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9.3. Mikroskopie der Porphyroide
Feldspateinsprenglinge
Das makroskopische Erkennungsmerkmal der Porphyroide, die Feldspateinsprenglinge, fallen natürlich auch im Dünnschliff beim Durchmustern mit kleiner Vergrößerung sofort ins Auge. Die Einsprenglinge bestehen in der Regel aus einem einzelnen Feldspatkorn, es wurden aber auch Aggregate aus mehreren Körnern beobachtet. Ihre äußere Form kann praktisch alle Übergangsstadien von idiomorph bis vollkommen gerundet annehmen. Solche mit teilweiser, leichter Kantenrundung überwiegen aber deutlich. Ein Einsprengling zeigte buchtig korrodierte Umrisse.
Die Feldspateinsprenglinge sind durch ihre niedrige Doppelbrechung, ihre Verzwilligungen und ihre Spaltbarkeit auf den ersten Blick zu erkennen. Polysynthetische Verzwilligungen kommen sehr häufig vor, sind aber immer recht unregelmäßig entwickelt, d.h. die einzelnen Lamellen durchziehen das Korn nicht in seiner ganzen Länge sondern keilen schon vorher aus und sind überhaupt unterschiedlich breit. Diese Art der Verzwilligung konnte mehrmals als solche nach dem Albit-Gesetz identifiziert werden. Des öfteren ist das Feldspatkorn in zwei Individuen zerlegt, die ihrerseits meistens wieder lamellar verzwillingt sind. Hierbei dürfte es sich um eine Kombination von Verzwilligungen nach dem Karlsbader- und dem Albit-Gesetz handeln. Auch treten immer wieder senkrecht aufeinander stehende Verzwilligungen auf, deren Natur nicht näher untersucht wurde. Wenige Körner erscheinen nicht verzwillingt. Hier mag aber, neben einer ungünstigen Schnittlage, die oftmals weit fortgeschrittene Umwandlung (Serizitisierung) so manches verdecken. Die Art und Weise der Verzwilligung weist den Großteil der Einsprenglinge eindeutig in die Reihe der Plagioklase.
Sporadisch wurden kleine Karbonat-Rhomboeder und allotriomorphe Karbonate in den Feldspateinsprenglingen beobachtet. Diese könnten als Umwandlungsprodukte einer ehemals vorhandenen Anorthit-Komponente gedeutet werden. Darüber hinaus enthalten die Feldspäte noch Zirkon und Apatit, die als Erstausscheidungen wohl älter als ihr Wirt sind, und Chlorit und ?Epidot. Zur näheren Bestimmung der Feldspateinsprenglinge wurden verschiedene Methoden angewendet.
1.) Bestimmung des Brechungsindexes n
Herauspräparierte Feldspateinsprenglinge wurden im Mörser zerkleinert und das entstandene Pulver mit verschiedenen Immersionsflüssigkeiten gemischt. Unter dem Mikroskop wurde bei weißem Licht die Becke-Linie an der Grenze Feldspatplättchen - Immersionsflüssigkeit beobachtet. Der Brechungsindex des Einbettungsmittels, bei der an der Grenzfläche nur ein roter und blauer Farbsaum auftritt, wurde mit einem Abbe-Refraktometer bestimmt. Es wurde nicht zwischen nx, ny und nz unterschieden.
Ergebnis:
Bei allen Spaltplättchen aus 5 Porphyroiden wurde ein n von hahezu 1,533 festgestellt. Fehlendes monochromatisches Licht, fehlende optische Orientierung und fehlende Temperaturüberwachung lassen aber bei diesem Wert noch einen recht großen Unsicherheitsfaktor erwarten. Der Brechungsindex zeigt zumindest an, dass es sich bei den Einsprenglingen um Feldspat mit einer Zusammensetzung nahe dem Albit handeln muss und dass nur ein Mitglied der Feldspatfamilie vorhanden ist.
2.) U-Tisch Messungen
Die Einsprenglingsfeldspäte wurden auf dem U-Tisch nach der Methode von FEDOROW - NIKITIN - REINHARD bestimmt. Durch Einmessen von Spalt- und Verwachsungsflächen konnte die Lage der Indikatrix bezüglich den kristallographischen Achsen festgelegt werden. Ein Vergleich mit dem bei TRÖGER (1971) angegebenen Stereogramm der Wanderung der Flächenpole bei fixen Hauptschwingungsrichtungen ergab das in Abb. 12 wiedergegebene Resultat. Die Einsprenglingsfeldspäte sind recht reine Tief-Albite (An0 - An10).
Im gleichen Arbeitsgang wurden auch die Achsenwinkel 2V ermittelt.
Ergebnis: 2Vz = 75, 76, 78, 78, 78, 80, 86, 88 Grad.
Diese Werte stützen das obige Resultat.
Zur Kontrolle wurde zusätzlich bei einigen Einsprenglingen die Auslöschungsschiefe in Richtung [100] (Zonenmethode nach RITTMANN 1929) bestimmt.
Ergebnis: epsilon = -14, -15, -16, -17, -17 Grad.
Der Vergleich mit dem Diagramm 233-16 bei TRÖGER (1971) verifiziert im Rahmen der Messgenauigkeit die recht reinen Albite. Nachdem sich bei 8 vermessenen Feldspateinsprenglingen aus 4 verschiedenen Schliffen jedesmal ein Tief-Albit ergab wurden die Messungen eingestellt.
Abb. 12: Messwerte im Stereogramm der Wanderung der Flächenpole (001) und (010) bei fixen Hauptschwingungsrichtungen von Plagioklasen.
3.) Röntgendiffraktometrische Untersuchungen
BÜCKING (1903) beschreibt in seiner Untersuchung über die Porphyroide des Taunus Orthoklas als Einsprengling. Auch SCHÖPPE (1911), SOLLE (1951), ENGELS (1955), HESSLER (1965), MICHELS (1977) und KNEIDL (1978) erwähnen jeweils untergeordnet Orthoklas neben albitreichem Plagioklas als Einsprengling. MICHELS (1977) hat darüber hinaus sehr vereinzelt stark entmischte K-Na-Feldspateinsprenglinge beobachtet. Bei einer ebenso großen Anzahl von Bearbeitern, FRANK (1898), GERHARD (1966), KRUMSIEK (1970), LANGSDORF (1974) und HENTSCHEL (1979) wird dagegen nur Plagioklas, meist Albit, aufgeführt.
Kalifeldspat (Sanidin, Orthoklas u.ä.) ist prinzipiell im Dünnschliff dieser Gesteine nur schwer sicher anzusprechen. Zu erkennen wäre er an fehlender polysynthetischer Verzwilligung und an seinem niedrigen Brechungsindex. In den Porphyroiden sind die Feldspäte aber nicht wie in Plutoniten schön mit anderen Mineralen verwachsen, so dass man bei passender Mineralkombination mit Hilfe der Becke-Linie den Brechungsindex von Albit und Kalifeldspat auseinanderhalten könnte. Hier umgibt dagegen filzige Grundmasse jedes größere Mineralkorn und macht die Beobachtung der Becke-Linie unmöglich. Auch das Einbettungsmittel hilft nicht, da schon Albit einen kleineren Brechungsindex hat. Dem Verfasser scheint deshalb kaum möglich im Dünnschliff Kalifeldspat von unverzwillingtem Albit zu unterscheiden. Da von den Orthoklas beschreibenden Bearbeitern weder U-Tisch Methoden noch Spaltplättchen Untersuchung erwähnt werden, müssen diese Bestimmungen mit der entsprechenden Vorsicht gesehen werden (vgl. PLAS 1966 und KASTNER & SIEVER 1979). Um die mikroskopische Bestimmung der Einsprenglingsfeldspäte zu untermauern, insbesondere aber den Nachweis zu führen, dass kein Kalifeldspat mehr vorhanden ist, wurden aus 15 Porphyroidproben die Feldspateinsprenglinge sauber herauspräpariert und von Dr. Johanning röntgendiffraktometrisch untersucht.
Ergebnis:
Die herauspräparierten Feldspäte bestehen zum Großteil aus Plagioklas. Quarz und Illit (bzw. Glimmer) ist immer deutlich, Chlorit fast immer in geringen Mengen vorhanden. 4 Proben scheinen auch etwas Kaolinit zu enthalten. Kalifeldspat wurde in 14 Proben überhaupt nicht entdeckt und nur in einer Probe mit fraglicher Mineralansprache und sehr geringen Mengen beschrieben. Damit wird das mikroskopische Bild von mehr oder weniger zersetzten Albiten und das Fehlen von Kalifeldspat unterstützt.
Korngröße und Verteilung der Einsprenglinge
In 18 Schliffen wurden alle Fsp-Einsprenglinge unter dem Mikroskop vermessen, in dem der längste und kürzeste Durchmesser der Körner bestimmt wurde. Die 18 Schliffe decken alle Porphyroide mit verschiedenen Positionen (Basis, Mitte, Top) ab, so dass ein repräsentatives Bild der Mühlbachporphyroide wieder gegeben wird.
Da auch die Dünnschlifffläche vermessen wurde, konnte unter der Annahme, dass die Feldspateinsprenglinge nicht eingeregelt sind, der Gehalt in Volumenprozent angegeben werden. Mit Rücksicht auf diese Einschränkung dient dieser Wert zumindest der groben Orientierung und relativiert die leicht überschätzbaren Gehalte an Feldspateinsprenglingen.
Abb. 13: Häufigkeitsverteilung von prozentualen Gehalten an Feldspateinsprenglingen in Porphyroiden
Abbildung 13 zeigt die Häufigkeitsverteilung der ermittelten Gehalte an Feldspateinsprenglingen. Der festgestellte maximale Gehalt von 6,4 % wurde als Ausreißer nicht dargestellt. Die Verteilung kommt einer Normalverteilung recht nahe. Die Gehalte ähneln den Angaben von RIPPEL (1953), der für vergleichbare Tuffite im Sauerland 1 % Feldspatgehalt angibt. Ganz aus diesem Rahmen fallen dagegen die Feldspatgehalte bei HESSLER (1965). Er gibt für seine Moselporphyroide 45 - 50 % Plagioklas und 10 - 15 % Orthoklas an.
Die ebenfalls ermittelten durchschnittlichen Flächeninhalte von Feldspateinsprenglingen im Schliff, ein Maß für das mittlere Volumen von Feldspatpopulationen liegt gleichverteilt im Bereich zwischen 0,3 bis 0,75 mm². Der Unterschied zwischen den normalverteilten Feldspatgehalten und dem gleichverteilten durchschnittlichen Feldspatvolumen ist dadurch zu erklären, dass bei steigendem Feldspatvolumen die Anzahl der Einsprenglinge abnimmt. Das kann auch im Schliff selbst beobachtet werden. Kurz gesagt: Je größer die Feldspäte sind, desto weniger sind im Schliff vorhanden.
Weiterhin wurde auch das durchschnittliche Seitenverhältnis (größter : kleinster Durchmesser) der Feldspäte je Dünnschliff bestimmt. Dieser Wert wird vom Habitus der Feldspäte aber auch von einer möglichen Einregelung beeinflusst. Die durchschnittlichen Seitenverhältnisse liegen zwischen 1,6 und 2,2, wobei Werte größer als 2 selten sind (2 von 18 Schliffen). Signifikante Unterscheidungsmerkmale zwischen den einzelnen Zügen ergab diese Analyse nicht.
Offengelassen wurde bisher die Genese der Feldspäte. Drei Genesemodelle können sie als Teil des Porphyroids erklären. 1.) Die Feldspäte sind Pyroklasten und entstammen, zusammen mit den Glasscherben, einer Eruption. 2.) Die Feldspäte sind Epiklasten und haben deutlich an sedimentären Prozessen teilgenommen. 3.) Die Feldspäte sind authigen und erst im Porphyroidsediment gebildet worden. Feldspäte des Genesemodells 1 wären sicher zu erkennen, wenn sie in Glas eingebettet vorlägen. SIMON & SCHMINCKE (1984) unterscheiden bei solchen zwischen idiomorphen Feldspäten, die dann zweifelsfrei komagmatisch mit dem umgebenden Glas sind und allotriomorphen Feldspäten, die nicht mit dem umgebenden Glas im Gleichgewicht stehen und als xenolithische Kristalle anzusehen sind. Glas ist in den Porphyroiden nicht mehr erhalten, kann aber als rekristallisiertes Glas durch Salz und Pfeffer- und vitroklastische Struktur (s.u.) angesprochen werden. Häufig konnte rekristallisiertes Glas als nicht immer vollständiger Saum um die Feldspateinsprenglinge festgestellt werden. Solche können sicher als Pyroklasten angesprochen werden. Sie sind fast ausschließlich gut idiomorph, mit wenig rundlichen Begrenzungen im Schliff, ausgebildet. Nur in einem Fall wurde ein Feldspateinsprengling beobachtet, der buchtig korrodiert, eine sehr unregelmäßige Begrenzungslinie aufweist und als allotriomorph bezeichnet werden muss. Feldspäte des Genesemodells 2 wären durch bedeutende sedimentäre Prozesse von einem ehemals vorhandenem Glasmantel befreit worden und selbst deutlich zugerundet, im Rahmen der durch die gute Spaltbarkeit vorgegeben ist. In den vorliegenden Schliffen wurden eine Reihe von Feldspateinsprenglingen beobachtet, die unmittelbar in einem quarzdetritusreichen Sediment schwimmen, oft gut gerundet bis fast kreisrund erscheinen und immer starke Zersetzungsspuren (Serizit und Karbonat) aufweisen. Solche Feldspäte haben sicher an bedeutenden sedimentären Prozessen teilgenommen, ihre Zahl liegt aber deutlich unter der des Genesemodells 1. Nach KASTNER & SIEVER (1979) sind authigene Feldspäte immer sehr reine Endglieder der Alkalifeldspatreihe, Albit und K-Feldspat, in Tieftemperatur-Modifikation. Sie umwachsen bereits vorhandene Körner oder bilden homogene, neue Kristalle. Sie zeigen meist gut entwickelte Kristallflächen und keine Umwandlungs- oder Zersetzungserscheinungen. Ihre Größe liegt meist unter 100 µm reicht aber bis 3,5 mm hinauf. Authigene Feldspäte sind ein Hauptbestandteil von vitrischen, sauren bis intermediären Tuffen und Aschenlagen. Authigener K-Feldspat ist hier wesentlich häufiger als Albit. Viele authigene Albite sind nicht verzwillingt. Eine Verzwilligung nach dem Roc-Tourne-Gesetz scheint nur bei authigenen Albiten vorzukommen. Der Achsenwinkel 2V liegt bei authigenen Albiten signifikant höher als bei magmatischen oder metamorphen Low-Albiten (79 - 90 Grad). Nach TRÖGER (1969) ist das Roc-Tourne-Gesetz dagegen in Plutoniten und Vulkaniten häufig. Hier zeigte ein Feldspateinsprengling eine Verzwilligung in vier Individuen, wobei jeweils die diagonal gegenüberliegenden gleich auslöschten. Diese für Roc-Tourne typische Erscheinung wurde wegen der zweifelhaften Interpretation nicht näher verfolgt. Bei der Beurteilung von authigenen Feldspäten in den Porphyroiden muss berücksichtigt werden, dass die Gesteine nach einer potentiellen Authigenese mehrere km tief versenkt wurden und eine Anchimetamorphose durchgemacht haben. So darf nicht erwartet werden, dass authigene Feldspäte noch frei von Umwandlungserscheinungen sind. Bei den vorliegenden Porphyroidschliffen drängt sich deshalb in keinem Fall eine Authigenese der Feldspateinsprenglinge auf. Sie kann aber auch nicht ausgeschlossen werden.
Feldspat-Detritus
Neben den großen Feldspateinsprenglingen ist in fast jedem Porphyroidschliff auch Plagioklas in der Korngröße der detritischen Quarze beobachtet worden. Ein Teil davon mag als Bruchstücke der Einsprenglinge angesehen werden. Zum überwiegenden Teil zeigen die detritischen Plagioklase eine sehr gleichmäßige und scharfe polysynthetische Verzwilligung, wie man sie nicht von den Einsprenglingen her gewohnt ist. Nach überschlägigen Messungen der Auslöschungsschiefe an den kleinen Körnern dürfte es sich bei ihnen auch um Albit handeln. Solch auffällig verzwillingte und sehr frische Plagioklase fallen besonders leicht ins Auge und bewirken, dass unscheinbarere übersehen werden. Verdrängungen oder Überwachsungen älterer Kerne, die auf eine Feldspatauthigenese schließen ließen (KASTNER & SIEVER 1979) wurden nicht beobachtet, werden aber nicht ausgeschlossen.
Muskovit
In den meisten Schliffen (Schnitte senkrecht ss, sf) finden sich 100 bis 1000 µm lange und wenige µm dünne, helle Glimmerplättchen. Diese werden als detritisch eingeregelter Muskovit angesprochen.
Quarz
Der Gehalt an Quarzkörnern ist sehr wechselhaft. Es werden praktisch alle Übergänge von nahezu null bis zum beherrschenden Gemengteil angetroffen. Die Korngröße ist dagegen sehr einheitlich. Der Bereich Grobsilt - Feinsand (20 - 200 µm) ist, mit Schwergewicht im Feinsandbereich, die dominierende Körnungsklasse. Selten trifft man auf größere Körner (max. 500 µm) oder kleinere (ca. 10 µm). Dies wurde überschlägig an 10 Quarzkörnern pro Schliff im Rahmen der Feldspat-Korngrößenmessung bestimmt. Bei kleineren Quarzkörnern tritt aber das Problem auf, sie überhaupt in der filzigen, phyllosilikatischen Grundmasse zu erkennen. Sie sind, wie prinzipiell bei dieser Korngröße, nur mäßig bis schlecht gerundet und je kleiner desto scharfkantiger. Die Quarzkörner liegen unregelmäßig im Gestein eingestreut. Schichtung lässt sich nur selten erkennen. Die angegebenen Kriterien bedingen es, diese Quarzkörner fast ausschließlich als detritisches, epiklastisches Material zu bezeichnen.
Es kommen hin und wieder Quarze vor, die geradlinig begrenzt sind und teilweise unregelmäßige oder buchtige Umrisslinien aufweisen. Die Buchten werden, wie die übrige, direkte Umgebung der Quarze von einer feinkörnigen Grundmasse erfüllt, in der immer wieder Chlorit und Serizit näher angesprochen werden kann. In Schnitten senkrecht zur c-Achse lassen sich die teilweise vorhandenen geradlinigen Begrenzungen zu Sechsecken ergänzen. Abb. 14 zeigt zwei dieser Quarzumrissformen (die Brüche des rechten Porphyrquarzes werden von serizitischer Grundmasse erfüllt, die ihn auch umgibt). Sie wurden nur in Schliffen gefunden, die wegen ihres Reichtums an vitroklastischen Strukturen oder Salz und Pfeffer Struktur als recht reine Tuffe anzusprechen sind. Quarz kommt in diesen Schliffen immer untergeordnet vor, so dass hier einzelne Körner mit ungewöhnlichen Umrissen besonders leicht auffallen. Diese Quarze werden wegen ihrer teilweise erhaltenen Idiomorphie (Hochquarzpseudomorphose) und der Resorptionsbuchten als Porphyrquarze angesprochen. Ihre enge Bindung an reine Tuffe lässt den Schluss zu, dass sie dem gleichen Magma wie die ehemals glasigen Partikel entstammen. Die Unterscheidung zwischen Porphyrquarz, der nahezu ohne Umwege einem Magma entstammt, einerseits und den detritischen, epiklastischen Quarzen eines sedimentären Zyklusses, andrerseits ist schwierig. Die Untersuchung eines quarzangereicherten Streupräparates eines Porphyroids brachte keine eindeutige Identifizierung einer Hochquarzpseudomorphose. Eine Untersuchung der Kathodolumineszens könnte eindeutigere Aussagen ermöglichen (ZINKERNAGEL 1978). Die Porphyrquarze wurden in fast allen Porphyroidzügen beobachtet, eine genauere Untersuchung über mögliche Unterschiede in ihrer Verteilung wurde nicht angestellt.
Abb. 14: Umrisslinien von Porphyrquarzen in Porphyroiden
Eine Reihe anderer Porphyroidbearbeiter, FRANK (1898), BÜCKING (1903), ENGELS (1955) und MICHELS (1977) identifizierten auch Porphyrquarze durch Grundmasseeinbuchtungen und ihren Umriss. HENTSCHEL (1979) hält die Quarze für rein detritisch.
Sekundärer Quarz tritt pseudomorph nach vitroklastischen Strukturen, in verfüllten Blasen und in zersetzten Feldspäten usw. auf.
Gesteinsbruchstücke
Hierbei handelt es sich um die makroskopisch pauschal als Tonschieferflatschen angesprochenen Fremdgesteinseinschlüsse in den Porphyroiden. Der Dünnschliff offenbart nun, dass es sich hierbei um eine breitere Gesteinspalette handelt. Die makroskopische Bezeichnung wird weiterhin beibehalten. Sie ist mit Anführungsstrichen zu lesen. Die Größe der Xenolithe umfasst die gesamte Spannbreite zwischen 100 µm und mehreren cm.
Vorwiegend sind es Ton-Siltflatschen, die sich durch ihre oft dunklere Farbe und durch ihren höheren Gehalt an Quarzkörnern deutlich von den übrigen Bestandteilen der Porphyroide unterscheiden.
Die Schieferungsflächen stimmen bei den Gesteinsbruchstücken und dem umgebenden Gestein überein. Die Flatschen sind immer auf diesen Flächen deutlich ausgelängt, oftmals sogar so extrem, dass sie im Schliff senkrecht zu sf, als lange, dünne, dunkele Spindeln erscheinen. In einigen Schliffen wurden darüber hinaus auch noch Feinsandflatschen gefunden. Nicht selten kommen auch solche vor, die als aufgearbeitete Porphyroidbruchstücke zu erkennen sind, denn sie enthalten vitroklastische Strukturen, Feldspateinsprenglinge und verfüllte Blasen. Auch RIPPEL (1953) erwähnt vitroklastische Strukturen in Tonschieferflatschen aus ähnlichen Gesteinen des Sauerlands.
Auffällig waren weiterhin Gesteinbruchstücke, die sich makroskopisch von den dunklen Tonschieferflatschen nur durch ihre hellgelbliche, gebleichte Farbe unterscheiden. U.d.M. bestehen sie aus einer nicht näher aufzulösenden filzigen, höher doppelbrechenden Grundmasse, die wohl zu einem großen Teil aus Serizit bestehen wird. Die Röntgenanalyse ergab als Hauptbestandteil Hellglimmer, dazu noch Quarz und Plagioklas. Es könnte sich hierbei um gebleichten oder gefritteten Tonschiefer handeln, aber auch rekristallisiertes vulkanisches Glas kommt in Betracht. Eindeutig für letzteres spricht ein Feldspateinsprengling, der im Dünnschliff eines solch hellen Einschlusses beobachtet werden konnte. Hierhin gehören vielleicht auch die immer wieder in den Schliffen zu beobachtenden spindeligen, linsigen Flasern, die aus dem gleichen, höher doppelbrechenden Mineralfilz aufgebaut werden. Makroskopisch fallen sie wegen ihrer geringen Größe nicht auf. Einige von ihnen enthalten einen langen, dünnen Muskovitquerschnitt und sind deswegen wohl sedimentär entstanden. HENTSCHEL (1979) nennt vereinzelte Fragmente von obsidianischem Glas (rekristallisiert) in den Porphyroiden von Blatt Hadamar, beschreibt aber nicht, woran man sie erkennt. BÜCKING (1903) fand bei seiner Untersuchung Eruptivgesteinsstückchen aus Quarz und Feldspat und Quarzitbröckchen in den Porphyroiden.
Die prozentualen Gehalte an Gesteinsbruchstücken wurden nicht genau ermittelt. Im Vergleich mit den Feldspateinsprenglingen kann aber geschätzt werden, dass sie höchstens an 2 % heranreichen. Durch ihre teilweise beträchtliche Größe bedingt, darf dieser Wert nicht auf einen kleinen Dünnschliff bezogen werden. Durch ihre Flatschigkeit täuschen sie auf s-Flächen wesentlich größere Gehalte vor. Das eng an Porphyroide gebundene Vorkommen zeigt die genetische Verbindung zum Vulkanismus. Der Großteil der Gesteinsbruchstücke ist als epiklastisch anzusprechen, ein kleiner Teil könnte als lithischer Pyroklast bezeichnet werden.
Vitroklastische Strukturen
Das sicherste Erkennungsmerkmal für vulkanoklastische Sedimente sind darin vorkommende vitroklastische Strukturen. HENTSCHEL (1951) ersetzte mit diesem Ausdruck die von MÜGGE (1893) geprägten Begriffe "Aschenstrukturen, Aschenteilchen". Das Wort "Strukturen" bezieht sich nur auf die Umrisse, nicht auf die Mineralogie. "Asche" ist heutzutage nur eine pyroklastische Korngrößenklasse. Ausgangspunkt der vitroklastischen Strukturen sind Glasscherben, im Englischen als "shards" bezeichnet. Sie entstehen durch glasige Erstarrung eines zerspratzten, eruptiven Magmas. Diese Gesteinsgläser zerbrechen sehr leicht und verleihen, besonders bei massenhaftem Auftreten, dem Gesteinsdünnschliff ein charakteristisches Muster aus meist gebogenen aber auch geraden und ypsilonförmigen Querschnitten. Ihre Größe (größter Durchmesser) liegt zwischen 250 und 500 µm. Gesteinsgläser sind in der Regel eine recht instabile Phase. Sie neigen leicht zur Rekristallisation. Bei den hier vorliegenden Porphyroiden wurde kein vulkanisches Glas mehr gefunden. Vitroklastische Strukturen, ein Hauptbestandteil vieler Porphyroidschliffe, sind pseudomorphe, rekristallisierte Gesteinsgläser. Unter +N zeigen sie eine sogenannte "Salz-und-Pfeffer-Struktur". Ein Mosaik aus winzigsten Mineralen erscheint wegen der unterschiedlichen Auslöschungsstellung schwarz-weiß gesprenkelt. Auf Grund der geringen Doppelbrechung dürfte es sich hierbei und Quarz und Feldspat handeln. Oft kommen auch höher doppelbrechende Minerale vor, die wegen ihrer, bei großer Vergrößerung feststellbaren Feinschuppigkeit als Serizit bezeichnet werden. Ohne Analysator kann auch eine deutlich grüne Eigenfarbe mancher Schüppchen beobachtet werden. Kombiniert mit geringer Doppelbrechung wird es als Chlorit angesprochen. Schon FRANK (1898) beschreibt, dass nirgends in den Porphyroiden des SE-Taunus Ascheteilchen in typischer Ausbildung fehlen. Auch BÜCKING (1903) und HENTSCHEL (1979) erwähnen solche in den Porphyroiden.
Zur näheren Untersuchung der Porphyroidgrundmasse, insbesondere des vulkanischen Anteils daran wurden 6 Proben geröngt, die massenhaft vitroklastische Strukturen, kaum Quarzdetritus und wenig Feldspateinsprenglinge aufwiesen.
Ergebnis:
Häufigstes Mineral ist immer Quarz. Daneben tritt reichlich Illit mit scharfem Peak auf. Mikroskopisch würde das hauptsächlich Serizit entsprechen. Der Plagioklasanteil schwankt von sehr wenig bis reichlich. Wie der makroskopische Vergleich zeigt, spielt hier der Verwitterungszustand eine entscheidende Rolle. Mit sinkendem Plagioklasanteil steigt der Illitanteil. Chlorit kommt in allen Proben außer einer in kleinen Mengen vor. Dieser Ausnahme, einem verwitterten Lesestein, fehlt Chlorit. Er enthält stattdessen als einzige Probe etwas Kaolinit. 5 Proben zeigen leichte Andeutungen von Kalifeldspat. Bei der Frage nach der Natur des Ausgangsmagmas spielt dieses Röntgenergebnis eine bedeutende Rolle.
Die ehemals glasigen, vitroklastischen Strukturen waren bei ihrer Entstehung abgeschrecktes Magma und folglich mit dem flüssigen Teil des Magmas chemisch identisch. Nur mit dem flüssigen Teil des Magmas, weil die oftmals mafischeren (Ausnahme: Porphyrquarz), möglicherweise schon in der Schmelze auskristallisierten Kristalle den Gläsern fehlen können und sogar durch z.B. äolische Fraktionierung (FISHER & SCHMINCKE 1984) dem gesamten pyroklastischen Gestein entzogen sind.
Rekristallisation des Glases, also der Übergang vom amorphen in den kristallisierten Zustand kann ohne jeden chemischen Austausch mit der Umgebung erfolgen. In diesem Fall ist der Chemismus der Ausgangsschmelze durch die entstandenen Mineralphasen eindeutig festgelegt. Die durch Rekristallisation gebildeten Mineralphasen müssen dabei aber nicht die gleichen sein, die bei der direkten Kristallisation aus der flüssigen Schmelze entstanden wären. Durch die unterschiedlichen Druck- und hauptsächlich Temperaturverhältnisse der beiden Kristallisationsarten können sehr verschiedene Stabilitätsbereiche einzelner Minerale verwirklicht sein. Dennoch muss in beiden Fällen die chemische Pauschalzusammensetzung bei einer Genese in einem abgeschlossenen System identisch sein. Bei der Deutung des Chemismus' des Ausgangsmagmas an Hand der rekristallisierten Gläser ist demnach die Verwirklichung eines annähernd abgeschlossenen Systems oder die Kenntnis der Art und Weise der Nichtabgeschlossenheit von Bedeutung. Der Einfluss zu- oder wegführender Lösungen kann im Rahmen dieser Untersuchung nicht näher bewiesen werden. Da aber in frischen Porphyroiden sowohl für die Herkunft als auch für den Verbleib solcher Stofftransporte außerhalb des Handstücksbereich keine Hinweise gefunden wurden, wird eine relativ gute Abgeschlossenheit bei der Rekristallisation, wie auch bei der weiteren Entwicklung (Metamorphose) der Gläser, angenommen.
Betrachtet man nun unter diesen Prämissen den jetzigen Mineralbestand der vitroklastischen Strukturen, fällt die überwältigende Vormacht der SiO2-reichen und Fe-armen Minerale Quarz, Plagioklas und Hellglimmer auf. Als mafisches, Fe-haltiges Mineral tritt nur Chlorit auf. Der hohe Quarzanteil und der geringe Gehalt an dunklen Mineralen spricht eindeutig für ein ziemlich saures Magma. Die oben angeschnittenen Unwägbarkeiten verbieten es aber im Rahmen dieser Arbeit das Ausgangsmagma näher zu bestimmen.
BÜCKING (1903) hält Keratophyr oder Quarzkeratophyr für ein äquivalentes Eruptivgestein. Im Sauerland hat MÜGGE (1893) die dortigen sehr ähnlichen Tuffite der Lenneporphyre von Quarz- oder Felsokeratophyren abgeleitet. HENTSCHEL (1979) sieht bei den Porphyroiden des Blattes Hadamar eher Beziehungen zu Keratophyren als zu Quarzkeratophyren, da keine Porphyrquarze nachgewiesen werden können. Hierzu ist anzumerken, dass es auch Quarzkeratophyre gibt, die keine Quarzeinsprenglinge aufweisen oder sehr arm an diesen sind, wie die Felsokeratophyre von MÜGGE (1893).
Gesteine der Keratophyr-Reihe sind extrem SiO2-reiche Vulkanite, bei denen Alkalifeldspat angereichert und mafische Minerale und damit die Oxide CaO, FeO und MgO extrem vermindert sind (HENTSCHEL 1970). Die Meinungen gehen noch darüber auseinander, ob dies Ursache des primären Magmas, eines Meerwasserkontaktes oder einer Metamophose ist (Spilitproblem).
Blasenähnliche, verfüllte Hohlräume
Als Abkürzung der Überschrift dieses Abschnittes wird im folgenden nur noch von Blasen gesprochen. Zu verstehen sind darunter aber blasenähnliche, mit Mineralneubildungen verfüllte Hohlräume, deren Entstehung nicht immer sicher angesprochen werden kann.
In vielen Dünnschliffen findet man pseudomorphe Blasen, die jetzt mit verschiedenen Mineralen ausgefüllt sind. Sie sind kreisrund oder oval; meistens weisen sie unregelmäßige Formen auf. Ihre Größe wird durch den Bereich 300 bis 1000 µm fast vollständig abgedeckt. Man erkennt sie am scharfen Übergang von der filzig, schmutzigen Grundmasse zu relativ großen oft sehr klaren, neugebildeten Mineralen. Quarz, Feldspat, Chlorit, Serizit und Calcit sind diese Blasenfüllungen in der Reihenfolge der Häufigkeit. Alle Minerale können alleine die Blasen füllen, z.B. gibt es schöne Chlorit-Sphärolithe und Quarzmosaike; meistens jedoch füllen drei der genannten Minerale die Vesikel. Sie tun das radialstrahlig, sperrig oder konzentrisch mit allen Übergängen und Mischformen. Wenige Blasen sind mit Brauneisen ummantelt oder gar vollständig durch dieses gefüllt. Die direkte Umgebung der Blasen besteht zum einen aus "Salz und Pfeffer Strukturen". Diese Erscheinung wird dann als ehemalige Gasblase in einem Gesteinsglas gedeutet. Die Häufigkeit von vesikulären Gläsern ist genetisch wichtig: je blasiger das Glas desto höher der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen im Magma und/oder desto langsamer ist abgekühlt worden, so dass sich noch reichlich Gas aus dem Magma lösen konnte. Wenig blasiges bis dichtes Glas deutet auf primär geringe Gehalte an flüchtigen Bestandteilen und/oder schnelles Abschrecken, z.B. durch Wasserkontakt (FISHER & SCHMINCKE 1984). Hier ist das Glas rekristallisiert und die Blase ist durch diffundierende Lösungen mit Mineralen ausgefüllt worden. Bei den runden Exemplaren sollte diese Füllung bereits vor der Schieferung abgeschlossen sein, denn so ein relatives großer Hohlraum sollte eine Schieferung nicht ohne Deformation überstehen.
Bei manchen, auch kreisrunden Blasen kann die unmittelbare Umgebung an Hand detritischer Quarzkörner aber eindeutig als Sediment identifiziert werden. Als Genese kommen u.a. drei Möglichkeiten in Betracht.
1.) Ein runder karbonatischer Megaklast wird zusammen mit dem Quarzsilt sedimentiert. Das Karbonat wird später weggelöscht und der entstandene Hohlraum kann nun mit den jetzigen Mineralen gefüllt werden.
2.) Fossilquerschnitt, der nicht mit Sediment verfüllt ist.
3.) Glaskügelchen (hohl?)
MÜGGE (1893) beschreibt ähnliche Blasen und hält sie für Gasblasen aus dem Schlamm, vielleicht von verwesender Substanz gebildet. Bei dieser Erklärung fällt es schwer zu verstehen, wie diese Gasblasen die Kompaktion des Sediments überstehen.
Die sekundär gefüllten unregelmäßigen Formen werden als ehemalige Zwickelhohlräume gedeutet, die beim Verschweißen zerspratzten Glases gebildet wurden. Ihre Formen ähneln oft denen der vitroklastischen Strukturen, unterscheiden sich aber von diesen durch ihre doch deutlich größeren Mineralkörnern. Hier mag es aber zu Schwierigkeiten bei der Unterscheidung kommen, wenn ein Glas gröber rekristallisiert.
Turmalin
In fast jedem Schliff wurde detritischer Turmalin gefunden. Die Gehalte schwanken ungefähr zwischen 1 und 10 Körnern pro Schliff. Es können zwei Hauptvarietäten unterschieden werden: ein häufigerer, brauner und ein seltenerer graublauer Turmalin. Turmalin gehört zu den verwitterungsstabilsten Mineralen und sein Vorkommen im epiklastischen Anteil verwundert deshalb nicht. Die Korngröße entspricht der, der detritischen Quarzkörner. Bei einer dunkelgrünen, stark pleochroitischen Neubildung im feinen Mineralfilz eines Schliffes handelt es sich wahrscheinlich um authigenen Turmalin. MÜGGE (1893) erwähnt aber auch Turmalin als Bestandteil von Felsokeratophyren, so dass pyroklastischer Turmalin nicht ausgeschlossen werden kann.
In einigen Porphyroidschliffen wird Karbonat angetroffen. Neben dem schon erwähnten Auftreten als Blasenfüllung findet man vereinzelt feine Gängchen, die mit Karbonat gefüllt sind. Daneben tritt Karbonat im Bindemittel und als Körner auf, die wegen ihrer Größe vielleicht umgewandelte Feldspateinsprenglinge sind. Die teilweise Karbonatisierung von Feldspäten ist immer wieder zu beobachten. Zur näheren Beschreibung des Karbonatanteils in einigen Dünnschliffen wurden drei Porphyroidproben mit deutlichen CO3-Gehalten geröngt.
Ergebnis:
Das Karbonat besteht nahezu vollständig aus Dolomit. Dieser weist entweder ein Ca:Mg-Verhältnis von ca. 55:45 auf oder er ist ankeritisch. Calcit ist nur ganz untergeordnet vorhanden. Hauptkomponenten sind hier, wie bei der Probenserie vitroklastischer Tuffe, Quarz, Plagioklas und Illit (entspricht mikroskopisch hauptsächlich Serizit). Dazu kommen noch kleinere Mengen Chlorit. Kalifeldspat kann nicht ganz sicher identifiziert werden und ist dann auch nur in ganz geringer Menge vorhanden.
Calcit tritt in den Porphyroiden aber auch auf, wie positive HCl-Reaktion zeigt. Ein Porphyroid mit hohem Kalkgehalt erwähnt MICHELS (1977) auf Blatt Usingen und PAULY (1958) aus der südwestlichen Lahnmulde. Die häufig in den Porphyroidschliffen zu beobachtenden Rhomboeder-Löcher, die oft mit Brauneisen ausgekleidet sind, scheinen früher z.B. diagenetisch gebildete, Fe-haltige Karbonate gewesen zu sein.
Chlorit
Chlorit ist in den Porphyroiden häufig zu finden. Der Gehalt schwankt aber beträchtlich. Die hier unter dem Sammelbegriff Chlorit aufgeführten Minerale sind durch ihre niedrigen Interferenzfarben, die ausgeprägte Eigenfarbe und die Morphologie als Phyllosilikat erkenntlich. Es wurden etliche Farbvariationen zwischen grün und braun mit normalerweise schwachem Pleochroismus beobachtet. Die charakteristisch anormalen Interferenzfarben sind blaugrau und braun. Neben dem schon früher erwähnten Vorkommen als Blasenfüllung und Bestandteil der vitroklastischen Strukturen sind Chlorite als kleine Büschel im überwiegend epiklastischen Anteil der Porphyroide zu finden und deutlich sekundär gebildet worden. Einige Chlorite sind eng mit Hellglimmern verwachsen und können als Umwandlungsprodukte ehemaliger Biotite aufgefasst werden.
Weitere Minerale
In fast jedem Schliff wurden hoch doppel- und lichtbrechende, farblose einachsige Zirkone beobachtet. In ungünstigen Schnittlagen fällt die Unterscheidung zu anderen, ähnlichen Schwermineralen aber schwer. Schwer zu unterscheiden sind auch kleine Epidote, die an ihren anormal kräftigen Interferenzfarben erkannt werden. Schwierigkeiten bereitete vor allem die Ansprache von grünen, stark pleochroitischen Büscheln mit hoher Doppelbrechung (n=1,65; delta-n=0,022; l=(+); Z'=hell gelbbraun; X'=dunkelgrün) und weiteren ähnlichen Phyllosilikaten. Hier könnte nur eine Anreicherung an diesen Mineralen und anschließende Röntgenanalyse eine sichere Ansprache möglich machen.
Anteile der verschiedenen Komponenten
Um die petrographische Entwicklung innerhalb der Porphyroide zu beleuchten wurden bei der Durchmusterung der Dünnschliffe rein subjektiv nach dem Gesamteindruck die Prädikate viel, normal und wenig für die Gehalte an vitroklastischen Strukturen, filziger, nicht näher zu identifizierender Grundmasse (hierunter könnte sich z.B. Staubtuff verbergen) und Quarzdetritus vergeben.
Da fast immer Proben von der Basis, aus der Mitte und vom Top eines Porphyroidaufschlusses genommen wurden, konnten nun die oben genannten Prädikate zu der Position der Probe in Beziehung gesetzt werden. Bei der Durchmusterung war die Position des Schliffes unbekannt, so dass hier ein Einfluss bei der Ansprache ausgeschlossen ist.
Abb. 15: Absolute Häufigkeit verschiedener Merkmale in Abhängigkeit von der Position im Porphyroid
Abb. 15 zeigt deutlich hohe Quarzdetritus-Gehalte an der Basis der Porphyroide, die dann schnell nach oben hin abnehmen. Vitroklastische Strukturen treten in der Mitte und am Top der Porphyroide wesentlich stärker in Erscheinung als nahe der Basis. Die "Grundmasse" verhält sich ähnlich.
Zusammenfassung der mikroskopischen Analyse
Die kartierbare Einheit Porphyroid wird im Arbeitsgebiet heterogen aus der ganzen Spannbreite der Mischungsreihe zwischen reinem Sediment und Tuff aufgebaut. Gesteine mit einem pyroklastischen Anteil zwischen 25 und 75 % werden als Tuffit bezeichnet (SCHMID 1981). Die Feldspatanalyse hat nur Volumenanteile der pyroklastischen Kristalle um 2 % erbracht. Als lithische Pyroklasten können die, makroskopisch als "helle Tonschieferflatschen" angesprochene Bestandteile angesehen werden, soweit sie eruptiver Natur sind (s.o.). Ihr Anteil an den Porphyroiden ist verschwindend gering. Vitroklastische Strukturen bilden die überwiegende pyroklastische Komponente. Die Korngröße von 2 mm wird nur von sehr wenigen Feldspatkristallen überschritten. Einige Porphyroidschliffe werden deshalb als umgewandelter, vitrischer Aschentuff angesprochen. Bei zunehmendem epiklastischen Anteil werden die Gesteine als Tuffit bezeichnet. Oft sind als pyroklastischer Anteil nur große Feldspateinsprenglinge nachzuweisen, die in einem siltigen Sediment schwimmen. Die pyroklastischen Komponenten liegen deutlich unter 25 % und das Gestein muss als feldspatführender Siltschiefer bezeichnet werden. Bei dieser Nomenklatur können umgewandelte Staubtuffanteile nicht berücksichtigt werden, da sie nicht sicher identifiziert werden können. Ihr Vorkommen kann nur vermutet werden. Zum Beispiel gibt es Schliffe, die kaum epiklastisches Material in der gewohnten Weise erkennen lassen. Auch sind vitroklastische Strukturen und Feldspateinsprenglinge nur mäßig vertreten, aber viel feine, nicht näher aufzulösende Grundmasse. Hier hinter mag sich umgewandelter Staubtuff verbergen. Natürlich sind auch die 25 und 75 % Grenzen nur abzuschätzen.
Die nomenklatorischen Schwierigkeiten scheinen bei solch veränderten Gesteinen prinzipbedingt zu sein. Der Verfasser gibt sich deshalb mit der etwas schwammigen Ansprache zufrieden. Die makroskopische Ansprache wird hierdurch nicht beeinträchtigt, da ein Porphyroid wohl immer an seinen Feldspateinsprenglingen erkenntlich ist. Wie immer gibt es auch zu dieser Regel eine Ausnahme. MEYER (1970) erwähnt einen untypischen, weil feldspatfreien, ca. 1 m mächtigen, vermutlich ehemaligen, palagonitischen Tuffit aus dem Unterems im Guldenbachtal/Hunsrück. Dieser führt 0,65 mm großen schlecht gerundeten Quarz und 3 cm große "?Keratophyrfetzen". Unverständlich bleibt dabei das Adjektiv "palagonitisch", weil darunter durch Hydration umgewandelter Sideromelan verstanden wird (MEISL 1970). Sideromelan ist ein Glas basaltischer Zusammensetzung und schlecht mit den sauren Porphyroiden in Zusammenhang zu bringen.
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