Die Lößvorkommen des Pleiser Hügellandes bei Bonn und von Neustadt/Wied sowie der Picardie

Abstract

Die vorliegenden Untersuchungen wurden an den im Verlaufe des ICE-Trassenausbaus (Köln-Frankfurt) frisch aufgeschlossenen Lößprofilen Birlinghoven, Rauschendorf, Bockeroth, Thomasberg (alle im Pleiser Hügelland nahe Bonn) und Neustadt/Wied sowie an drei Vergleichsprofilen in der Picardie (Ailly, Sourdon und Heilly) durchgeführt. Der Schwerpunkt der Untersuchungen lag auf mineralogischen und geochemischen Bestimmungen:<br /> (a) Zur Charakterisierung der Profilhorizonte und ihrer petrographischen bzw. pedologischen Anteile (Löß, Lößlehm, Tuff-Lagen, Böden),<br /> (b) zum stratigraphischen Vergleich der Profile,<br /> (c) zum Einfluß der Verwitterung auf die Profilbestandteile und<br /> (d) zur Ermittlung der Lößherkunft.<br /> Die insgesamt etwa 275 Proben wurden in drei Geländekampagnen gewonnen. In Korngrößenanalysen, von denen 93 Proben von F. Nehring durchgeführt und in seine Diplomarbeit aufgenommen worden sind (Nehring, 2001), zeigen nur wenige Horizonte ein abweichendes Bild von der Schlufffraktion (2-63 µm Ø). Dabei handelt es sich entweder um Horizonte mit deutlichen Anteilen von vulkanischem Material, um Fließerden oder um (Paläo-)Böden. An <u>mineralogischen</u> Methoden kamen röntgenographische, thermoanalytische, licht- und elektronenoptische Verfahren zur Anwendung. Sie dienten zur Bestimmung von Mineralen und zur Ermittlung charakteristischer Mineral-Eigenschaften. Die <u>geochemische</u> Charakterisierung von 68 Proben geschah röntgenfluoreszenzanalytisch an Schmelztabletten (Hauptelementbestimmung) und an Presstabletten (Spurenelement-Ermittlung). Mit Hilfe der Elektronenstrahl-Mikrosonde konnten charakteristische Spurenminerale in Streupräparaten kristallchemisch berechnet werden. Weiterhin wurden Strontium-, Sauerstoff- und Kohlenstoff-Isotopenbestimmungen durchgeführt.<br /> Zur Kennzeichnung chemischer Verwitterungsprozesse und damit von Bodenbildungen sowie von vulkanogenen Anteilen im Löß diente als besondere und hier ausführlich genutzte Methode die Bestimmung von Oxid- bzw. Element-Verhältnissen. Hierbei werden die Gehalte löslicher Kationen (bzw. deren Oxide, z. B. Alkalien und Erdalkalien) auf solche (nahezu) unlöslicher Hydrolysate (Al₂O₃, TiO₂) bezogen. Abweichungen zu geringeren Verhältnissen von Standardwerten für unverwitterte Löß- oder Tuff-Horizonte spiegeln chemische Verwitterungsprozesse wider.<br /> Ergebnisse zu (a) sind: <u>Lösse</u> zeigen mineralogisch (neben dem Hauptmineral Quarz und den Carbonaten Calcit und Dolomit) <u>Plagioklas</u> (Albit-reich) als bestimmenden Feldspattyp, beide Glimmer (den dioktaedrischen Muskovit und den trioktaedrischen Biotit) und Chlorit sowie die Umwandlungsprodukte dieser Schichtsilikate (mixed-layer). Geochemisch sind sie durch recht einheitliche Verhältnisse der Hydrolysate TiO₂/Al₂O₃ gekennzeichnet (0,07-0,08 ± 0,005). Löß-<u>Lehme</u> weisen durch das Fehlen der Carbonate viel geringere CaO-, MgO- und Sr-Gehalte auf. <u>(Paläo-)Böden</u> werden durch erniedrigte Alkalien- /Hydrolysat- sowie erhöhte K₂O/Na₂O-Verhältnisse gekennzeichnet. <u>Tone</u> erweisen sich in den untersuchten Profilen als umgewandelte Tuffe. Ihr Hauptbestandteil ist ein gut geordneter Montmorillonit. Der gute kristallchemische Ordnungsgrad dieses Smektits weist auf Entstehung bei relativ hohen Temperaturen hin, wie sie bei autohydrothermaler Umwandlung von Tuffmineralen (oder vulkanischem Glas) auftreten können. Intermediäre <u>Tuffe</u> schließlich (Trachyt- oder Andesit-Tuffe) weisen nach Correns (1968) oder Vieten (1983) hohe Sanidin-Gehalte auf (neben geringen Plagioklas-Gehalten). Das wird durch K-Feldspat (Sanidin) > als Plagioklas sowie K₂O-, Rb-Reichtum widergespiegelt.<br /> Zu (b) bleibt festzuhalten, daß regionale <u>fein</u>stratigraphische Korrelationen von Lößprofilen , wie sie etwa Zöller & Nehring (2002) aus Geländebeobachtungen ableiten, mit mineralogischen und geochemischen Methoden nur sehr bedingt möglich sind. Am sichersten sind die Tuff-Lagen zu korrelieren. Die Daten dieser Arbeit zeigen eindeutig aber auch , daß es sich bei der nach Geländebeobachtungen früherer Bearbeiter (Semmel, 1967, 1987, Juvigné & Semmel, 1981, Schirmer, 2000, Nehring, 2001 und Zöller und Nehring 2002) zwischen in mehreren Profilen korreliertem "Eltviller Tuff" nicht in allen Fällen um den gleichen Tuff handelt: So sind die drei hier untersuchten Tufflagen aus den Profilen Birlinghoven (Teufe 6,25 m), Rauschendorf (5,25 m) und Bockeroth II (5 m) geochemisch und mineralogisch identisch, aber stark unterschiedlich von dem (ebenfalls als "Eltviller Tuff" interpretierten) Tuff des Profiles Neustadt/Wied. Ob die ersten drei oder der letzte nun "echten" Eltviller Tuff darstellen, kann hier nicht beantwortet werden.<br /> Als Ergebnisse zu (c) sind einmal die Montmorillonitisierung ehemaliger Tufflagen (besonders gut im Profil Thomasberg erkennbar), zum anderen - und das ganz besonders - die sich in abnehmenden Oxid-Verhältnissen (Oxide löslicher Kationen/Hydrolysat) widerspiegelnden Prozesse der chemischen Verwitterung und Bodenbildung zu erwähnen. Viele der rekonstruierten Paläoböden lassen sich nur durch derartige Verhältnisse nachweisen (z. B. Birl 4,15 m; Bo 12,50 m; Bo II 3,36 m, 5,38 m; Thomasberg 3,40, 9,35 m; Neustadt/Wied 8,63 m ; Sourdon 3,3 m; Heilly 4,35 m und 4,75 m)!<br /> Im Profil Heilly sind (deutliche) Anzeichen eines physikalischen Separierungsprozesses an zwei übereinanderliegenden Tuffbändern zu erkennen (6,45 m = hell; 6,55 m = dunkel), die sich durch Frost/Tauwechselprozesse erklären lassen (Kessler & Werner, 2003; Hachicha et al. 2003, zur Publikation eingereicht): Durch Volumenvergrößerungen beim Gefrieren von Porenwässern unter großen Kristallen wie Sanidin und Calcit werden diese Kristalle nach oben gedrückt, d. h. in die helle Lage. Feinstkörnige Partikel wie Illite und Matrix-Plagioklas sowie sehr schwere Partikel wie Baryt rieseln dagegen nach unten (Kessler & Werner, 2003, Hachicha et al., 2003).<br /> Die Ergebnisse zu (d) lassen sich einmal aus dem Vorkommen spezifischer (Index-) Minerale, wobei es sich neben den beiden Carbonaten generell um Spurenminerale handelt, zum anderen von Mikrofossilien ableiten. Das Spektrum der gefundenen Spurenminerale ist recht groß und weist auf die verschiedensten Ursprungsgesteine magmatischer und metamorpher Art hin (Vulkanite, Granite, Glimmerschiefer, Gneise, Amphibolite u.a.). Alle derartigen Gesteine stehen westlich der untersuchten Lößgebiete an, von der Eifel bis zur Bretagne. Kristallchemisch fallen gleiche Zusammensetzungen von Titaniten, Granaten, Chloritoiden, Turmalinen und - vorsichtig und mit Einschränkungen - Epidoten und Amphibolen aus Bockeroth und den Picardie - Vorkommen auf. Das weist auf gleiche Herkunftsgebiete für beide Regionen hin. Auch die Zusammensetzung der Plagioklase (aus den Lössen) ist verwandt. Als typische <u>flachmarine</u> Sedimentbildungen sind die <u>Mg</u>-Fe(II) - Silikate <u>Glaukonit</u> und <u>Palygorskit</u> in beiden Gebieten vorhanden, der Palygorskit in den Picardielössen häufiger als in denen des Pleiser Hügellandes. Der Palygorskit ist in kleinste Partikel zerbrochen, nur röntgenographisch, aber nicht im Elektronenmikroskop nachweisbar. Das heißt: Er ist keine in-situ-Bildung, sondern (mit dem Löß) <u>transportiert</u> worden. Hieraus kann - vorsichtig - hergeleitet werden, daß dieses röhrchenförmige, recht zerbrechliche Mineral Palygorskit von <u>Westen</u> äolisch heran transportiert worden ist. Dritter Hinweis auf Transport aus dem Flachmeer sind die Sr - und O - Isotopendaten der carbonatreichen Proben. Vierter Index auf ein flachmarines Herkunftsgebiet sind Mikrofossilien (Foraminiferen). Zur Zeit des letztglazialen Maximums, als der Meeresspiegel um 100 bis 120 m niedriger lag als heute, könnten die Lösse (+ Mikrofossilien, Palygorskit, Glaukonit und - vor allem - den Carbonaten Calcit und Dolomit) aus den damals im kaltariden Klima trocken gefallenen lockeren Flachmeersedimenten vor der bretonischen Küste vom Wind aufgenommen und ostwärts transportiert worden sein.