Geologie der Dolomiten

Die Dolomiten sind gut erhaltene Riffe einer triassischen Karbonatplattform — trotz der langen Forschunggeschichte gibt der Ursprung des Dolomits den Geologen noch immer Rätsel auf

Mit dem abrupten Wechsel von sanft gewellten Almen und darüber aufragenden senkrechten Türmen und Zinnen sind die Dolomiten eine ganz eigentümliche Berglandschaft. Die außergewöhnliche Landschaft geht, wie sollte es anders sein, auf ihre geologische Geschichte zurück. Bei den Bergen handelt es sich um recht gut erhaltene ehemalige Korallenriffe, die durch tiefe Meeresbecken voneinander getrennt waren. Die Riffe befinden sich quasi in ihrer ursprünglichen Geometrie, da sie nur wenig von der Gebirgsbildung der Alpen erfasst wurden und nur leicht erodiert sind.

Blick über die Karbonatplattform der Sella (vom Piz Boè)
Blick über die Karbonatplattform der Sella (vom Piz Boè)

Fossile Riffe

Freilich sind nicht die einzelnen Türme und Zinnen einzelne Riffe, sondern die jeweiligen Berggruppen, wie Sella, Rosengarten und so weiter. Als eines der am besten erhaltenen Riffe gilt der Schlern bei Bozen, ein massiges Plateau, das rundum von steilen Hängen umgeben ist. Nach außen gehen die Gesteine der Riffhänge in die in tiefen Meeresbecken abgelagerten Gesteine über. Dass der Schlern ein Korallenriff ist, stellte der Baron von Richthofen 1860 fest. Erst zwei Jahrzehnte zuvor hatte Darwin die Korallenriffe des Pazifiks beschrieben.

Der Schlern ist ein gut erhaltenes fossiles Riff
Der Schlern ist ein gut erhaltenes fossiles Riff

Mehr über die Geologie der Alpen und anderer Gebirge findet sich in meinem Buch Bewegte Bergwelt.

Genauer gesagt waren die Dolomiten in der Trias eine tropische Karbonatplattform, ganz ähnlich wie heute die Bahamas: eine Region mit flachen Lagunen, Riffen, ein paar Inseln und dazwischen tiefe Meeresbecken, in denen nur sehr langsam sedimentiert wird. Lebewesen wie Korallen, Schwämme, Muscheln und andere produzieren Skelette aus Karbonat, die sich zu immer dickeren Sedimenten ansammeln. In den flachen Lagunen kann es durch Verdunstung auch zu einer Übersättigung des Wassers an Kalzit kommen, was eine direkte chemische Ausfällung auslöst. Auf das Aussehen des Gesteins wirkt sich noch die Tiefe der Lagune aus, in sehr flachem Wasser wird der Schlamm des Meeresbodens regelmäßig durch Wellengang aufgewirbelt.

Megalodonten
Megalodonten

Entgegen der Vorstellung eines Korallenriffs sind fossile Korallen und Schwämme in den Dolomiten erstaunlich selten und nicht leicht zu finden. Wer schöne Exemplare sehen möchte, besucht am Besten das paläolontologische Museum in Cortina d’Ampezzo. Dort finden sich auch Megalodonten, eine große Muschelart, die merkwürdige Formen haben kann. Der weitaus größte Teil des Gesteins ist jedoch arm an mit bloßem Auge sichtbaren Fossilien und geht auf die Aktivität von Einzellern zurück. Zur Frage, warum wir es hier mit dem Gestein Dolomit zu tun haben und nicht mit Kalkstein, wie es bei modernen Riffen der Fall ist, komme ich später.

schräge (Riffhang) und waagrechte (Lagune) Schichten Gartlschlucht im Rosengarten
Schräge (Riffhang) und waagrechte (Lagune) Schichten: Gartlschlucht im Rosengarten

Im Idealfall hält die Karbonatproduktion genau mit dem Absinken des Meeresbodens mit, sodass die Plattformen immer höher werden. Ist die Karbonatproduktion schneller als das Absinken, wachsen die Plattformen nach außen, in die Becken hinein. Dabei wird vor allem auf den steilen, in die Becken abfallenden Hängen abgelagert. Im Rosengarten und in der Sella ist sehr schön zu sehen, dass die Schichten im Zentrum flach liegen — die Lagune — und zum Rand der Berggruppe steil nach außen einfallen — der Riffhang (schrägliegende Sedimentschichten wurden also nicht immer nachträglich schräg gestellt). Am steilen Hang kann es zu Rutschungen kommen, die im Becken abgelagert werden (Kalkturbidite).

Mergel der Cassianer Formation am Sellajoch Dies ist die Beckenfazies am Fuß des Riffs der Cassianer Schichten der Sella. Das Material wurde von rechts geschüttet.
Mergel der Cassianer Formation am Sellajoch. Dies ist die Beckenfazies am Fuß des Riffs der Cassianer Schichten der Sella. Das Material wurde von rechts geschüttet.

Die einzelnen Riffe der Dolomiten sind nicht gleichzeitig und gleichmäßig gewachsen. Das Absinken des Meeresbodens war unregelmäßig und während eine schnell sinkende Plattform schnell in die Höhe wuchs, konnte gleichzeitig eine andere Plattform bei langsamer Absenkung eher in die Breite wachsen. Hin und wieder fiel der Meeresspiegel so stark, dass die Plattformen als Inseln aus dem Wasser ragten.

Vulkane und Gräben

Das Absinken des Meeresbodens wird zum einen durch das Gewicht der abgelagerten Sedimente verursacht, zum anderen durch die Dehnung der Kruste. So sind die Spuren kleiner tektonischer Gräben und Halbgräben zu finden. Tatsächlich kam es erst zu einem nennenswerten Höhenwachstum einzelner Plattformen (Schlerndolomit), nachdem eine größere, langsam wachsende Plattform durch Tektonik zerbrochen worden war. Die weltweiten Meeresspiegelschwankungen kommen natürlich noch dazu.

Tektonik in der Trias am Zehner (Sella) Unten am mittleren Berg: Cassianer Dolomit, rechts daneben von der Abschiebung eines karnischen Grabens getrennt: Pordoi-Formation (=Raibler Schichten). Über beiden: Hauptdolomit. An der Spitze der Berge verläuft eine alpine Überschiebung.
Tektonik in der Trias am Zehner (Sella): Unten am mittleren Berg: Cassianer Dolomit, rechts daneben von der Abschiebung eines karnischen Grabens getrennt: Pordoi-Formation (=Raibler Schichten). Über beiden: Hauptdolomit. An der Spitze der Berge verläuft eine alpine Überschiebung.

Bei Dehnung kann es auch zu Vulkanismus kommen. Zeitweise (im späten Ladin) war der Vulkanismus besonders stark. Insbesondere in den Becken zwischen den Riffen lagerten sich Pillowlaven und hyaloklastische Brekzien ab. Es entstanden Vulkaninseln, die zum Teil auch Teile der Karbonatplattformen zuschütteten (an der Marmolata) und deren Abtragungsschutt ebenfalls in den Becken landete (Wengener Schichten). Am Latemar durchschlugen Basaltgänge und Diatreme auch die Karbonatplattform selbst. Da die Gänge leichter verwittern, bilden sie heute die Scharten zwischen den einzelnen Felstürmen.

Eine wechselhafte Geschichte

Schon früher hatte Vulkanismus die Region beeinflusst. Im Perm wurde das variszische Gebirge abgetragen und es setzte eine weiträumige Dehnung ein, die zur Bildung tektonischer Gräben führte. Dabei brachen Vulkane aus, das insbesondere entlang von Spalten geförderte Magma breitete sich als Glutwolken aus, deren Ablagerungen (Ignimbrit) zu einem festen Gestein verschweißt wurden. Besonders mächtig ist der sogenannte „Granitporphyr“ bei Bozen.

Im späten Perm wurde die Region vom Osten her vom Meer überflutet. Erst wurde Sandstein abgelagert (von der Erosion des Granitporphyrs, Grödener Sandstein), dann mehrere Zyklen mit Evaporiten und Flachwassersedimente (Bellerophon Formation).

In der frühen Trias (im Skyth) wurden im flachen Meer vor allem Mergel abgelagert, weil vom Land noch viel klastisches Material geliefert wurde (Werfener Schichten). Im Flachmeer entwickelten sich (im Anis) die ersten Karbonatplattformen, die zunächst eine große Fläche und geringe Mächtigkeit hatten. Durch tektonische Bewegungen und (vor allem im Westen) regionale Hebung zerbrach die Plattform zu Inseln, tiefen Becken und kleineren aktiven Karbonatplattformen.

Schließlich senkte sich ganze Region und soff geradezu ab (im späten Anis und im Ladin). Nur an den höchsten Stellen konnte die Karbonatproduktion mithalten: es entstanden (vor allem im Westen) die ersten aus einem tiefen Meer hoch aufragenden Plattformen, der Schlern, Rosengarten, Latemar und Marmolada (Schlerndolomit bzw. Marmoladakalkstein) während in den tiefen Becken dazwischen nur geringe Sedimentation stattfand (Buchenstein Formation).

Nun setzte der schon genannte starke Vulkanismus ein, mit Kissenlaven in den tiefen Becken, hyaloklastischen Brekzien, Gängen und Diatremen und einzelnen Vulkaninseln. Die Abtragung der Vulkane füllte die Becken (Marmolada-Konglomerat und dunkle Sand- und Tonsteine der Wengen-Formation), wie es zum Beispiel gut am Sellajoch zu sehen ist.

Wengen Formation am Sellajoch mit Langkofelgruppe
Wengen Formation am Sellajoch mit Langkofelgruppe

Auf dem mehr oder weniger eingeebneten Meeresboden ging es mit weiteren Karbonatplattformen weiter: der Cassianer Dolomit, der zum Beispiel die untere Hälfte der Sella ausmacht. Die Riffe wuchsen nun vor allem nach Außen in die Becken hinein (die Sedimente des Riffhangs sind wesentlich mächtiger als die Lagunensedimente).

Im Karn, als die Becken bereits weitgehend mit Karbonat und Tonsteinen aufgefüllt waren, senkte sich der Meeresspiegel. Nun wurden selbst die tiefsten Becken mit Karbonat gefüllt (Dürrenstein-Formation). Die Dolomiten waren nun ein flaches, küstennahes Meer mit vielen Inseln und einer sich ändernden Küstenlinie. Es kam (insbesondere im Osten) zur wechselnder Sedimentation von Kalkstein, Dolomit, Tonstein, Sandstein und Gips (die bunt gefärbten Raibler Schichten). Diese leicht zu erodierende Schichten bilden die flache Basis, auf der viele der bekannten Felstürme stehen (Tofane, Drei Zinnen); an der Sella bilden sie das flache Ringband auf halber Höhe.

Raibler Schichten an der Basis der Tofane
Raibler Schichten an der Basis der Tofane

Nun stieg der Meeresspiegel wieder und der gesamte Südalpenraum (und darüber hinaus) entwickelte sich zu einer riesigen Karbonatplattform mit unzähligen flachen Lagunen, Inseln und Sandbänken — mit ähnlichen Verhältnissen über hunderte Kilometer hinweg (oberes Karn und Nor). Es entstand der weiße oder hellgraue Hauptdolomit (auch Dachsteindolomit genannt), der die meisten der bekannten Steilwände ausmacht. Bei Cortina d’Ampezzo ist er mehr als 800 m mächtig, bei Belluno sogar 2000 m, an der Sella nur 200 m. Die Ablagerungen bestehen aus zyklischen Wiederholung (jeweils ein paar Meter mächtig) von erst in einer Lagune (subtidal) abgelagertem massivem Dolomit mit vereinzelten Muscheln und Schnecken, gefolgt von dünn laminiertem Dolomit (peritidal), Ablagerungen von Cyanobakterien (sogenannte Algenmatten), die im sehr flachen oder sogar nur bei Flut überspülten Bereich leben. Zum Teil gibt es auch fossile Trockenrisse (wie sie in ausgetrockneten Schlamm entstehen) und hin und wieder ist sogar ein Dinosaurier am Ufer entlang gelaufen und hat seine Spur im Matsch hinterlassen.

Hauptdolomit am Paternkofel mit zyklischer Wiederholung von subtidalen und peritidalen Ablagerungen
Hauptdolomit am Paternkofel mit zyklischer Wiederholung von subtidalen und peritidalen Ablagerungen

Seit dem frühen Jura brach der Kontinent Pangäa, auf dessen Schelf wir uns befinden, auseinander und es entstanden der Zentralatlantik und der (in den Alpen später wieder verschwundene) Penninische Ozean. Die Dolomiten (am passiven Kontinentalrand südöstlich des Ozeans) sanken in größere Wassertiefe ab, nur an den westlichen und östlichen Rändern (Trentino, Friuli) blieben Karbonatplattformen erhalten, die ebenfalls aus unterschiedlich schnell absinkenden Bereichen bestanden (Grauer Kalk). Letztlich soff die ganze Region regelrecht ab (in einigen Millionen Jahren auf mehr als 1000 m Wassertiefe). Dabei entstand noch der Rosso Ammonitico, ein geringmächtiger pelagischer Kalkstein mit vielen Ammoniten.

Sekundäre Dolomitisierung oder primäre Ablagerung?

Organismen wie Korallen und Schwämme, Muscheln, Schnecken und Ammoniten und diverse Einzeller bauen ein Skelett aus Kalzit oder Aragonit auf. Beide Minerale haben die Zusammensetzung CaCO3, zu einem Gestein verfestigt gibt das einen Kalkstein.

Nun bestehen die Dolomiten jedoch weitgehend aus dem Gestein Dolomit, das wiederum aus dem Mineral Dolomit, CaMg(CO3)2 besteht. Das Gestein ist in älteren Gesteinsschichten recht häufig anzutreffen, aber nicht an modernen Riffen. Nicht alle Berge der Dolomiten bestehen aus Dolomit: ein paar, darunter Latemar und Marmolada, bestehen aus Kalkstein.

Nach der klassischen Theorie kam es zu einer nachträglichen Umwandlung von Kalzit zu Dolomit — die sogenannte Dolomitisierung — durch einen Austausch mit Mg2+ aus dem Wasser.

2 CaCO3 + Mg2+ → CaMg(CO3)2 + Ca2+

Zunächst dachte man da an hydrothermale Lösungen. Das vermutete bereits Giovanni Arduino, der 1779 als erster das Mineral Dolomit beschrieb. Der Geologe von Buch war der Ansicht, dass eine Gebirgsbildung durch aufwärts drückendes Magma verursacht wird und meinte, dass bei dieser Gelegenheit Magnesiumreiche Dämpfe vom Magma abgeben wurden. Allerdings sind in den Dolomiten ausgerechnet diejenigen Berge, die aus Kalkstein bestehen auch die, die unmittelbar dem Vulkanismus ausgesetzt waren.

Ein halbes Jahrhundert später (1872) beschrieb J. D. Dana eine Insel im Pazifik, deren gehobener Teil der Lagunensedimente aus Dolomit bestanden. Er folgerte, dass Magnesium bei geringer Temperatur aus dem Meerwasser der Lagune aufgenommen worden ist. Allerdings läuft diese Reaktion unter normalen Bedingungen nicht ab. Daher wurde vorgeschlagen, dass die Umwandlung erst unter einer höheren Temperatur abläuft, wenn die Gesteine durch andere überdeckt worden sind.

Inzwischen wissen wir, dass sulfatreduzierende Bakterien in sehr salzreichem Wasser direkt zur Ablagerung von Dolomit führen (McKenzie & Vasconcelos 2009, Krause et al. 2012). Beispiele kennen wir aus Sabkhas und Salzseen in den Arabischen Emiraten, in Australien und in Küstenlagunen von Brasilien. Neben der direkten Ausfällung von Dolomit in den sogenannten Algenmatten führen die von den Bakterien verursachten chemischen Bedingungen (Übersättigung von Dolomit, Untersättigung von Kalzit) auch ein paar Zentimeter tiefer zur Dolomitisierung.IMG_5368

Das Mineral Dolomit, das gleichnahmige Gestein und die Dolomiten sind alle drei nach dem französischen Geologen Déodat de Dolomieu benannt. Dieser soll auf der Durchreise ein Stück Dolomit aufgesammelt haben, ein Gestein, das zu seiner Überraschung kaum auf Säure reagiert. Er schickte dem Schweizer Mineralogen de Saussure eine Probe, der es analysierte und das „neue“ Mineral nach Dolomieu benannte. (Die etwas ältere Beschreibung des Bergbauingeneurs Arduino hatte sich noch nicht herumgesprochen). In der Folge etablierte sich der Name Dolomiten für die Berge, die vorher als „Bleiche Berge“ oder einfach als Südtirol bekannt waren.

Neptunisten und Plutonisten

In einer der größten Debatten in der Geschichte der Geologie, im Streit zwischen den „Neptunisten“ und den „Plutonisten“, spielten die Dolomiten ebenfalls eine Rolle. Die Neptunisten hielten alle Gesteine einschließlich Granit und Basalt für marine Ablagerungen, Granite waren für sie die ältesten Gesteine, das „Urgebirge“. Der wichtigste Vertreter war der bedeutende Freiberger Geologe Abraham Gottlob Werner. Die Plutonisten hingegen glaubten an Magmatismus (darunter übrigens Déodat de Dolomieu).

Auf einer Rückreise von den Vulkanen Süditaliens machten Alexander von Humboldt und Leopold von Buch einen Abstecher nach Predazzo, um einen genaueren Blick auf den dortigen Granit zu werfen (ein kleiner Alkaligranit, der in der magmatischen Phase des Ladin in die Karbonatplattform des Anis intrudiert ist). Sie stellten fest, dass hier Karbonate und Granite nebeneinander vorkommen, dass der Granit teilweise sogar über den Karbonaten liegt. Ein harter Schlag für die Neptunisten. Der Aufschluss wurde daraufhin zu einem regelrechten Pilgerort der damaligen Geologen.

Dolomiten und die alpine Gebirgsbildung

Die Schließung des penninischen Ozeans und die anschließende Kollision zwischen Europa und der adriatischen Platte ließ die Alpen entstehen. Dabei wurden Gesteinsdecken über dutzende Kilometer verschoben und übereinander gestapelt, manche nachdem sie zuvor in hundert oder zweihundert Kilometer Tiefe abgetaucht waren. Die Gesteine der Südalpen wurden davon jedoch kaum beeinflusst, sie sind auf der oberen Platte „geritten“ und daher noch fast in der ursprünglichen Geometrie erhalten. Lediglich in der späten Phase der Gebirgsbildung kam es in diesem Raum zu kleineren nach Süden gerichteten Überschiebungen (dabei landete zum Beispiel die Felspyramide des Piz Boé auf dem Plateau der Sella) und einzelne Blöcke wurden an Seitenverschiebungen leicht gegeneinander versetzt.

Die Gesteine des Piz Boè (hinten) wurden während der alpinen Gebirgsbildung auf das Plateau der Sella geschoben
Die Gesteine des Piz Boè (hinten) wurden während der alpinen Gebirgsbildung auf das Plateau der Sella geschoben

Die Gebirgsbildung führte natürlich zu einer Hebung, in deren Folge vor allem die weichen Gesteine der ehemaligen Becken von Flüssen und Gletschern abgetragen wurden, während der harte Dolomit weitgehend der Erosion stand hielt. Dadurch wurden die ehemaligen Riffe von der Erosion säuberlich freipräpariert.

Literatur und Links:


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