Mergel
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Mergel (althochdeutsch mergil, lateinisch marga; laut Plinius Naturalis historia ursprünglich aus dem Gallischen) ist ein Sedimentgestein. Bei stark verfestigten Ablagerungen spricht man auch von Mergelstein oder Mergelgestein. Mergel hat sehr unterschiedliche Entstehungsbedingungen. Er entsteht, wenn das feine Material (Ton, Schluff) abgelagert und gleichzeitig Kalk ausgefällt oder ebenfalls abgelagert wird. ⓘ
Mergel ist ein erdiges Material, das reich an Karbonatmineralien, Tonen und Schluff ist. Wenn es zu Gestein verhärtet, wird es zu Mergelstein. Er bildet sich in Meeres- oder Süßwasserumgebungen, oft durch die Aktivitäten von Algen. ⓘ
Mergel bildet den unteren Teil der Klippen von Dover, und der Kanaltunnel folgt diesen Mergelschichten zwischen Frankreich und dem Vereinigten Königreich. Mergel ist auch ein häufiges Sediment in nacheiszeitlichen Seen, wie den Mergelteichen im Nordosten der Vereinigten Staaten. ⓘ
Mergel wurde als Bodenverbesserer und Neutralisierungsmittel für saure Böden und bei der Herstellung von Zement verwendet. ⓘ
Beschreibung
Mergel oder Mergelstein ist ein karbonatreicher Schlamm oder Tonstein, der unterschiedliche Mengen an Tonen und Schluff enthält. Ursprünglich wurde der Begriff lose auf eine Vielzahl von Materialien angewandt, von denen die meisten als lockere, erdige Ablagerungen auftreten, die hauptsächlich aus einer innigen Mischung aus Ton und Kalziumkarbonat bestehen und unter Süßwasserbedingungen entstanden sind. Sie enthalten in der Regel 35-65 % Ton und 65-35 % Karbonat. Der Begriff wird heute häufig zur Beschreibung von indurierten marinen Ablagerungen und lakustrinen (See-)Sedimenten verwendet, die genauer als "Mergelstein" bezeichnet werden sollten. ⓘ
Mergelstein ist ein induriertes (bröckel- und pulverfestes) Gestein, das in etwa die gleiche Zusammensetzung wie Mergel aufweist. Er ist eher als erdiger oder unreiner Tonkalk zu bezeichnen. Er weist eine blockartige, subkonchoide Fraktur auf und ist weniger spaltbar als Schiefer. Das vorherrschende Karbonatmineral in den meisten Mergeln ist Kalzit, aber auch andere Karbonatminerale wie Aragonit oder Dolomit können vorhanden sein. ⓘ
Glaukonitischer Mergel ist ein Mergel, der Pellets aus Glaukonit enthält, einem Tonmineral, das dem Mergel eine grüne Farbe verleiht. Glaukonit ist charakteristisch für Sedimente, die unter marinen Bedingungen abgelagert wurden. ⓘ
Das Gestein enthält sowohl Kalk als auch silikatische Bestandteile meist kleiner Korngröße (Ton und/oder Schluff). Gröberes Material (Sand und Kies) kann vorhanden sein. Bei höheren Kalkgehalten spricht man von Kalkmergel, bei hohem Tongehalt von Tonmergel. Mergelablagerungen, die alle Korngrößenklassen umfassen, werden in der Fachsprache als Diamiktit bezeichnet. ⓘ
Vorkommen
Die unteren stratigraphischen Einheiten der Kreidefelsen von Dover bestehen aus einer Abfolge von glaukonitischen Mergeln, gefolgt von rhythmisch gebänderten Kalkstein- und Mergelschichten. Solche abwechselnden Zyklen von Kreide und Mergel sind in den kreidezeitlichen Schichten Nordwesteuropas üblich. Der Kanaltunnel folgt diesen Mergelschichten zwischen Frankreich und dem Vereinigten Königreich. Zyklische Sequenzen aus der Oberkreide in Deutschland und mergelreiche Schichten aus dem Torton und dem Messinium im Sorbas-Becken, die mit der mehrfachen Absenkung des Meeresspiegels in Zusammenhang stehen, wurden mit dem Milankovitch-Orbitaltrieb in Verbindung gebracht. ⓘ
Mergel als lakustrisches Sediment ist in postglazialen Seesedimenten weit verbreitet. Chara, eine Makroalge, die auch als Steinkraut bekannt ist, gedeiht in flachen Seen mit hohem pH-Wert und hohem Alkaligehalt, wo ihre Stängel und Fruchtkörper verkalken. Nach dem Absterben der Alge zerfallen die verkalkten Stängel und Fruchtkörper in feine Karbonatpartikel, die sich mit Schlick und Ton vermischen und Mergel bilden. Mergelteiche im Nordosten der Vereinigten Staaten sind oft Teiche in Gebieten mit Kalksteinfelsen, die aufgrund der Ausfällung von essentiellem Phosphat nährstoffarm (oligotroph) werden. Normales Teichleben kann dort nicht überleben, und Skelette von Süßwassermollusken wie Sphaerium und Planorbis lagern sich als Teil des Bodenmergels ab. ⓘ
In Ungarn gibt es Budaer Mergel, der im oberen Eozän entstanden ist. Er liegt zwischen Gesteins- und Bodenschichten und kann als "schwacher Fels und starker Boden" bezeichnet werden. ⓘ
Mergel bzw. Mergelsteine sind weltweit verbreitet und recht häufig. Bekannte Mergelvorkommen in Mittel- und Westeuropa befinden sich im Mergelland in der Südlimburg (Niederlande). Insbesondere die Mergelgrotten von Maastricht und Valkenburg aan de Geul sind eine lokale Touristenattraktion. ⓘ
Weitere große Mergelvorkommen liegen im Mainzer Becken. In der österreichischen Petrologie werden spezielle lokale Mergelformen auch Tegel genannt. ⓘ
Im Ruhrgebiet trennt die Mergelgrenze zwei Bereiche des Steinkohlebergbaus. Nördlich der Mergelgrenze wird das Steinkohlegebirge durch eine immer mächtiger werdende Schicht aus Mergel überdeckt, die den Bergbau erschwert. ⓘ
Wirtschaftsgeologie
Mergel wurde als Bodenverbesserer und Neutralisierungsmittel für saure Böden sowie bei der Herstellung von Portlandzement verwendet. Da einige Mergel eine sehr geringe Durchlässigkeit aufweisen, wurden sie für den Bau des Kanaltunnels zwischen England und Frankreich genutzt und werden für die Lagerung von Atommüll untersucht. ⓘ
Historische Nutzung in der Landwirtschaft
Mergel ist einer der ältesten Bodenverbesserer, die in der Landwirtschaft verwendet werden. Mergel erhöht nicht nur das verfügbare Kalzium, sondern trägt auch zur Verbesserung der Bodenstruktur und zur Verringerung des Säuregehalts des Bodens bei, wodurch andere Nährstoffe besser verfügbar werden. In Großbritannien wurde er bereits in prähistorischer Zeit sporadisch verwendet, und Plinius der Ältere erwähnte ihn im 1. Jahrhundert erwähnt. Seine breitere Anwendung ab dem 16. Jahrhundert trug zur frühen modernen landwirtschaftlichen Revolution bei. Das Fehlen einer energiereichen Wirtschaft verhinderte jedoch seine großflächige Verwendung bis zur industriellen Revolution. ⓘ
Im 18. Jahrhundert wurde Mergel in Großbritannien, insbesondere in Lancashire, in großem Umfang verwendet. Der Mergel wurde in der Regel in der Nähe seines Verwendungsortes abgebaut, so dass es auf fast jedem Feld eine Mergelgrube gab, doch wurde der Mergel auch über größere Entfernungen mit der Eisenbahn transportiert. Anfang des 19. Jahrhunderts wurde der Mergel jedoch allmählich durch Kalk und importierte Mineraldünger ersetzt. Ein ähnliches historisches Muster war in Schottland zu beobachten. ⓘ
Mergel war eines der wenigen Bodenverbesserungsmittel, die im Süden der Vereinigten Staaten, wo die Böden im Allgemeinen nährstoffarm waren, vor etwa 1840 in begrenzten Mengen verfügbar waren. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts wurde Mergel in New Jersey in industriellem Maßstab abgebaut und zunehmend auf einer wissenschaftlicheren Grundlage verwendet, wobei der Mergel nach Güteklassen klassifiziert wurde und die staatliche geologische Überwachung detaillierte chemische Analysen veröffentlichte. ⓘ
Moderne landwirtschaftliche und aquakulturelle Nutzung
Mergel wird auch im 21. Jahrhundert noch in der Landwirtschaft verwendet, wenn auch weniger häufig. Die Ausbringungsmenge muss an den geringeren Gehalt an Kalziumkarbonat im Vergleich zu reinem Kalk, ausgedrückt als Kalziumkarbonat-Äquivalent, angepasst werden. Da das Karbonat im Mergel überwiegend aus Kalziumkarbonat besteht, kann es bei Kulturen, die mit Mergel behandelt werden, zu Magnesiummangel kommen, wenn sie nicht auch mit Magnesium ergänzt werden. ⓘ
Mergel wurde im Pamlico Sound verwendet, um ein geeignetes künstliches Substrat für Austern in einer riffähnlichen Umgebung zu schaffen. ⓘ
Portlandzement
Mergel wurde für die Herstellung von Portlandzement verwendet. Er ist reichlich vorhanden und weist bessere physikalische und mechanische Eigenschaften auf als Metakaolin als zusätzliches zementartiges Material und kann bei einer wesentlich niedrigeren Temperatur gebrannt werden. ⓘ
Bauwesen
Der Kanaltunnel wurde in der West Melbury Marly Kreide, einer geologischen Formation mit Mergelschichten, gebaut. Diese Formation wurde wegen ihrer sehr geringen Durchlässigkeit, dem Fehlen von Hornstein und dem Fehlen von Klüften, wie sie in den darüber liegenden Formationen vorkommen, ausgewählt. Der darunter liegende Glaukonitische Mergel ist in den Bohrkernen leicht zu erkennen und trug dazu bei, das richtige Niveau für den Tunnelausbau zu finden. ⓘ
Mergelböden haben schlechte bautechnische Eigenschaften, insbesondere wenn sie abwechselnd befeuchtet und getrocknet werden. Die Böden können durch Zugabe von Puzzolan (vulkanische Asche) stabilisiert werden. ⓘ
Lagerung von Atommüll
Einige Mergelschichten haben eine sehr geringe Durchlässigkeit und werden für die Lagerung von Atommüll in Betracht gezogen. Ein solcher Lagerstandort ist der Wellenberg in der Zentralschweiz. ⓘ
Mergelseen
Ein Mergelsee ist ein See, dessen Bodensedimente große Ablagerungen von Mergel enthalten. Sie sind meist in Gebieten anzutreffen, die erst kürzlich vergletschert wurden, und zeichnen sich durch alkalisches Wasser aus, das reich an gelöstem Kalziumkarbonat ist, aus dem sich Karbonatminerale ablagern. ⓘ
Mergelseen wurden häufig ausgebaggert oder zur Gewinnung von Mergel abgebaut, der häufig zur Herstellung von Portlandzement verwendet wird. Sie gelten jedoch als ökologisch wichtig und sind anfällig für Schäden durch Verschlammung, Nährstoffverschmutzung, Entwässerung und invasive Arten. In Großbritannien werden wahrscheinlich nur die Mergelseen in den entlegeneren Teilen Nordschottlands in naher Zukunft unberührt bleiben. ⓘ
Verwendung der Mergel
Mergel ist ein wichtiger Rohstoff zur Herstellung von Zement. ⓘ
In der Landwirtschaft wurden in der Vergangenheit hauptsächlich trockengelegte Feuchtgebiete (Moore und Sümpfe) mit Mergel aufgewertet; der Kalk neutralisierte die sauren Böden, der Ton stabilisierte den weichen Boden, damit die Äcker begehbar und befahrbar wurden. ⓘ
In den 1920er Jahren wurde der Abbau per Blausandmaschine mechanisiert. ⓘ
Ausgemergelter Boden
Da das Mergeln in den ersten Jahren sichtbare Ertragssteigerungen brachte und voreilig einer nachhaltigen Bodendüngung gleichgesetzt wurde, in Wirklichkeit aber dem Boden außer Kalk keine Nährstoffe (Phosphate, Nitrate) zuführte, wurden beim Ausbleiben anderer Düngergaben (Kompost, Mist, später auch Guano, Superphosphat o. Ä.) die Felder bald unfruchtbar und ausgelaugt – und daher als „ausgemergelt“ bezeichnet. ⓘ
Die Bauernregel „Mergel macht reiche Väter und arme Söhne“ deutet die Schwierigkeit mit Mergel an. ⓘ
Das Verb ausmergeln ist jedoch etymologisch nicht mit Mergel verwandt. Vielmehr ist es von Mark abgeleitet und bedeutete ursprünglich „das Mark herausnehmen“, also „ausmarken“. Daraus entwickelten sich für ausgemergelt die Bedeutungen „ausgezehrt“, „abgemagert“ und „entkräftet“. Erst später sprach man dann auch von „ausgemergelten Böden“ und unterstellte volksetymologisch eine Ableitung von Mergel. Das Deutsche Wörterbuch der Brüder Grimm widmete der seinerzeit noch spärlich vorhandenen Redeweise „den Boden ausmergeln“ nur eine kurze Anmerkung. ⓘ
Weinbau
Nur auf gut kalkhaltigen Mergelböden und dort an steilen Süd- oder Südwestlagen gedeiht die italienische Rebsorte Nebbiolo. ⓘ