Sitzungsberichte der physicalisch-medicinischen Societät zu Erlangen, 3 (1871), S. 65-74
auch: Annalen der Chemie und Pharmacie, Supplementband 8 (1871), S. 230-242

 

Sitzung vom 7. Juni 1871.

Herr Professor Dr. v. Gorup-Besanez

spricht über

dolomitische Quellen des Frankenjura.

In der chemischen Zusammensetzung der Quellenrückstände muss sich nothwendig jene der Gebirgsarten, in welchen die Quellen entspringen, oder welche sie durchsetzen, in qualitativem Sinne wiederspiegeln. Ihre quantitative Zusammensetzung jedoch wird von jener der Gebirgsarten in allen jenen Fällen mehr oder weniger abweichen, wo die letzteren Gemenge mehrerer Mineralien sind. Da das Wasser aus solchen Gesteinsarten die einzelnen Bestandtheile im Verhältnisse ihrer Löslichkeitscoëfficienten aufnehmen muss, so kann, natürlich nur unter der bei Weitem in den meisten Fallen zutreffenden Voraussetzung, dass diese Coëfficienten verschiedene sind, aus dem Gewichtsverhältnisse der Bestandtheile der Quellenrückstände ein Schluss auf dasjenige der Bestandtheile der Gebirgsarten in keiner Weise gezogen werden. Anders wird es sich mit solchen Gesteinsarten verhalten, welche ihrer Hauptmasse nach aus einem und demselben Mineral bestehen. Hier können die Quellenrückstände auch quantitativ nicht anders zusammengesetzt sein, wie die Gesteinsarten selbst, denn die Quellen nehmen aus solchen unzersetzte Masse auf, und setzen sie nach dem Verdunsten als solche wieder ab.

Eine Gesteinsart, die in unserem Frankenjura mächtig entwickelt ist, und unserer sogenannten fränkischen Schweiz ihren pittoresken Charakter verleiht: der Dolomit, lässt es nach seiner Zusammensetzung von vorneherein unentschieden, ob kohlensäurehaltiges Wasser aus ihm unzersetzte Masse auflösen, oder ob von seinen Bestandtheilen der eine oder der andere reichlicher in Lösung gehen wird, wie die übrigen.

Bekanntlich wird der Dolomit, abgesehen von seinen meist nur wenige Proc. betragenden accessorischen Beimengungen, als eine Doppelverbindung von Calcium- und Magnesiumcarbonat betrachtet, und zwar von derselben Zusammensetzung wie der Bitterspath, demnach von der Formel: CaCO3 , MgCO3. <66>

Karsten, der 96 Dolomite analysirte, zieht aus seinen Analysen den Schluss, dass bei den krystallisirten Dolomiten stets das obiger Formel entsprechende Molecularverhältniss gegeben sei; allein diess ist meist nur annäherungsweise der Fall und hat G. Bischof schon hervorgehoben, dass in den Dolomiten, deren Zusammensetzung sich der oben angeführten Formel nur nähert, das Magnesiumcarbonat nie mehr, sondern stets weniger ale 45,66 pCt. (die berechnete Menge) betrage, während das Calciumcarbonat 54,34 pCt. immer übersteige. Ebenso ergiebt aber auch die Erfahrung, dass die beiden Carbonate in nicht krystallisirten Dolomiten in sehr verschiedenen Verhältnissen vorhanden sein können, in welchen aber stets ein Ueberwiegen des Calciumcarbonats gegeben ist. Auf Grund der vorhandenen Analysen von Dolomiten stellt Rammelsberg drei Molecularverhältnisse für Dolomite und Bitterspathe auf:

A.

1 Mol.

CaCO3

=

100

Gewichtsth.

54,34

%

1 Mol.

MgCO3

=

84

»

45,66

%

184

»

100,00

 

B.

3 Mol.

CaCO3

=

300

»

64,10

%

2 Mol.

MgCO3

=

168

»

35,90

%

468

»

100,00

 

C.

2 Mol.

CaCO3

=

200

»

70,42

%

1 Mol.

MgCO3

=

84

»

29,58

%

284

»

100,00

doch hebt Rammelsberg ausdrücklich hervor, dass diese einfachen stoechiometrischen Verhältnisse nur für die reineren Formen Geltung beanspruchen können.

In unserem Jura tritt der Dolomit nach den Untersuchungen von Fr. Pfaff keineswegs als bestimmtes Formationsglied auf, er hält kein bestimmtes Niveau ein, und ist im weissen Jura ziemlich regellos, aber mächtig entwickelt. Häufig kommt man mit wenigen Schritten aus dem Gebiete des unveränderten Kalkes in jenes des echten Dolomits. Auch die chemische Zusammensetzung unserer Dolomite weist nach Pfaff bald plötzliche, bald allmähliche Uebergänge nach. Vom deutlich geschichteten Kalkstein an, der nur Spuren von Magnesiumcarbonat enthält, zeigt sich eine Zunahme desselben von 3 bis 40 und mehr pCt. Da nun die Dolomite als reine Doppelsalze nicht zu betrachten sind, so lässt sich auch über die Zusammensetzung der im Dolomit entspringenden Quellen von vorneherein nichts aussagen; denn wenn nach den Angaben von G. Bischof aus magnesiahaltigen Kalksteinen kohlensaures <67> Wasser nur kohlensauren Kalk und keine kohlensaure Magnesia aufnähme, wenn die Menge der letzteren 11,5 pCt. nicht übersteigt, so wäre es recht wohl möglich, dass Dolomite von dem Molecularverhältnisse B und C an die sie durchsetzenden Quellen hauptsächlich Calciumcarbonat, und nur wenig Magnesiumcarbonat abgeben würden. Was die Dolomite von dem Normalverhältnisse A sich nähernder Zusammensetzung anbetrifft, so nimmt Bischof auf Grund seiner Theorie über die Genesis des Dolomits und auf einen Versuch Göbels sich stützend an, dass aus solchen Dolomiten, welche er als in der Dolomitisation vollendet betrachtet, kohlensaures Wasser unzersetzte Masse aufnehme und als Bitterspath wieder absetze. Die bekannte Thatsache des Vorkommens von Bitterspath- und Kalkspathdrusen in Dolomiten deutet Bischof dahin, dass Dolomite mit Kalkspathdrusen noch im Werden begriffen, solche mit Bitterspathdrusen dagegen in der Dolomitisation vollendet seien. Das die erstgenannten Dolomite durchsickernde Wasser werde nämlich, da Magnesiumcarbonat in destillirtem Wasser bedeutend löslicher ist, wie Calciumcarbonat, beim Verdunsten stets Calciumcarbonat krystallisirt absetzen, während aus fertigen Dolomiten Bitterspath als solcher ausgezogen und wieder ausgeschieden würde. Die Dolomite würden sich demnach, wenn sich die Sache wirklich so verhielte, gegen kohlensaures Wasser anders verhalten, wie Gemenge von Calcium- und Magnesiumcarbonats, denn wie derselbe Chemiker fand, scheidet sich aus den Lösungen der letzteren in kohlensaurem Wasser beim Verdunsten stets Calciumcarbonat zuerst aus.

Unter den angedeuteten Verhältnissen konnte man sich von genauen quantitativen Analysen der in unserem Frankenjura zu Tage gehenden Quellen mancherlei Aufschlüsse versprechen, selbstverständlich unter der Voraussetzung, dass diese Quellen nicht etwa aus grösserer Entfernung kommend, aus anderen Gesteinsarten bereits Bestandtheile aufgenommen hätten.

In dieser Beziehung liegen die Verhältnisse in jenem Theile unseres Frankenjura, welcher ale fränkische Schweiz bezeichnet wird, besonders günstig. So quellenreich hier die Thäler sind, So wasserarm und steril sind die Plateaus. Die auf letztere gelangenden atmosphärischen Niederschläge versickern durch des stark zerklüftete Gestein rasch in die Tiefe und treten an der Thalsoole in Gestalt zahlreicher Quellen zu Tage. Ich entschloss mich daher zur Ausführung derartiger Analysen um so lieber, als meines Wissens solche bisher nicht angestellt, oder <68> wenigstens nicht veröffentlicht sind. Während der Ausführung dieser Analysen, und der dabei über das Verhalten der Quellen gewonnenen Erfahrungen ergaben sich aber neue Gesichtspuncte, die mich veranlassten, meine Untersuchungen auf die Dolomite selbst in bestimmter Richtung auszudehnen. Bei der Auswahl der Quellen leitete mich zunächst die Begrenzung des weissen Jura, dessen obere Lage der Dolomit bildet; doch wurden der Vergleichung halber auch Quellen des im braunen Jura liegenden Dorfes Breitenbach, und des an der Grenze des weissen Juras und der Dolomite liegenden Gasseldorf, beide am rechten Ufer der Wiesent, analysirt. Die übrigen Quellen gehen von Streitberg bis Muggendorf, im Gösweinsteinerthale, im Püttlachthale aufwärts bis Pottenstein, endlich im sogenannten Schotterthal gegen die Riesenburg zu, zu Tage. Endlich habe ich der Vergleichung halber auch das Wasser der Wiesent und Püttlach analysirt. Das Untersuchungsmaterial wurde zum geringeren Theile von mir selbst an Ort und Stelle beschafft, zum grösseren Theile jedoch verdanke ich es der Gefälligkeit des Herrn K. Oberförsters J. Schmitt in Gösweinstein. Ich ergreife mit Vergnügen die Gelegenheit, dem genannten Herrn auch an dieser Stelle meinen Dank für seine Freundlichkeit auszudrücken.

Kieselerde, kohlensaurer Kalk und kohlensaure Magnesia sind die einzigen Bestandtheile der Quellen, die, wenn nicht sehr bedeutende Wassermengen verarbeitet werden, quantitativ bestimmt werden können. Schwefelsäure ist in den Quellenrückständen nicht nachweisbar, Chlor nur spurenweise, Alkalien und Eisen in sehr geringer Menge zugegen. Alle Quellen enthalten etwas organische bituminöse Substanz, die meisten aber so wenig, dass die Abdampfungsrückstände schneeweis erscheinen, und sich beim Glühen nur sehr unbedeutend und vorübergehend schwärzen.

Nachstehend gebe ich die Analysen in einer tabellarischen Zusammenstellung und zwar die Bestandtheile auf 1000 CC. Wasser berechnet; in der unteren Columne aber das Verhältniss des Calcium- und Magnesiumcarbonats in 100 Th. beider Carbonate. Ich bemerke ausserdem zu diesen Tabellen, dass überall wo von einer Localität mehr Analysen aufgeführt sind, sich dieselben auf verschiedene Quellen beziehen.

TABELLE

<70> Die Schlüsse, welche ich aus diesen Analysen ziehe, sind nachstehende:

Die Quellen, welche von Streitberg an das ganze Gösweinsteiner Thal hindurch und bei Behringersmühl Wiesentaufwärts gegen Toos zu Tage gehen, sind als reine Dolomitquellen anzusehen. Das Verhältniss des Calcium- und Magnesiumcarbonats in ihren Abdampfungsrückständen ist das der Dolomite, deren Zusammensetzung sich dem Moledularverhältnisse A, demjenigen der normalen Dolomite nähert. In zwei von mir analysirten Dolomiten der Gegend war das procentische Verhältniss des Calcium- und des Magnesiumcarbonats:

I

II

Calciumcarbonat

  57,32

  57,21

Magnesiumcarbonat

  42,68

  42,79

Als arithmetrisches Mittel berechnet sich für die Quellen 58,71 CaCO3 und 41,29 MgCO3.

Die in der Gegend unter dem Namen Wölmersbrunnen bekannte Quelle im Wiesentthale, von Behringersmühl gegen die Riesenburg zu, nahe der neuen Strasse nach Toos gelegen, kommt dem Normalverhältnisse am Nächsten; der in der Nähe der Sachsenmühle gelegene Faulbrunnen entfernt sich davon am Meisten; er nähert sich dem Verhältnisse B.

2) Die Quellen des Püttlachthales sind durchschnittlich kalkreicher, und es nähern sich ihre Rückstände den Molecularverhältnissen B und C, sind demnach keine eigentlichen Dolomitquellen mehr; doch ist ihr Magnesiumcarbonatgehalt immer noch innerhalb derjenigen Grenzen, die man dolomitischen Gesteinen, oder dolomitischen Kalken zieht.

3)    Die Rückstände der Quellen von Breitenbach und Gasseldorf, (im braunen Jura), so wie die Rückstände des Wassers der Wiesent und Püttlach zeigen die Zusammensetzung der Dolomite nicht mehr; erstere jene magnesiahaltiger Kalksteine, letztere die des Molecularverhältnisses welches bei eigentlichen Dolomiten nach Kareten und Bischof gar nicht vorzukommen scheint. Dagegen gehört hieher der krystallisirte Bitterspath von Hall in Tyrol und vom Taberg in Wärmland, und der amorphe Gurhofian. Dieselbe Zusammensetzung, wie das Wasser der Püttlach und der Wiesent zeigt übrigens jenes des im Püttlacher (Pottensteiner) Thale gelegenen Oschenbrunnens.

Berücksichtigen wir nun, dass die Quellen, welche in jenem Gebiet. liegen, in dem der Dolomit die mächtigste Entwicklung <71> zeigt, auch am reinsten die Zusammensetzung der Dolomite wiederspiegeln, so dürfte die Annahme, dass in jenem Gebiete die Dolomitisation im Bischof'schen Sinne im Ganzen und Grossen vollendet sei und die Gewässer aus dem Gestein unzersetzte Masse aufnehmen, kaum gewagt sein. Ich scheute die Mühe nicht, durch directe Versuche hierüber bindende Aufschlüsse zu erhalten. In einer Versuchsreihe wurde ein Dolomit von, dem Molecularverhältniss A sich nähernder Zusammensetzung vor und nach der Extraction mit kohlensaurem Wasser analysirt. In einer zweiten Versuchsreihe wurde die Lösung des Dolomits (desselben) in kohlensaurem Wasser abgedampft und im Rückstande Calcium- und Magnesiumcarbonat bestimmt. Die Resultate waren folgende:

Dolomit vor und nach der Extraction mit koh1ensaurem Wasser.

vor

nach:

Kieselerde (Thon)

1,030

0,841

Ferrocarbonat

1,651

0,892

Calciumcarbonat

55,053

55,410

Magnesiumcarbonat  

40,992

  41,428

Gut mit destillirtem Wasser ausgewaschenes Dolomitpulver wurde in Wasser vertheilt und täglich 2—3 Stunden lang Kohlensäure eingeleitet, sodann luftdicht verschlossen unter öfterem Umschütteln sich selbst überlassen. Bei I. wurde durch 5 Tage, bei II. durch 8 Tage, bei III. 3 Wochen lang die Einwirkung der Kohlensäure fortgesetzt. Die Resultate der Analysen giebt folgende tabellarische Zusammenstellung:

In 1 Liter = 1000 C. C.

I.

II.

III.

Calciumcarbonat

0,1200

0,1334

0,2314

Magnesiumcarbonat

0,0982

0,1054

0,1710

In pCt. des Rückst.

I.

II.

III.

Calciumcarbonat

56,74

55,85

57,54

Magnesiumcarbonat

43,26

44,15

42,46

Nach diesen Beobachtungen ist es gewiss, dass kohlensaures Wasser aus Dolomiten der Formel A, unzersetzte Masse aufnimmt. Höchstens dürfte aus den Analysen des Dolomits vor und nach der Extraction mit kohlensaurem Wasser der Schluss gezogen werden, dass etwas mehr Ferrocarbonat ausgezogen wird, was übrigens bei dem überhaupt sehr geringen Eisengehalt der Dolomite von keiner Bedeutung ist.

<72> Nach der Bischof'schen Ansicht würde aber aus Gesteinen, bei welchem das Normalverhältniss des Dolomits nicht erreicht ist, vorzugsweise oder ausschliesslich nur Calciumcarbonat durch kohlensaures Wasser ausgezogen, und nach der Verdunstung der Kohlensäure aus den Gewässern Kalkspath abgesetzt. Die Analysen der Quellen, deren Rückstände sich dem Molecularverhältnisse B und C nähern, sprechen aber nicht für die Bischof'sche Ansicht. Ich habe Grund zu glauben, dass auch aus Dolomiten des Molecularverhältnisses B und C kohlensaures Wasser unzersetzte Masse aufnimmt, und die obengenannten Quellen die Zusammensetzung der Gesteinsart besitzen, welche sie durchsetzen. Ich gedenke übrigens durch directe Versuche über diese Frage Gewissheit zu erlangen. Das mir zu Gebote stehende experimentelle Beweismaterial reicht jedoch vollkommen aus, um die Meinung Bischof's, aus Dolomiten, welche er fertige nennt, werde sich beim Verdunsten des sie durchsickernden Wassers Bitterspath, aus unfertigen, d. h. überschüssigen Kalk enthaltenden, Kalkspath absetzen, als eine irrige zu erkennen. Die Lösungen der Dolomite verhalten sich nämlich beim Verdunsten, wie nachstehende Versuche lehren, wesentlich anders als man erwarten sollte. Sie verhalten sich einfach wie Gemenge der beiden Carbonate und setzen zu keiner Periode ihrer Verdunstung Bitterspath ab. Ich habe zur Ermittlung dieser Verhältnisse Dolomitwasser, d. h. mit kohlensaurem Wasser bereitete Lösungen von Dolomit der Formel A; Dolomit-Sodawasser, d. h. unter stärkerem Drucke mit Kohlensäure bereitete Lösungen von Dolomit; endlich das Wasser jener Quellen, deren Zusammensetzung sie als reine Dolomit-Quellen characterisirt, bezüglich der Erscheinungen welche sich. beim freiwilligen Verdunsten und beim Abdampfen in gelinder Wärme darbieten, genau studirt und folgendes gefunden: Ueberlässt man die Lösungen, oder die Quellen der freiwilligen Verdunstung, oder dampft man sie bei gelinder Wärme ab, so scheiden sich alsbald Nadeln ab, welche kein Bitterspath, sondern im Wesentlichen kohlensaurer Kalk mit etwas kohlensaurer Magnesia Kieselerde und Ferrocarbonat sind. Dieselben bilden auf der Oberfläche der verdunstenden Flüssigkeit eine Haut, welche weggenommen, sich immer wieder erneuert. Dampft man die Lösung bis über die Hälfte ihres ursprünglichen Volumens ab, oder kocht man sie bis zu dieser Concentration ein, so ist das Resultat dasselbe. Der Absatz enthält an 90 % Calciumcarbonat und 8—10 % Magnesiumcarbonat. Trennt man nun die abgeschiedenen Krystalle von dem <73> Gelöstbleibenden durch das Filter und bringt letztere zur Trockene, so erhält man einen Rückstand, der hauptsächlich aus Magnesiumcarbonat mit wenig Calciumcarbonat besteht; Zu keiner Periode aber scheidet sich Bitterspath aus. Man beobachtet ferner, wenn man die von den ersten Abscheidungen getrennte Flüssigkeit weiter eindampft, dass sich Magnesiumcarbonat in Gestalt eines flockigen, leichten, unter dem Mikroskope krystallinisch erscheinenden Absatzes erst dann abzuscheiden beginnt, wenn die Flüssigkeit auf ein sehr kleines Volumen gebracht ist.

Ala quantitative Belege für die erörterten Verhältnisse theile ich nachstehende Versuchszahlen mit.

I. Aus Dolomitwasser beim Stehen an der Luft sich abscheidende Krystalle. II. Aus Dolomit-Sodawasser beim Stehen an der Luft abgeschiedene Krystalle. III. a. Aus Dolomitwasser beim Abdampfen bis über die Hälfte abgeschiedene Krystalle. III. b. Filtrat davon zur Trockene abgedampft. IV. a. Dolomitische Quellen: aus selben beim Verdunsten bis über die Hälfte (kochend) sich abscheidende Krystalle. IV. b. Krystallinischer Absatz, sich abscheidend nachdem das Filtrat auf ein kleines Volumen eingedampft war.

In 100 Theilen

I.

II.

III.

IV.

a

b

a

b

Calciumcarbonat

89,57

91,58

93,43

12,01

91,19

10,83

Magnesiumcarbonat

10,43

8,42

6,57

87,99

8,81

89,17

Aus den Analysen ergiebt sich ausserdem, dass sich unter stärkerem Druck bereitete Lösungen des Dolomite in kohlensaurem Wasser nicht anders verhalten, wie unter einfachem Drucke dargestellte.

Wenn sonach in Drusenräumen von Dolomiten Bitterspathkrystalle gefunden werden, so müssen zu ihrer Bildung andere Verhältnisse mitgewirkt haben, als die von Bischof vorausgesetzten; denn es ist doch mit den hier gültigen Gesetzen der Verdunstung und der Fortbewegung des Wassers im Gesteine kaum vereinbar, anzunehmen, dass in den Drusenräumen der Verdunstungsprocess einer gewissen, sie erfüllenden Wassermenge bis zur Trockene fortschreitet; und selbst dann würde sich zwar wohl ein Gemenge von Calcium- und Magnesiumcarbonat, aber kein Bitterspath abscheiden, und man müsste die weitere Voraussetzung machen, dass dieses Gemenge sich allmählich in Bitterspath umwandle. <74>

Die vorstehenden Beobachtungen können nicht den Anspruch erheben die noch immer nicht hinreichend aufgeklärten genetischen Verhältnisse des Dolomits in helleres Licht zu setzen. Allein jene von Bischof in den Vordergrund gestellte Theorie, wornach aus magnesiahaltigen Kalksteinen kohlensaures Wasser so lange nur Calciumcarbonat ausziehen würde, bis das Molecularverhältniss des Dolomits erreicht wäre, gewinnt durch meine Beobachtungen keine Anhaltspuncte. Von vorneherein ist nicht wohl einzusehen, warum, bis jenes Molecularverhältniss erreicht wäre, nur kohlensaurer Kalk und keine kohlensaure Magnesia weggeführt werden sollte. Nimmt man für den Dolomit eine metamorphische Bildung aus Kalksteinen auf hydrochemischem Wege an, und zwar unter ausschliesslicher Mitwirkung von Carbonaten, so erscheint es plausibler vorauszusetzen, dass die Dolomitisirung durch Aufnahme von Magnesiumcarbonat und Auslaugung von Calciumcarbonat durch kohlensaures magnesiahaltiges Wasser erfolge, wie diess auch Fr. Pfaff für unsere Dolomite des Frankenjuras annimmt. Es dürfte jedoch nicht überflüssig sein, darauf hinzuweisen, dass für den Dolomit in Franken Gümbel (Sitz. Ber. der math. phys. Classe der Akad. der Wissensch. zu München 1871 Hft. 1 S. 44 u. ff.) eine metamorphische Bildung geradezu in Abrede stellt, und ihn für ein ursprüngliches Sediment ansieht, nicht mehr und nicht weniger metamorphosirt, als alle die Kalkmassen, die in seiner Nachbarschaft darüber oder darunter vorkommen. Aus dem hier nur Angedeuteten ergiebt sich, dass die Geologen noch weit davon entfernt sind, sich über die Bildungsweisen der Dolomite, denn sicherlich sind mehrere gleich gut bei verschiedenen Dolomiten möglich, in Uebereinstimmung zu befinden.

Schliesslich dürfte es der Erwähnung werth sein, dass ich in unseren Dolomiten Lithion spectralanalytisch nachgewiesen habe.