Basalt
| Magmatisches Gestein | |
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| Zusammensetzung | |
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| Primär | Mafiös: Plagioklas, Amphibol und Pyroxen |
| Sekundär: | Manchmal Feldspathoide oder Olivin |
Basalt (UK: /ˈbæsɔːlt, -əlt/; US: /bəˈsɔːlt, ˈbeɪsɔːlt/) ist ein aphanitisches (feinkörniges) extrusives Eruptivgestein, das durch die rasche Abkühlung von niedrigviskoser, magnesium- und eisenreicher Lava (mafische Lava) an oder nahe der Oberfläche eines Gesteinsplaneten oder Mondes entsteht. Mehr als 90 % aller vulkanischen Gesteine auf der Erde sind Basalt. Schnell abkühlender, feinkörniger Basalt ist chemisch gleichwertig mit langsam abkühlendem, grobkörnigem Gabbro. Die Eruption von Basaltlava wird von Geologen an etwa 20 Vulkanen pro Jahr beobachtet. Basalt ist auch eine wichtige Gesteinsart auf anderen Planeten im Sonnensystem. So sind beispielsweise die Ebenen der Venus, die etwa 80 % der Oberfläche bedecken, größtenteils basaltisch; die Mondmarien sind Ebenen aus flutbasaltischen Lavaströmen; und Basalt ist ein häufiges Gestein auf der Marsoberfläche. ⓘ
Geschmolzene Basaltlava hat aufgrund ihres relativ geringen Siliziumdioxidgehalts (zwischen 45 % und 52 %) eine niedrige Viskosität, was zu schnell fließenden Lavaströmen führt, die sich über große Gebiete ausbreiten können, bevor sie abkühlen und erstarren. Flutbasalte sind dicke Abfolgen vieler solcher Ströme, die Hunderttausende von Quadratkilometern bedecken können und die voluminösesten aller vulkanischen Formationen darstellen. ⓘ
Es wird angenommen, dass basaltische Magmen im Erdinneren aus dem oberen Erdmantel stammen. Die Chemie der Basalte gibt somit Aufschluss über die Vorgänge tief im Erdinneren. ⓘ
Basalt ist ein basisches (SiO2-armes) Ergussgestein. Es besteht vor allem aus einer Mischung von Calcium-Eisen-Magnesium-Silikaten (Pyroxene) und calcium- und natriumreichem Feldspat (Plagioklas) sowie meist auch Olivin. Basalt ist das vulkanische Äquivalent zum Gabbro (Plutonit), der die gleiche chemische Zusammensetzung hat. ⓘ
Die um 1800 geführte Auseinandersetzung über die Herkunft der Basalte, auch Basaltstreit genannt, entwickelte sich zu einem weltanschaulichen Grundsatzdisput zwischen Neptunismus und Plutonismus. ⓘ
Definition und Merkmale
Geologen klassifizieren Eruptivgestein nach Möglichkeit nach seinem Mineralgehalt, wobei der relative Volumenanteil von Quarz, Alkalifeldspat, Plagioklas und Feldspat (QAPF) besonders wichtig ist. Ein aphanitisches (feinkörniges) Eruptivgestein wird als Basalt eingestuft, wenn sein QAPF-Anteil aus weniger als 10 % Feldspat und weniger als 20 % Quarz besteht, wobei Plagioklas mindestens 65 % des Feldspatgehalts ausmacht. Damit liegt Basalt im Basalt/Andesit-Bereich des QAPF-Diagramms. Basalt unterscheidet sich von Andesit durch seinen Siliciumdioxidgehalt von unter 52 %. ⓘ
Die Mineralzusammensetzung vulkanischer Gesteine lässt sich aufgrund ihrer sehr feinen Körnung oft nicht bestimmen. Geologen klassifizieren die Gesteine dann chemisch, wobei der Gesamtgehalt an Alkalimetalloxiden und Kieselsäure (TAS) besonders wichtig ist. Basalt wird dann als vulkanisches Gestein mit einem Gehalt von 45% bis 52% Kieselsäure und höchstens 5% Alkalioxiden definiert. Damit liegt Basalt im B-Bereich des TAS-Diagramms. Eine solche Zusammensetzung wird als mafisch bezeichnet. ⓘ
Basalt ist aufgrund seines hohen Gehalts an Augit oder anderen dunkel gefärbten Pyroxenmineralen in der Regel dunkelgrau bis schwarz gefärbt, kann aber eine große Bandbreite an Schattierungen aufweisen. Einige Basalte sind aufgrund ihres hohen Plagioklasgehalts recht hell und werden manchmal als Leucobasalte bezeichnet. Hellerer Basalt kann schwer von Andesit zu unterscheiden sein, aber eine gängige, in der Feldforschung verwendete Faustregel besagt, dass Basalt einen Farbindex von 35 oder mehr hat. ⓘ
Die physikalischen Eigenschaften von Basalt spiegeln seinen relativ geringen Siliziumdioxidgehalt und seinen typischerweise hohen Eisen- und Magnesiumgehalt wider. Die durchschnittliche Dichte von Basalt beträgt 2,9 g/cm3, verglichen mit einer typischen Dichte von 2,7 g/cm3 bei Granit. Die Viskosität von Basaltmagma ist relativ niedrig, etwa 104 bis 105 cP, obwohl sie immer noch um viele Größenordnungen höher ist als die von Wasser (das eine Viskosität von etwa 1 cP hat). Die Viskosität von Basaltmagma ist mit der von Ketchup vergleichbar. ⓘ
Basalt ist häufig porphyrisch und enthält größere Kristalle (Phänokristalle), die vor der Extrusion, die das Magma an die Oberfläche brachte, gebildet wurden und in eine feinkörnigere Matrix eingebettet sind. Diese Phänokristalle bestehen in der Regel aus Augit, Olivin oder einem kalziumreichen Plagioklas, die von den typischen Mineralen, die aus der Schmelze kristallisieren können, die höchsten Schmelztemperaturen aufweisen und daher als erste feste Kristalle bilden. ⓘ
Basalt enthält oft Bläschen, die entstehen, wenn gelöste Gase aus dem Magma ausströmen, während es sich bei der Annäherung an die Oberfläche dekomprimiert, und die ausgebrochene Lava dann erstarrt, bevor die Gase entweichen können. Wenn die Bläschen einen wesentlichen Teil des Volumens des Gesteins ausmachen, wird das Gestein als Schlacke bezeichnet. ⓘ
Der Begriff Basalt wird gelegentlich für flache Intrusivgesteine mit einer für Basalt typischen Zusammensetzung verwendet, aber Gesteine dieser Zusammensetzung mit einer phaneritischen (gröberen) Grundmasse werden richtiger als Diabas (auch Dolerit genannt) oder, wenn sie grobkörniger sind (Kristalle mit einem Durchmesser von über 2 mm), als Gabbro bezeichnet. Diabas und Gabbro sind somit die hypabyssalen und plutonischen Entsprechungen von Basalt. ⓘ
Im Erdaltertum, Archaikum und frühen Proterozoikum unterschied sich die Chemie der eruptierten Magmen aufgrund der unreifen Krusten- und Asthenosphärendifferenzierung erheblich von der heutigen. Diese ultramafischen vulkanischen Gesteine mit einem Siliziumdioxidgehalt (SiO2) von weniger als 45 % werden in der Regel als Komatiite bezeichnet. ⓘ
Etymologie
Das Etymologische Wörterbuch der deutschen Sprache vermerkt, dass Basalt seit dem 18. Jahrhundert im Deutschen nachweisbar sei und aus dem lateinischen basaltēs entlehnt wurde. Dieses lateinische Wort findet sich, unter Berufung auf die Naturalis historia Plinius des Älteren, bei Georgius Agricola in seinem Werk De Natura Fossilium (1546). Agricola bezeichnet damit unter anderem das säulig geklüftete Gestein, aus dem der natürliche Felssockel und die Mauern der Burg Stolpen bestehen. ⓘ
Wahrscheinlich geht das Wort basaltes aber auf einen mittelalterlichen Transkriptionsfehler des Plinius-Textes zurück, in denen er ansonsten die latinisierte Version des griechischen Gesteinsnamens βασανίτης [λίθος] basanítēs [líthos] (Prüfstein, sehr harter Stein) nutzt. Das griechische Wort hat seinen Ursprung möglicherweise im Ägyptischen. Der russische Petrograph Franz Loewinson-Lessing führt in seinem Lexikon an, dass Basalt „eine der ältesten petrographischen Bezeichnungen“ sei und ganz ursprünglich aus dem Äthiopischen stamme. Demnach soll basal (oder bselt oder bsalt, wörtlich: ‚gekocht‘(?)) soviel wie ‚eisenführendes Gestein‘ bedeuten. Ferner heißt es bei Loewinson-Lessing, dass laut Plinius dem Älteren die ersten Basalte aus Äthiopien kamen. Ob es sich bei der Region wirklich um Äthiopien und bei diesen Gesteinen wirklich (ausschließlich) um Basalt im heutigen Verständnis gehandelt hat, ist allerdings fraglich. Der US-amerikanische archäologische Geologe James A. Harrell postuliert, Plinius basanites sei identisch mit dem ägyptischen Bechen-Stein (engl. bekhen-stone), der eine Metagrauwacke ist, die im Wadi Hammamat vorkommt und dort auch abgebaut wurde. Tatsächlich sind sowohl Basalt als auch Grauwacke (relativ) feinkörnige, sehr harte, gräuliche und bräunlich verwitternde Gesteine, die bei fehlenden typischen Gefügemerkmalen (speziell bei Basalt die säulige Klüftung) im Aufschluss ohne optische Hilfsmittel durchaus leicht zu verwechseln sind. Aufgrund dieser Unklarheiten in den Plinius’schen Schriften können Agricola als Erstbeschreiber der Gesteinsart Basalt im heutigen Verständnis und der Felssockel der Burg Stolpen als Typlokalität dieser Gesteinsart gelten. ⓘ
Abraham Gottlob Werner charakterisiert Basalt in seiner 1787 erschienenen Beschreibung der verschiedenen Gebirgsarten als „gemengte Bergart“, die neben der „Hauptmasse“ (mangels einer Methode für die Gesteinsmikroskopie seinerzeit noch nicht in ihre mineralischen Bestandteile auflösbar) „gewöhnlich Hornblende-Krystalle und Krisolithkörner, selten Zeolith“ enthalte. Louis Cordier schränkte 1816 den Namen auf eine Zusammensetzung von Augit und Labradorit mit wechselnden Anteilen von Olivin ein. Karl Heinrich Rosenbusch formulierte 1887 eine Neudefinition. ⓘ
Als Diabas und Melaphyr werden geologisch alte Basalte bezeichnet, die außerdem eine leichte Veränderung ihres Gefüges und ihrer Mineralzusammensetzung durch Metamorphose erfahren haben. ⓘ
Arten
Auf der Erde hat sich der meiste Basalt durch Dekompressionsschmelzen des Erdmantels gebildet. Durch den hohen Druck im oberen Erdmantel (aufgrund des Gewichts des darüber liegenden Gesteins) wird der Schmelzpunkt des Mantelgesteins angehoben, so dass fast der gesamte obere Erdmantel fest ist. Das Mantelgestein ist jedoch duktil (das feste Gestein verformt sich langsam unter hoher Belastung). Wenn tektonische Kräfte dazu führen, dass heißes Mantelgestein nach oben kriecht, kann die Abnahme des Drucks auf das aufsteigende Gestein dazu führen, dass sein Schmelzpunkt so weit sinkt, dass das Gestein teilweise schmilzt. Dabei entsteht basaltisches Magma. ⓘ
Dekompressionsschmelzen können in einer Vielzahl von tektonischen Umgebungen auftreten. Dazu gehören kontinentale Riftzonen, mittelozeanische Rücken, über Hotspots und in Backarc-Becken. Basalt entsteht auch in Subduktionszonen, wo Mantelgestein zu einem Mantelkeil über der absteigenden Platte aufsteigt. Die Dekompressionsschmelze wird hier durch eine weitere Absenkung des Schmelzpunkts durch Wasserdampf und andere flüchtige Stoffe, die von der Platte freigesetzt werden, verstärkt. In jeder dieser Situationen entsteht Basalt mit besonderen Merkmalen. ⓘ
- Tholeiitischer Basalt ist relativ reich an Eisen und arm an Alkalimetallen und Aluminium. Zu dieser Kategorie gehören die meisten Basalte des Meeresbodens, die meisten großen ozeanischen Inseln und kontinentale Flutbasalte wie das Columbia River Plateau.
- Basalt mit hohem und niedrigem Titangehalt. Basaltgestein wird in einigen Fällen nach seinem Titangehalt (Ti) in Hoch-Ti und Niedrig-Ti unterschieden. In den Paraná- und Etendeka-Fallen sowie in den Emeishan-Fallen wurde zwischen Hoch-Ti und Niedrig-Ti-Basalt unterschieden.
- Mittelozeanischer Rückenbasalt (MORB) ist ein tholeiitischer Basalt, der gewöhnlich nur an Ozeanrücken ausbricht und charakteristischerweise wenig inkompatible Elemente enthält. Obwohl alle MORBs chemisch ähnlich sind, erkennen Geologen, dass sie sich in ihrem Gehalt an inkompatiblen Elementen erheblich unterscheiden. Ihr Vorkommen in unmittelbarer Nähe entlang mittelozeanischer Rücken wird als Beweis für eine Inhomogenität des Erdmantels gedeutet.
- E-MORB, angereichertes MORB, ist relativ wenig an inkompatiblen Elementen verarmt. Früher dachte man, E-MORB sei typisch für Hot Spots entlang mittelozeanischer Rücken, wie z. B. Island, doch heute weiß man, dass es an vielen Stellen entlang mittelozeanischer Rücken vorkommt.
- N-MORB, normales MORB, weist einen durchschnittlichen Gehalt an inkompatiblen Elementen auf.
- D-MORB, abgereichertes MORB, ist stark an inkompatiblen Elementen verarmt.
- Alkalibasalt ist relativ reich an Alkalimetallen. Er ist kieselsäureungesättigt und kann Feldspat, Alkalifeldspat, Phlogopit und Kaersutit enthalten. Augit in Alkalibasalten ist mit Titan angereicherter Augit, und Pyroxene mit niedrigem Kalziumgehalt sind nie vorhanden. Sie sind charakteristisch für kontinentales Rifting und Hotspot-Vulkanismus.
- Basalt mit hohem Tonerdegehalt hat mehr als 17 % Tonerde (Al2O3) und liegt in der Zusammensetzung zwischen tholeiitischem Basalt und Alkalibasalt. Seine relativ tonerdehaltige Zusammensetzung beruht auf Gesteinen ohne Plagioklas-Phänokristalle. Sie bilden das kieselsäurearme Ende der kalkalkalischen Magmenreihe und sind charakteristisch für Vulkanbögen über Subduktionszonen.
- Boninit ist eine magnesiumreiche Form von Basalt, die in der Regel in Backarc-Becken ausbricht und sich durch ihren geringen Titangehalt und ihre Spurenelementzusammensetzung auszeichnet.
- Zu den Basalten der Ozeaninsel gehören sowohl Tholeiite als auch Alkalibasalte, wobei Tholeiit in der frühen eruptiven Geschichte der Insel vorherrschend war. Diese Basalte zeichnen sich durch hohe Konzentrationen inkompatibler Elemente aus. Dies deutet darauf hin, dass ihr Ausgangsgestein in der Vergangenheit wenig Magma produziert hat (es ist nicht abgereichert). ⓘ
Petrologie
Die Mineralogie von Basalt ist durch ein Übergewicht an kalziniertem Plagioklas-Feldspat und Pyroxen gekennzeichnet. Auch Olivin kann ein wichtiger Bestandteil sein. Zu den in relativ geringen Mengen vorhandenen Begleitmineralen gehören Eisenoxide und Eisentitanoxide wie Magnetit, Ulvöspinel und Ilmenit. Aufgrund des Vorhandenseins solcher Oxidminerale kann Basalt bei seiner Abkühlung starke magnetische Signaturen annehmen, und paläomagnetische Studien haben Basalt ausgiebig genutzt. ⓘ
In tholeiitischem Basalt sind Pyroxen (Augit und Orthopyroxen oder Pigeonit) und kalziumreicher Plagioklas häufige Phänokristallminerale. Auch Olivin kann ein Phänokristall sein, und wenn es vorhanden ist, kann es Ränder aus Pigeonit aufweisen. Die Grundmasse enthält interstitiellen Quarz, Tridymit oder Cristobalit. Olivin-Tholeiit-Basalt hat Augit und Orthopyroxen oder Taubenit mit reichlich Olivin, aber Olivin kann Ränder aus Pyroxen haben und ist in der Grundmasse wahrscheinlich nicht vorhanden. ⓘ
Alkalibasalte weisen typischerweise Mineralgefüge auf, die kein Orthopyroxen, aber Olivin enthalten. Feldspat-Phenokristalle haben in der Regel eine Zusammensetzung von Labradorit bis Andesin. Augit ist im Vergleich zu Augit in tholeiitischem Basalt reich an Titan. Mineralien wie Alkalifeldspat, Leuzit, Nephelin, Sodalit, Phlogopitglimmer und Apatit können in der Grundmasse vorhanden sein. ⓘ
Basalt hat hohe Liquidus- und Solidustemperaturen - die Werte an der Erdoberfläche liegen bei oder über 1200 °C (Liquidus) und bei oder unter 1000 °C (Solidus); diese Werte sind höher als die anderer gewöhnlicher Eruptivgesteine. ⓘ
Die meisten tholeiitischen Basalte entstehen in etwa 50-100 km Tiefe im Erdmantel. Viele Alkalibasalte können in größeren Tiefen gebildet werden, vielleicht sogar in 150-200 km Tiefe. Der Ursprung von Basalt mit hohem Tonerdegehalt ist nach wie vor umstritten. Es herrscht Uneinigkeit darüber, ob es sich um eine primäre Schmelze handelt oder ob sie durch Fraktionierung aus anderen Basalttypen entstanden ist. ⓘ
Geochemie
Im Vergleich zu den meisten anderen Eruptivgesteinen ist die Zusammensetzung von Basalt reich an MgO und CaO und arm an SiO2 und Alkalioxiden, d. h. Na2O + K2O, was der TAS-Klassifizierung entspricht. Basalt enthält mehr Kieselsäure als Pikrobasalt und die meisten Basanite und Tephrite, aber weniger als basaltischer Andesit. Basalt hat einen geringeren Gesamtgehalt an Alkalioxiden als Trachybasalt und die meisten Basanite und Tephrite. ⓘ
Basalt hat im Allgemeinen eine Zusammensetzung von 45-52 Gew.-% SiO2, 2-5 Gew.-% Gesamtalkalien, 0,5-2,0 Gew.-% TiO2, 5-14 Gew.-% FeO und 14 Gew.-% oder mehr Al2O3. Der CaO-Gehalt liegt in der Regel bei 10 Gew.-%, der MgO-Gehalt in der Regel zwischen 5 und 12 Gew.-%. ⓘ
Basalte mit hohem Tonerdegehalt haben Aluminiumgehalte von 17-19 Gew.-% Al2O3; Boninite weisen Magnesiumgehalte (MgO) von bis zu 15 % auf. Seltene feldspathoidreiche mafische Gesteine, die mit den Alkalibasalten verwandt sind, können Na2O + K2O-Gehalte von 12 % oder mehr aufweisen. ⓘ
Die Häufigkeit von Lanthaniden oder Seltenen Erden (REE) kann ein nützliches Diagnoseinstrument sein, um die Geschichte der Mineralkristallisation beim Abkühlen der Schmelze zu erklären. Insbesondere die relative Häufigkeit von Europium im Vergleich zu den anderen Seltenen Erden ist oft deutlich höher oder niedriger und wird als Europiumanomalie bezeichnet. Dies wird als Europium-Anomalie bezeichnet, da Eu2+ in Plagioklas-Feldspat Ca2+ ersetzen kann, im Gegensatz zu den anderen Lanthaniden, die nur 3+-Kationen bilden. ⓘ
Mittelozeanische Rückenbasalte (MORB) und ihre intrusiven Äquivalente, Gabbros, sind die charakteristischen Eruptivgesteine, die sich an mittelozeanischen Rücken bilden. Es handelt sich um tholeiitische Basalte, die besonders arm an Gesamtalkalien und inkompatiblen Spurenelementen sind und relativ flache REE-Muster aufweisen, die auf Mantel- oder Chondritenwerte normiert sind. Im Gegensatz dazu weisen Alkalibasalte normalisierte Muster auf, die stark mit leichten REE angereichert sind und größere Mengen an REE und anderen inkompatiblen Elementen enthalten. Da MORB-Basalte als Schlüssel zum Verständnis der Plattentektonik gelten, wurden ihre Zusammensetzungen eingehend untersucht. Obwohl die MORB-Zusammensetzung im Vergleich zur durchschnittlichen Zusammensetzung von Basalten, die in anderen Umgebungen ausgebrochen sind, unverwechselbar ist, ist sie nicht einheitlich. So ändert sich beispielsweise die Zusammensetzung mit der Position entlang des Mittelatlantischen Rückens, und auch in den verschiedenen Ozeanbecken liegen die Zusammensetzungen in unterschiedlichen Bereichen. Die Basalte des Mittelozeanischen Rückens wurden in normale Basalte (NMORB) und solche, die etwas stärker mit inkompatiblen Elementen angereichert sind (EMORB), eingeteilt. ⓘ
Die Isotopenverhältnisse von Elementen wie Strontium, Neodym, Blei, Hafnium und Osmium in Basalten wurden eingehend untersucht, um etwas über die Entwicklung des Erdmantels zu erfahren. Auch die Isotopenverhältnisse von Edelgasen wie 3He/4He sind von großem Wert: So reichen die Verhältnisse bei Basalten von 6 bis 10 bei tholeiitischen Basalten des mittelozeanischen Rückens (normalisiert auf atmosphärische Werte) bis zu 15-24 und mehr bei ozeanischen Inselbasalten, die vermutlich aus Mantelplumes stammen. ⓘ
Zu den Ausgangsgesteinen für die partiellen Schmelzen, aus denen basaltisches Magma entsteht, gehören wahrscheinlich sowohl Peridotit als auch Pyroxenit. ⓘ
Morphologie und Texturen
Form, Struktur und Textur eines Basalts geben Aufschluss darüber, wie und wo er ausgebrochen ist - ob ins Meer, in einer explosiven Schlackeneruption oder als kriechender pāhoehoe-Lavastrom, dem klassischen Bild hawaiianischer Basaltausbrüche. ⓘ
Subaerische Eruptionen
Basalt, der unter freiem Himmel (d. h. subaerisch) ausbricht, bildet drei verschiedene Arten von Lava oder vulkanischen Ablagerungen: Schlacken, Asche oder Schlacke (Brekzie) und Lavaströme. ⓘ
Der Basalt in den Spitzen von subaerischen Lavaströmen und Schlackenkegeln ist oft stark blasig, was dem Gestein eine leichte, schaumige" Textur verleiht. Basaltische Schlacken sind oft rot, gefärbt durch oxidiertes Eisen aus verwitterten eisenhaltigen Mineralien wie Pyroxen. ⓘ
ʻAʻā-Arten blockartiger Schlacken und Brekzienströme aus dicker, zähflüssiger Basaltlava sind auf Hawaiʻi weit verbreitet. Pāhoehoe ist eine sehr flüssige, heiße Form von Basalt, die dazu neigt, dünne Schürzen aus geschmolzener Lava zu bilden, die Hohlräume ausfüllen und manchmal Lavaseen bilden. Lavaröhren sind häufige Merkmale von Pāhoehoe-Ausbrüchen. ⓘ
Basaltischer Tuff oder pyroklastische Gesteine sind weniger häufig als basaltische Lavaströme. Normalerweise ist Basalt zu heiß und zu flüssig, um einen ausreichenden Druck für explosive Lavaeruptionen aufzubauen, doch gelegentlich kommt es zu einem solchen Ausbruch, indem die Lava im Vulkanschlund eingeschlossen wird und sich vulkanische Gase ansammeln. Der Vulkan Mauna Loa auf Hawaiʻi brach im 19. Jahrhundert auf diese Weise aus, ebenso wie der Mount Tarawera in Neuseeland bei seinem heftigen Ausbruch im Jahr 1886. Maar-Vulkane sind typisch für kleine Basalttuffe, die durch eine explosive Eruption von Basalt durch die Kruste hindurch entstanden sind und ein Vorfeld aus gemischtem Basalt und Wandgesteinsbrekzien sowie einen Fächer aus Basalttuff weiter außerhalb des Vulkans gebildet haben. ⓘ
Amygdaloidale Strukturen sind in den Reliktblasen häufig anzutreffen, und häufig finden sich schön kristallisierte Zeolithe, Quarz oder Calcit. ⓘ
Säulenbasalt
Während der Abkühlung eines dicken Lavastroms bilden sich Schrumpfungsfugen oder Brüche. Wenn ein Strom relativ schnell abkühlt, bauen sich erhebliche Kontraktionskräfte auf. Während ein Strom in vertikaler Richtung schrumpfen kann, ohne zu brechen, kann er in horizontaler Richtung nur schwer schrumpfen, es sei denn, es bilden sich Risse; das dabei entstehende ausgedehnte Rissnetz führt zur Bildung von Säulen. Diese Strukturen haben überwiegend einen sechseckigen Querschnitt, es können aber auch Polygone mit drei bis zwölf oder mehr Seiten beobachtet werden. Die Größe der Säulen hängt stark von der Abkühlungsgeschwindigkeit ab; eine sehr schnelle Abkühlung kann zu sehr kleinen Säulen (<1 cm Durchmesser) führen, während bei einer langsamen Abkühlung eher große Säulen entstehen. ⓘ
Submarine Eruptionen
Der Charakter submariner Basaltausbrüche wird weitgehend von der Wassertiefe bestimmt, da ein erhöhter Druck die Freisetzung flüchtiger Gase einschränkt und zu effusiven Eruptionen führt. Man schätzt, dass in Tiefen von mehr als 500 Metern (1.600 Fuß) die mit basaltischem Magma verbundene explosive Aktivität unterdrückt wird. Oberhalb dieser Tiefe sind submarine Eruptionen oft explosiv und erzeugen eher pyroklastisches Gestein als Basaltströme. Diese Eruptionen, die als Surtseyan bezeichnet werden, zeichnen sich durch große Mengen an Dampf und Gas und die Entstehung großer Mengen an Bimsstein aus. ⓘ
Kissenbasalte
Wenn Basalt unter Wasser ausbricht oder ins Meer fließt, wird die Oberfläche durch den Kontakt mit dem Wasser abgeschreckt und die Lava bildet eine charakteristische Kissenform, durch die die heiße Lava bricht und ein weiteres Kissen bildet. Diese "Kissen"-Textur ist in Unterwasser-Basaltströmen sehr häufig anzutreffen und deutet auf eine Unterwasser-Eruptionsumgebung hin, wenn sie in alten Gesteinen gefunden wird. Kissen bestehen typischerweise aus einem feinkörnigen Kern mit einer glasigen Kruste und weisen radiale Fugen auf. Die Größe der einzelnen Pillows variiert von 10 cm bis zu mehreren Metern. ⓘ
Wenn pāhoehoe-Lava ins Meer gelangt, bildet sie in der Regel Pillow-Basalte. Wenn ʻaʻā jedoch ins Meer gelangt, bildet sie einen Litoralkegel, eine kleine kegelförmige Ansammlung von Tuffsteinschutt, die entsteht, wenn die blockige ʻaʻā-Lava ins Wasser gelangt und durch aufgestauten Dampf explodiert. ⓘ
Die Insel Surtsey im Atlantischen Ozean ist ein Basaltvulkan, der 1963 ausbrach. Die Anfangsphase des Ausbruchs von Surtsey war hochexplosiv, da das Magma recht flüssig war, so dass das Gestein durch den kochenden Dampf gesprengt wurde und einen Tuff- und Schlackenkegel bildete. Dieser hat sich anschließend in ein typisches pāhoehoe-artiges Verhalten verwandelt. ⓘ
Vulkanisches Glas kann vorkommen, insbesondere in Form von Rinden auf schnell abgekühlten Oberflächen von Lavaströmen, und wird häufig (aber nicht ausschließlich) mit Unterwassereruptionen in Verbindung gebracht. ⓘ
Kissenbasalt entsteht auch bei einigen subglazialen Vulkanausbrüchen. ⓘ
Verbreitung
Erde
Basalt ist die häufigste vulkanische Gesteinsart auf der Erde und macht über 90 % des gesamten vulkanischen Gesteins auf dem Planeten aus. Die Krustenteile der ozeanischen tektonischen Platten bestehen überwiegend aus Basalt, der aus dem aufsteigenden Erdmantel unterhalb der Ozeanrücken entsteht. Basalt ist auch das Hauptvulkangestein vieler ozeanischer Inseln, darunter die Inseln Hawaiʻi, die Färöer und Réunion. Die Eruption von Basaltlava wird von Geologen an etwa 20 Vulkanen pro Jahr beobachtet. ⓘ
Basalt ist das typischste Gestein der großen Eruptionsprovinzen. Dazu gehören kontinentale Flutbasalte, die voluminösesten Basalte, die auf dem Festland vorkommen. Beispiele für kontinentale Flutbasalte sind die Deccan-Fallen in Indien, die Chilcotin-Gruppe in British Columbia, Kanada, die Paraná-Fallen in Brasilien, die Sibirischen Fallen in Russland, die Karoo-Flutbasaltprovinz in Südafrika und das Columbia River Plateau in Washington und Oregon. ⓘ
Basalt kommt auch in der Umgebung von Vulkanbögen vor, insbesondere bei dünner Kruste. ⓘ
Alte präkambrische Basalte kommen in der Regel nur in Falten- und Überschiebungsgürteln vor und sind oft stark metamorphisiert. Diese Gürtel werden als Grünsteingürtel bezeichnet, da bei der geringgradigen Metamorphose von Basalt Chlorit, Aktinolith, Epidot und andere grüne Mineralien entstehen. ⓘ
Andere Körper im Sonnensystem
Basalt ist darüber hinaus ein häufiges Gestein auf allen terrestrischen Planeten (Merkur, Venus, Mars) und dem Mond. Auch viele Meteoriten besitzen die gleiche chemische Zusammensetzung wie Basalt. Mit ihrer Hilfe kann man Rückschlüsse auf die Entstehung unseres Sonnensystems ziehen. ⓘ
Der Mond
Die auf dem Erdmond sichtbaren dunklen Bereiche, die Mondmarien, sind Ebenen aus flutbasaltischen Lavaströmen. Diese Gesteine wurden sowohl vom amerikanischen Apollo-Programm mit Besatzung als auch vom russischen Luna-Programm mit Robotern beprobt und sind unter den Mondmeteoriten vertreten. ⓘ
Mondbasalte unterscheiden sich von ihren irdischen Pendants vor allem durch ihren hohen Eisengehalt, der typischerweise zwischen 17 und 22 Gew.-% FeO liegt. Sie weisen auch eine große Bandbreite an Titankonzentrationen (im Mineral Ilmenit) auf, die von weniger als 1 Gew.-% TiO2 bis zu etwa 13 Gew.-% reichen. Traditionell wurden Mondbasalte nach ihrem Titangehalt klassifiziert, wobei Klassen mit hohem Ti-Gehalt, niedrigem Ti-Gehalt und sehr niedrigem Ti-Gehalt gebildet wurden. Globale geochemische Karten des Titans, die von der Clementine-Mission erstellt wurden, zeigen jedoch, dass die lunaren Maria ein Kontinuum von Titankonzentrationen aufweisen und dass die höchsten Konzentrationen am seltensten vorkommen. ⓘ
Mondbasalte weisen exotische Texturen und Mineralogien auf, insbesondere Schockmetamorphose, das Fehlen der für irdische Basalte typischen Oxidation und das völlige Fehlen von Hydratation. Die meisten Mondbasalte sind vor etwa 3 bis 3,5 Milliarden Jahren ausgebrochen, aber die ältesten Proben sind 4,2 Milliarden Jahre alt, und die jüngsten Ströme, die auf der Altersdatierungsmethode der Kraterzählung beruhen, sind schätzungsweise vor nur 1,2 Milliarden Jahren ausgebrochen. ⓘ
Venus
Von 1972 bis 1985 erreichten fünf Venera- und zwei VEGA-Lander erfolgreich die Oberfläche der Venus und führten geochemische Messungen mittels Röntgenfluoreszenz- und Gammastrahlenanalyse durch. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass es sich bei dem Gestein an den Landestellen um Basalte handelt, darunter sowohl tholeiitische als auch hochalkalische Basalte. Es wird angenommen, dass die Lander auf Ebenen gelandet sind, deren Radarsignatur die von basaltischen Lavaströmen ist. Diese machen etwa 80 % der Venusoberfläche aus. Einige Stellen weisen eine hohe Reflektivität auf, die mit unverwittertem Basalt übereinstimmt, was auf basaltischen Vulkanismus innerhalb der letzten 2,5 Millionen Jahre hindeutet. ⓘ
Mars
Basalt ist auch ein häufig vorkommendes Gestein auf der Marsoberfläche, wie aus Daten, die von der Planetenoberfläche zurückgesandt wurden, und aus Marsmeteoriten hervorgeht. ⓘ
Vesta
Die Analyse von Bildern des Hubble-Weltraumteleskops von Vesta deutet darauf hin, dass dieser Asteroid eine basaltische Kruste hat, die mit einem von der Kruste abgeleiteten brekziösen Regolithen bedeckt ist. Beweise von erdgebundenen Teleskopen und der Dawn-Mission deuten darauf hin, dass Vesta die Quelle der HED-Meteoriten ist, die basaltische Merkmale aufweisen. Vesta leistet den größten Beitrag zum Inventar der basaltischen Asteroiden des Asteroidengürtels. ⓘ
Io
Lavaströme stellen ein wichtiges vulkanisches Terrain auf Io dar. Die Analyse der Voyager-Bilder veranlasste die Wissenschaftler zu der Annahme, dass diese Ströme hauptsächlich aus verschiedenen Verbindungen von geschmolzenem Schwefel bestehen. Spätere Infrarotstudien auf der Erde und Messungen der Raumsonde Galileo deuten jedoch darauf hin, dass diese Ströme aus basaltischer Lava mit mafischer bis ultramafischer Zusammensetzung bestehen. Diese Schlussfolgerung stützt sich auf Temperaturmessungen an den "Hotspots" von Io, d. h. an den Stellen, an denen Wärme emittiert wird, die auf Temperaturen von mindestens 1 300 K und in einigen Fällen sogar auf 1 600 K hindeuten. Anfängliche Schätzungen, die von Eruptionstemperaturen von annähernd 2 000 K ausgingen, haben sich inzwischen als zu hoch angesetzt erwiesen, da zur Modellierung der Temperaturen die falschen thermischen Modelle verwendet wurden. ⓘ
Verwitterung von Basalt
Verwitterung
Im Vergleich zu granitischen Gesteinen an der Erdoberfläche verwittern Basaltaufschlüsse relativ schnell. Dies ist auf ihren Gehalt an Mineralien zurückzuführen, die bei höheren Temperaturen und in einer wasserdampfärmeren Umgebung als Granit kristallisiert sind. Diese Mineralien sind in der kälteren, feuchteren Umgebung an der Erdoberfläche weniger stabil. Die feinere Körnung von Basalt und das vulkanische Glas, das sich manchmal zwischen den Körnern befindet, beschleunigen ebenfalls die Verwitterung. Der hohe Eisengehalt von Basalt führt dazu, dass sich auf verwitterten Oberflächen in feuchtem Klima eine dicke Kruste aus Hämatit oder anderen Eisenoxiden und -hydroxiden bildet, die das Gestein braun bis rostrot färbt. Aufgrund des geringen Kaliumgehalts der meisten Basalte wandelt die Verwitterung den Basalt eher in kalziumreichen Ton (Montmorillonit) als in kaliumreichen Ton (Illit) um. Bei weiterer Verwitterung, insbesondere in tropischem Klima, wandelt sich der Montmorillonit in Kaolinit oder Gibbsit um. Dadurch entsteht der charakteristische tropische Boden, der als Laterit bekannt ist. Das Endprodukt der Verwitterung ist Bauxit, das Haupterz des Aluminiums. ⓘ
Bei der chemischen Verwitterung werden auch leicht wasserlösliche Kationen wie Kalzium, Natrium und Magnesium freigesetzt, die Basaltgebieten eine starke Pufferkapazität gegen Versauerung verleihen. Das von den Basalten freigesetzte Kalzium bindet CO2 aus der Atmosphäre und bildet CaCO3, das somit als CO2-Falle wirkt. ⓘ
Metamorphose
Starke Hitze oder großer Druck verwandeln Basalt in seine metamorphen Gesteinsäquivalente. Je nach Temperatur und Druck der Metamorphose kann es sich dabei um Grünschiefer, Amphibolit oder Eklogit handeln. Basalte sind wichtige Gesteine in metamorphen Regionen, da sie wichtige Informationen über die Bedingungen der Metamorphose liefern können, die die Region beeinflusst haben. ⓘ
Metamorphosierte Basalte sind wichtige Wirtsgesteine für eine Vielzahl von hydrothermalen Erzen, darunter Gold- und Kupfervorkommen sowie vulkanogene Massivsulfide. ⓘ
Leben auf basaltischem Gestein
Die gemeinsamen Korrosionsmerkmale von Unterwasser-Vulkanbasalt deuten darauf hin, dass mikrobielle Aktivitäten eine wichtige Rolle beim chemischen Austausch zwischen Basaltgestein und Meerwasser spielen könnten. Die beträchtlichen Mengen an reduziertem Eisen (Fe(II)) und Mangan (Mn(II)), die in Basaltgestein vorhanden sind, stellen potenzielle Energiequellen für Bakterien dar. Einige Fe(II)-oxidierende Bakterien, die auf Eisensulfidoberflächen gezüchtet wurden, können auch auf Basaltgestein als Fe(II)-Quelle wachsen. Fe- und Mn-oxidierende Bakterien wurden aus verwitterten submarinen Basalten des Loihi Seamount gezüchtet. Der Einfluss der Bakterien auf die Veränderung der chemischen Zusammensetzung von Basaltglas (und damit der ozeanischen Kruste) und Meerwasser lässt vermuten, dass diese Wechselwirkungen zu einer Anwendung der hydrothermalen Schlote auf den Ursprung des Lebens führen könnten. ⓘ
Verwendet
Basalt wird im Bauwesen (z. B. als Bausteine oder im Erdreich), zur Herstellung von Pflastersteinen (aus säulenförmigem Basalt) und zur Herstellung von Statuen verwendet. Durch Erhitzen und Strangpressen von Basalt wird Steinwolle gewonnen, die ein hervorragender Wärmedämmstoff sein kann. ⓘ
Die Kohlenstoffbindung in Basalt wurde als Mittel zur Entfernung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre untersucht, das durch die Industrialisierung des Menschen entsteht. Unterwasserbasaltablagerungen, die in den Meeren rund um den Globus verstreut sind, haben den zusätzlichen Vorteil, dass das Wasser als Barriere für die Wiederfreisetzung von CO2 in die Atmosphäre dient. ⓘ
Erscheinungsbild und Eigenschaften
Basalt ist für gewöhnlich dunkelgrau bis schwarz. Da er vulkanisch entsteht, besteht er aufgrund der schnellen Abkühlung zum größten Teil aus einer feinkörnigen Grundmasse. Gröbere, mit bloßem Auge zu erkennende Einsprenglinge sind relativ selten, können aber bei einigen Basaltvarietäten häufiger vorkommen. ⓘ
Die Erscheinungsform erkalteter basaltischer Lava ist hauptsächlich von zwei Faktoren abhängig. Eruptierte Lava kühlt recht schnell aus zu einem zusammenhängenden Gesteinsgefüge, das je nach Temperatur und Gasgehalt als Pāhoehoe-Lava oder als Aa-Lava erstarrt. Findet die Abkühlung jedoch verzögert statt, entstehen durch das Zusammenziehen nicht selten meterlange eckige Basaltsäulen (Säulenbasalt), die sich senkrecht zur Abkühlungsfläche bilden, bevorzugt mit einer hexagonalen (sechseckigen) Geometrie. Eine eher selten auftretende Erscheinungsform des Basalts ist der Kugelbasalt, die man bevorzugt an Rändern von Basaltlagerstätten findet. ⓘ
Oft weist Basalt ferromagnetische Eigenschaften auf, da er geringe Anteile von Magnetit enthalten kann. ⓘ
Natursteinsorten
- Londorfer Basaltlava Hessen, Londorf
- Mayener Basaltlava, ein Leucit-Tephrit (Rheinland-Pfalz, Mayen)
- Basaltite, ein Leucit-Tephrit (Italien, Bolsena) ⓘ
Vorkommen von Basalt
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Mitteleuropa
- Deutschland
- Baden-Württemberg
- Schwäbische Alb, im Bereich des Schwäbischen Vulkans
- Hegau
- Odenwald, Katzenbuckel (dort steht Basanit an)
- Bayern
- Gangolfsberg
- Kemnather Talkessel
- Nördlicher Steinwald
- Reichsforst (Fichtelgebirge)
- Parkstein
- Pechbrunn
- Rhön
- Hessen
- Vogelsberg; das größte zusammenhängende Basaltmassiv in Mitteleuropa
- Hoher Meißner
- Nüsttal in der Vorderrhön
- Stoppelsberg
- Hoher Habichtswald
- Gudensberger Kuppenschwelle
- Niedersachsen
- Hoher Hagen Südniedersachsen
- Berge Bramburg, Grefenburg und Backenberg um Adelebsen
- Bühren Südniedersachsen
- Nordrhein-Westfalen
- Stein (Eitorf), Rhein Sieg Kreis
- Desenberg
- Siebengebirge
- Sachsen
- Erzgebirge
- Bärenstein (Mittleres Erzgebirge)
- Geisingberg (Osterzgebirge)
- Hirtstein (Mittleres Erzgebirge)
- Pöhlberg (Mittleres Erzgebirge)
- Scheibenberg (Mittleres Erzgebirge)
- Wilisch (Osterzgebirge)
- Lausitzer Bergland
- Landeskrone
- Löbauer Berg
- Kottmar
- Sächsische Schweiz
- Cottaer Spitzberg
- Großer Winterberg
- Hausberg
- Heulenberg
- Kleiner Winterberg
- Raumberg
- Westlausitzer Hügel- und Bergland
- Burgberg von Stolpen
- Gickelsberg bei Lohsdorf
- Erzgebirge
- Thüringen
- Gleichberge
- Westerwald
- Druidenstein (Grenze Siegerland/Westerwald)
- Gegend um Bad Marienberg (Westerwald) mit dem Basaltpark und dem Stöffel-Park
- Unkelstein
- Bornkasten (bei Nomborn unterer Westerwald, Nahe A 3)
- Vulkaneifel
- Siebengebirge
- Baden-Württemberg
- Österreich
- Steiermark (Marktgemeinde Klöch) – Basaltsteinbruch Klöch
- Burgenland (Pauliberg)
- Slowenien
- Übermurgebiet (Goričko)
- Tschechien
- Böhmisches Mittelgebirge (České středohoří)
- Lausitzer Gebirge (Luzicke hory)
- Duppauer Gebirge (Doupovske hory)
- Naturschutzgebiet Ryžovna
- Ungarn
- Celldömölk
- Rumänien
- Bucium ⓘ
Außerhalb Mitteleuropas
- Giant’s Causeway, Nordirland
- Staffa, Schottland ⓘ
- Frankreich
- Département Ardèche, Cascade du Ray-Pic
- Zentralmassiv
- La Gomera, Kanarische Inseln, Spanien
- Färöer
- Island
- Azoren
- Porto Santo
- Italien
- Russland, Putorana-Gebirge im Mittelsibirischen Bergland
- Schonen, Schweden
- Armenien
- Penghu-Inseln, Taiwan
- Vietnam
- Kamerun, Lesotho und weitere afrikanische Länder
- Columbia Gorge (Washington/Oregon, USA)
- Mauritius
- Jejudo
- Namibia ⓘ
Verwendung
- Basalte werden für Massivbauten, Boden- und Treppenbeläge, Fassadenplatten, Grab- und Denkmäler und in der Steinbildhauerei verwendet. Darüber hinaus findet Basalt als Baustoff aufgrund seines druck- und verschleißfesten, schwer zu bearbeitenden, aber nicht zu spröden Charakters hauptsächlich für den Unterbau von Straßen und Bahngleisen Verwendung. Bis in die Jahre 1950/1960 wurde es als Mosaik-, Klein- und Großpflaster im Wege- und Straßenbau verarbeitet. Bis heute wird es im Garten- und Landschaftsbau als Pflaster (neu/gebraucht) immer wieder gern verwendet, durch Abrieb wird aber die Oberfläche glatt und bei Nässe rutschig. Als Beispiel sei der Blau- oder Hartbasalt (Foidit-Lava) genannt.
- In der Nähe von Vulkanen werden auch Häuser aus basaltischem Gestein errichtet, was den Dörfern ein dunkles Gepräge gibt, z. B. Ortschaften in der Eifel (Mendig) und um den Ätna auf Sizilien. Für den Hauran im Süden Syriens sind Basaltbauten sehr typisch, die in der Bronzezeit errichtet wurden und wegen der Langlebigkeit des Materials oft mehrere Jahrhunderte, teilweise bis heute, bewohnt werden.
- Seit Jahrhunderten werden Basaltkreuze an Wegepunkten aufgestellt. Zahlreiche historisch bedeutsame Basaltkreuze befinden sich vor allem im Raum Mayen in der Eifel.
- Auch für Mühlsteine mittlerer Qualität wurde Basalt verwendet, in der Eifel (Mendig) etwa. Der mögliche Durchmesser richtete sich nach der Dicke der Basaltsäulen.
- Im Gebiet des östlichen Böhmischen Mittelgebirges (České středohoří) und bis zum Zittauer Gebirge sind in Dörfern und Kleinstädten vereinzelte Gebäude vorhanden, deren Sockelmauerwerk aus übereinandergelegten Basaltsäulen von annähernd gleicher Länge aufgebaut ist. Die Säulenköpfe bilden somit die Außenseite des Sockels, sofern er unverputzt ist. In manchen ländlichen Siedlungen haben sich auch einige wenige Gartenmauern in dieser Bauweise erhalten. Bemerkenswert ist dabei, dass sich Basaltsäulen nur unter sehr hohem Kraftaufwand quer spalten lassen.
- Eine Sonderform stellt der sogenannte Sonnenbrennerbasalt dar, der leicht zerfällt und daher für viele technische Anwendungen ungeeignet ist. Die Ursache für den Zerfall liegt in seinem hohen Gehalt an Analcim, welcher sehr leicht verwittert. ⓘ
- Basalt als Kulturgut
Romanische Kapitelle aus Londorfer Basaltlava: Vierung des Klosters Arnsburg
Mauerwerk: Paradies (Vorkirche) des in der Romanik gegründeten Klosters Arnsburg mit frühgotischen Fensterformen
Basaltkreuz in der Eifel aus dem Jahre 1751
Joseph Beuys pflanzte 7000 Eichen mit jeweils einem begleitenden Basaltstein in Kassel.
erstes lübeckisches Löwen-Denkmal von 1930 aus Basalt ⓘ
Basaltstreit
Der „Basaltstreit“ im späten 18. Jahrhundert war eine Auseinandersetzung um Weltanschauungen, Weltbilder und Welterklärungsmodelle. Sie ist als wichtiger Schritt im Rahmen der Prozesse zu bewerten, in deren Folge unser „modernes“ Weltbild und die „moderne“ Gesellschaft entstanden sind. Der Basaltstreit war eine vordergründig naturwissenschaftlich geführte Diskussion, die aber aus einer theologischen Fragestellung entstand. Aufseiten der „Neptunisten“, führend Abraham Gottlob Werner, blieb die Diskussion lange von den Schöpfungsberichten der Bibel gefärbt. Ausgehend vom Tohuwabohu, Moses 1:1–2: Am Anfang schuf Gott Himmel und Erde. Und die Erde war wüst und leer, und es war finster auf der Tiefe; und der Geist Gottes schwebte auf dem Wasser. wurde die Entstehung des Basalts aus dem Urozean abgeleitet. Die „Plutonisten“, führend James Hutton, setzten sich stärker bewusst vom biblischen Bericht ab und konnten sich schließlich durchsetzen. Huttons Weltsicht war dabei keineswegs atheistisch, sondern deistisch – Gott hatte demnach die Welt nach seinem Plan eingerichtet, griff danach aber nicht mehr unmittelbar ein. Johann Wolfgang Goethe thematisierte den Streit in verschiedenen Werken sowie einer der von Eckermann festgehaltenen Diskussionen, und 1827 in einem den USA gewidmeten Gedicht:
Den Vereinigten Staaten ⓘ
Amerika, du hast es besser
Als unser Continent, das alte,
Hast keine verfallene Schlösser
Und keine Basalte.
Dich stört nicht im Innern,
Zu lebendiger Zeit,
Unnützes Erinnern
Und vergeblicher Streit.
…