalven, Echinodermaten und Korallen, Ooid-Pack- und Grainstones (MFT-4) und ein diagenetisch besonders überprägter Fossilschuttkalk (Echinodermen-Molluskenschill, Grainstone, MFT-5). Die Kalksteine wurden überwiegend gemäß ihrer Qualität (Faziestyp) für unterschiedliche Gebäudeelemente genutzt (Bodenplatten = Mudstones und Wackestones, Mauern = Wackestones und Packstones, Bankett = Wackestones und Packstones, Pfeiler und Inschriftensteine = Packstones und Grainstones.Es können fünf Schadensklassen festgestellt werden, die von (1) leichtem Ausbrechen an Kanten und Aufrauen der Oberfläche über flächige Rückverwitterung (3) bis hin zur (5) völligen Zerstörung der Oberfläche und Gesteinszerfall reichen. Dabei sind Porosität und Porengeometrie sowie die Matrixgehalte von besonderer Bedeutung für die Verwitterungsstabilität; sie steuern den Feuchtehaushalt (Trocknungsverhalten, hygrische Dehnung) der Kalksteine. Wacke- und Packstones zeigen Materialverlust durch kleinflächiges Abschalen sowie Aufwittern entlang von Rissen und Stylolithen als typische Verwitterungsformen. Das Auswittern von Komponenten ist charakteristisch für Pack-, Grain- oder Rudstones. Intensiver Materialverlust durch oberflächiges Abschalen tritt vor allem in Bereichen mit hoher Salzkontamination (Nitrate und Chloride) und starker anthropogener Belastung auf (ehemalige Wohnräume und Stallungen in islamischer Zeit). Exponierte Steine, wie an der Außenwand des Tempels, zeigen nur eine leichte Patina mit geringer Rückverwitterung.Zur Feststellung eventueller Zusammenhängen zwischen Faziestyp und Schadensklasse wurden Kenndaten (Porosität, Porenradienverteilung, Wasseraufnahme, Trocknungsverhalten) und Salzverteilung in der Fläche und in Tiefenprofilen analysiert. Es zeigt sich, dass in Bereichen mit lokal hohem anthropogenem Eintrag (Stallung) die durch Salz bedingten Schäden die auf die Faziestypen und deren unterschiedliche Verwitterungsstabilität zurückzuführenden Schäden bei weitem überlagern.Die Verwitterungsbilder der am Tempel verwendeten Kalksteine entstehen durch das Zusammenspiel mehrerer Faktoren. Die hohe Salzkontamination und anthropogene Schäden (Stallung, Brand, Umbau) intensivieren die natürliche Verwitterung und sorgen an Gebäudeteilen, die einer langen anthropogenen Nutzung unterlagen, für schwere Schäden. Durch das Abtragen der Sedimentbedeckung wurde zwar die direkte Ursache der Salzkontamination beseitigt, aber es wurden auch neue Transportsysteme eröffnet, die nun bei einer mögliche Salzreduzierung und bei den restauratorischen Maßnahmen berücksichtigt werden müssen.

Keywords

jemensirwahalmaqah templeupper jurassic limestonesamran groupfaciesweathering