Chert
Hartes Sedimentgestein, bestehend aus mikrokristallinem Quarz, oft biologischen Ursprungs.
Chert ist ein zähes, feinkörniges Sedimentgestein, das hauptsächlich aus mikrokristallinem oder kryptokristallinem Quarz besteht – der mineralischen Form von Siliziumdioxid (SiO₂). Es entsteht in der Regel durch biologische Prozesse, kann sich aber auch anorganisch als chemisches Präzipitat oder durch diagenetische Verdrängung bilden, wie beispielsweise bei versteinertem Holz. Wenn Chert in Kreide oder Mergel vorkommt, wird er gemeinhin als Feuerstein bezeichnet.
Das Gestein besteht größtenteils aus den versteinerten Überresten von Kieselschlamm, einem biogenen Sediment, das große Teile des tiefen Meeresbodens bedeckt. Dieser Schlamm enthält die Siliziumskelette von Diatomeen, Silicoflagellaten und Radiolarien. Präkambrische Cherts sind besonders für die Erhaltung fossiler Cyanobakterien bekannt. Während Chert gelegentlich Makrofossilien enthält, sind viele Exemplare völlig fossilfrei.
Chert kommt in einer breiten Farbpalette vor, von Weiß bis Schwarz, ist aber am häufigsten grau, braun, graubraun, hellgrün, rostrot oder gelegentlich dunkelgrün. Seine Farbe spiegelt Spurenelemente im Gestein wider; rote und grüne Farbtöne sind in der Regel auf Eisen in seiner oxidierten bzw. reduzierten Form zurückzuführen.
In der Petrologie bezeichnet „Chert“ allgemein alle chemisch ausgefällten Sedimentgesteine, die hauptsächlich aus mikrokristalliner, kryptokristalliner oder mikrofaseriger Kieselsäure bestehen. Die meisten Cherts sind nahezu reine Kieselsäure und enthalten weniger als 5 % andere Mineralien – hauptsächlich Calcit, Dolomit, Tonminerale, Hämatit und organisches Material. Allerdings reichen Cherts von sehr reinen Varietäten mit über 99 % Kieselsäure bis hin zu unreinen knolligen Typen mit weniger als 65 % Kieselsäure. Aluminium ist das häufigste Nebenelement, gefolgt von Eisen und Mangan oder Kalium, Natrium und Calcium. Extrakristallines Wasser – winzige Wassereinschlüsse in und um Quarzkörner – macht weniger als 1 % der meisten Cherts aus.
Die Folk-Klassifikation unterteilt Chert in drei texturelle Kategorien. Granularer Mikroquarz besteht aus annähernd gleichdimensionalen Quarzkörnern, die von einem Bruchteil eines Mikrometers bis zu 20 Mikrometer groß sind, typischerweise 8 bis 10 Mikrometer. Chalcedon ist eine mikrofaserige Varietät von Quarz, die aus strahligen Bündeln sehr dünner Kristalle von etwa 100 Mikrometern Länge besteht. Megaquarz besteht aus gleichdimensionalen Körnern mit einer Größe von über 20 Mikrometern. Der meiste Chert ist mikrokristalliner Quarz mit geringen Anteilen an Chalcedon und manchmal Opal, aber Cherts können von nahezu reinem Opal bis zu nahezu reinem Quarz reichen. Wenig Opal ist älter als 60 Millionen Jahre. Opalhaltiger Chert enthält oft sichtbare Fossilien von Diatomeen, Radiolarien und Glasschwammnadeln.
Chert tritt in verschiedenen Umgebungen auf, darunter heiße Quellablagerungen (Kieselsinter), gebänderte Eisenformationen (Jaspilit) und alkalische Seen. Der meiste Chert kommt jedoch entweder als geschichteter Chert oder als knolliger Chert vor. Geschichteter Chert ist häufiger in präkambrischen Schichten, während knolliger Chert im Phanerozoikum häufiger wurde, als das Gesamtvolumen von Chert in der Gesteinsaufzeichnung abnahm. Geschichteter Chert ist nach dem frühen Mesozoikum selten. Chert wurde während des Devon und Karbon mäßig häufig und erneut vom Jura bis zur Gegenwart.
Geschichteter Chert, auch Bandchert genannt, tritt als dünn geschichtete Lagen – wenige Zentimeter bis zu einem Meter dick – aus nahezu reinem Chert auf, die durch sehr dünne Schichten aus kieselsäurereichem Schiefer getrennt sind. Er ist meist schwarz bis grün, und die gesamte Abfolge der Schichten kann mehrere hundert Meter dick sein. Der Schiefer ist typischerweise Schwarzschiefer, manchmal mit Pyrit, was auf Ablagerung in einem anoxischen Milieu hindeutet. Geschichteter Chert wird am häufigsten zusammen mit Turbiditen, Tiefwasserkalkstein, submarinem Vulkangestein, Ophiolithen und Melangen an aktiven tektonischen Plattenrändern gefunden. Sedimentstrukturen sind in geschichteten Cherts selten. Ihre typischerweise hohe Reinheit, ähnlich der anderer chemisch ausgefällter Gesteine, deutet auf Ablagerung in Gebieten mit geringem Eintrag von detritischen Sedimenten hin, wie etwa Flusswasser, das mit Schluff und Ton beladen ist. Zu den vorhandenen Verunreinigungen gehören authigener Pyrit und Hämatit, die nach der Ablagerung entstanden sind, sowie Spuren von detritischen Mineralien.
Meerwasser enthält normalerweise zwischen 0,01 und 11 Teilen pro Million (ppm) Kieselsäure, wobei etwa 1 ppm typisch ist. Dies liegt weit unter der Sättigung, was bedeutet, dass Kieselsäure normalerweise nicht durch anorganische Prozesse aus Meerwasser ausgefällt werden kann. Stattdessen extrahieren lebende Organismen – Diatomeen, Radiolarien und Glasschwämme – Kieselsäure aus dem Meerwasser, selbst aus sehr ungesättigtem Wasser. Diese Organismen produzieren schätzungsweise 12 Kubikkilometer Opal pro Jahr in den Weltmeeren. Diatomeen können sich unter idealen Bedingungen achtmal am Tag verdoppeln, in normalem Meerwasser ist jedoch einmal pro Tag typischer, und sie können Kieselsäure aus Wasser mit nur 0,1 ppm Kieselsäure extrahieren. Sie schützen ihre Skelette vor Auflösung, indem sie sie mit Metallionen panzern. Nach dem Absterben der Organismen lösen sich ihre Skelette schnell auf, es sei denn, sie sammeln sich auf dem Meeresboden an und werden begraben, wodurch Kieselschlamm entsteht, der zu 30 % bis 60 % aus Kieselsäure besteht. Daher bestehen geschichtete Cherts typischerweise hauptsächlich aus fossilen Überresten kieselsäuresezernierender Organismen, die normalerweise durch Lösung und Rekristallisation verändert wurden.
Die Skelette dieser Organismen bestehen aus Opal-A, einer amorphen Form von Kieselsäure ohne Fernordnung der Kristallstruktur. Dieser wandelt sich allmählich in Opal-CT um, eine mikrokristalline Form, die hauptsächlich aus blattförmigen Kristallen von Cristobalit und Tridymit besteht. Viel Opal-CT hat die Form von Lepisphären – Ansammlungen blattförmiger Kristalle mit einem Durchmesser von etwa 10 Mikrometern. Opal-CT wandelt sich dann in Mikroquarz um. In tiefem Ozeanwasser erfolgt der Übergang zu Opal-CT bei etwa 45 °C, während der Übergang zu Mikroquarz bei einer höheren Temperatur stattfindet.
Quick Facts
- Composition
- Microcrystalline or cryptocrystalline quartz
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Hintergrund
Chert kommt in so unterschiedlichen Umgebungen vor wie heißen Quellablagerungen (Kieselsinter), gebänderten Eisenformationen (Jaspilit) oder alkalischen Seen. Der meiste Chert kommt jedoch entweder als geschichteter Chert oder als knolliger Chert vor. Geschichteter Chert ist häufiger in präkambrischen Schichten, aber knolliger Chert wurde im Phanerozoikum häufiger, als das Gesamtvolumen von Chert in der Gesteinsaufzeichnung abnahm. Chert wurde während des Devon und Karbon mäßig häufig und erneut vom Jura bis zur Gegenwart mäßig häufig. Geschichteter Chert, auch bekannt als Bandchert, hat die Form von dünn geschichteten Lagen (wenige Zentimeter bis zu einem Meter dick) aus nahezu reinem Chert, die durch sehr dünne Schichten aus kieselsäurereichem Schiefer getrennt sind. Er ist meist schwarz bis grün gefärbt, und die gesamte Abfolge der Schichten kann mehrere hundert Meter dick sein. Geschichteter Chert wird am häufigsten in Verbindung mit Turbiditen, Tiefwasserkalkstein, submarinem Vulkangestein, Ophiolithen und Melangen an aktiven Rändern tektonischer Platten gefunden. Knolliger Chert ist am häufigsten in Kalkstein, kann aber auch in Schiefern und Sandsteinen gefunden werden. Er ist seltener in Dolomit. Wo Chert in Kreide oder Mergel vorkommt, wird er meist als Feuerstein bezeichnet.
Leserleitfaden
Chert ist als Hauptbestandteil der Gesteinsaufzeichnung von Bedeutung, insbesondere in präkambrischen und phanerozoischen Sedimentabfolgen. Seine Bildung ist eng mit der biologischen Extraktion von Kieselsäure aus Meerwasser durch Organismen wie Diatomeen, Radiolarien und Glasschwämme verbunden, die Kieselschlamm produzieren, der später durch Diagenese in Chert umgewandelt wird. Der Übergang von Opal-A zu Opal-CT zu Mikroquarz erfolgt bei bestimmten Temperaturen, wobei das Vorhandensein von Magnesiumhydroxid die Rekristallisation beschleunigt. Die Reinheit von Chert und das Fehlen von detritischen Sedimenten deuten auf Ablagerung in Gebieten mit geringem Eintrag von flussbürtigem Schluff und Ton hin. Die Folk-Klassifikation unterteilt Chert in drei texturelle Kategorien: granularen Mikroquarz, Chalcedon und Megaquarz. Untervarietäten wie diatomitischer Chert, Radiolarit und Spikulit spiegeln die dominanten Organismen wider, die für die Kieselsäureextraktion verantwortlich sind. Präkambrische geschichtete Cherts könnten sich nichtbiologisch in Ozeanen gebildet haben, die stärker mit Kieselsäure gesättigt waren. Die Farbe von Chert, die von Weiß bis Schwarz reicht, ist ein Ausdruck von Spurenelementen, wobei Rot und Grün oft mit Spuren von Eisen in seiner oxidierten und reduzierten Form zusammenhängen. Die Untersuchung von Chert liefert Einblicke in die antike Ozeanchemie, die biologische Produktivität und die tektonischen Gegebenheiten.
Mineralische Zusammensetzung & Texturklassifikation
In der Petrologie umfasst Chert alle chemisch ausgefällten Sedimentgesteine, die hauptsächlich aus mikrokristalliner, kryptokristalliner und mikrofaseriger Kieselsäure aufgebaut sind. Die meisten Proben sind nahezu reines Siliziumdioxid und enthalten weniger als 5 % andere Mineralien wie Calcit, Dolomit, Tonminerale, Hämatit und organisches Material. Dennoch ist das Reinheitsspektrum bemerkenswert breit: Einige Cherts übersteigen 99 % Kieselsäure, während unreine knollige Varietäten unter 65 % fallen können. Aluminium führt die Liste der Nebenelemente an, gefolgt von Eisen, Mangan, Kalium, Natrium und Calcium. Extrakristallines Wasser – winzige Einschlüsse in und um Quarzkörner – trägt weniger als 1 % der meisten Cherts bei. Die Folk-Klassifikation sortiert Chert in drei texturelle Kategorien: granularen Mikroquarz, bestehend aus annähernd gleichdimensionalen Körnern, typischerweise 8 bis 10 Mikrometer groß; Chalcedon, eine mikrofaserige Varietät aus strahligen Kristallbündeln von etwa 100 Mikrometern Länge; und Megaquarz mit gleichdimensionalen Körnern von über 20 Mikrometern. Der meiste Chert wird von mikrokristallinem Quarz mit geringen Anteilen an Chalcedon und gelegentlich Opal dominiert, obwohl die gesamte Zusammensetzung von nahezu reinem Opal bis zu nahezu reinem Quarz reicht. Bemerkenswerterweise überdauert wenig Opal mehr als 60 Millionen Jahre.
Biogene Ursprünge & der Fossilbericht
Chert ist charakteristischerweise biologischen Ursprungs, kann sich aber auch anorganisch als chemisches Präzipitat oder durch diagenetische Verdrängung bilden, wie bei versteinertem Holz. Typischer Chert wird aus den versteinerten Überresten von Kieselschlamm aufgebaut – dem biogenen Sediment, das weite Teile des tiefen Meeresbodens bedeckt. Dieser Schlamm bewahrt die Silizium-Skelettreste von Diatomeen, Silicoflagellaten und Radiolarien. In präkambrischen Cherts sind fossile Cyanobakterien ein bemerkenswerter Einschluss. Über Mikrofossilien hinaus beherbergt Chert gelegentlich Makrofossilien, obwohl einige Exemplare völlig frei von Fossilien sind. Lebende Organismen wie Diatomeen, Radiolarien und Glasschwämme extrahieren Kieselsäure aus Meerwasser selbst bei Konzentrationen von nur 0,1 ppm – weit unter dem, was anorganische Prozesse ausfällen könnten. Diatomeen können sich unter idealen Bedingungen achtmal täglich verdoppeln. Zusammen produzieren diese Organismen schätzungsweise 12 Kubikkilometer Opal pro Jahr in den Weltmeeren. Nach dem Absterben lösen sich ihre Skelette schnell auf, es sei denn, sie werden auf dem Meeresboden begraben, wo sie sich zu Kieselschlamm ansammeln, der 30 % bis 60 % Kieselsäure enthält.
Farbpalette & Spurenelementchemie
Chert zeigt eine beeindruckende Farbpalette, die von Weiß bis Schwarz reicht, wobei die häufigsten Farbtöne Grau, Braun, Graubraun und Hellgrün bis Rostrot, gelegentlich Dunkelgrün sind. Diese Farbvielfalt ist ein direkter Ausdruck von Spurenelementen, die im Gestein eingebettet sind. Sowohl rote als auch grüne Färbung sind am häufigsten mit Spuren von Eisen verbunden, das in seiner oxidierten bzw. reduzierten Form vorkommt. Das Vorhandensein von Aluminium als häufigstem Nebenelement, gefolgt von Eisen, Mangan, Kalium, Natrium und Calcium, trägt zu den subtilen Variationen bei, die in Proben zu sehen sind. Speziell in geschichtetem Chert ist das Gestein meist schwarz bis grün, und Verunreinigungen wie authigener Pyrit und Hämatit bilden sich nach der Ablagerung in den Sedimenten. Die typischerweise hohe Reinheit von geschichtetem Chert, vergleichbar mit anderen chemisch ausgefällten Gesteinen, deutet auf Ablagerung in Umgebungen mit minimalem Eintrag von detritischen Sedimenten wie schluff- und tonbeladenem Flusswasser hin. Die Farbe eines bestimmten Cherts dient somit als chemischer Fingerabdruck, der die spezifischen Spurenelementbedingungen aufzeichnet, unter denen die Kieselsäure abgelagert und anschließend verändert wurde.
Geologische Umgebungen & diagenetische Umwandlung
Chert kommt in bemerkenswert vielfältigen Umgebungen vor, von heißen Quell-Kieselsinterablagerungen und gebänderten Eisenformationen, die als Jaspilit bekannt sind, bis hin zu alkalischen Seen, obwohl der meiste Chert entweder als geschichteter oder knolliger Chert vorkommt. Geschichteter Chert, auch Bandchert genannt, besteht aus dünnen Lagen von wenigen Zentimetern bis zu einem Meter Dicke aus nahezu reinem Chert, die durch sehr dünne kieselsäurereiche Schiefer getrennt sind. Diese Abfolgen können eine Gesamtdicke von mehreren hundert Metern erreichen und werden am häufigsten mit Turbiditen, Tiefwasserkalkstein, submarinem Vulkangestein, Ophiolithen und Melangen an aktiven tektonischen Plattenrändern in Verbindung gebracht. Die zwischengelagerten Schwarzschiefer, die manchmal Pyrit enthalten, weisen auf Ablagerung in anoxischen Umgebungen hin. Knolliger Chert wurde im Phanerozoikum häufiger, als das Gesamtvolumen von Chert in der Gesteinsaufzeichnung abnahm, während geschichteter Chert nach dem frühen Mesozoikum selten ist. Der diagenetische Pfad wandelt Opal-A, eine amorphe Kieselsäure, bei etwa 45 °C in tiefem Ozeanwasser in Opal-CT um, eine mikrokristalline Form aus blattförmigen Cristobalit- und Tridymitkristallen, und bei etwa 80 °C weiter in Mikroquarz. Magnesiumhydroxid beschleunigt diese Übergänge, indem es Keimbildungsstellen für die Rekristallisation bereitstellt.
Häufig gestellte Fragen
Was ist Chert?
Chert ist ein hartes, feinkörniges Sedimentgestein, das aus extrem winzigen Quarzkristallen (SiO₂) aufgebaut ist. Es entsteht meist aus den angesammelten Kieselskeletten mikroskopisch kleiner Tiefseeorganismen wie Diatomeen, Silicoflagellaten und Radiolarien.
Woraus besteht Chert und wie viel Kieselsäure enthält er?
Seine mineralische Zusammensetzung ist mikrokristalliner oder kryptokristalliner Quarz, die kristalline Form von Siliziumdioxid. Je nach Probe kann der Kieselsäuregehalt von knapp unter 65 % bis zu über 99 % reichen.
Wo finden Sammler normalerweise Chert?
Er kommt am häufigsten als geschichtete Lagen oder abgerundete Knollen vor, die in Wirtsgesteine wie Kalkstein, Kreide, Mergel, Schiefer und Sandstein eingebettet sind. Er kann auch anorganisch als chemisches Präzipitat oder als diagenetische Verdrängung auftreten, wobei letzteres der Prozess ist, der Holz in versteinerten Stein verwandelt.
In welchen Farben kommt Chert vor?
Die Palette reicht von Weiß bis Schwarz, wobei Grau, Braun, Graubraun, Hellgrün und Rostrot die am häufigsten gesehenen Töne sind. Ein tiefes Dunkelgrün ist möglich, aber erheblich seltener.
Was sind die wichtigsten Untervarietäten von Chert?
Die drei wichtigsten Untervarietäten sind diatomitischer Chert (aufgebaut aus Diatomeenfrusteln), Radiolarit (aus Radiolariengehäusen) und Spikulit (aus Schwammnadeln). Jede bewahrt die Skelettarchitektur einer anderen Gruppe von kieselsäurehaltigen Mikroorganismen, die sich auf dem Tiefseeboden abgesetzt haben.
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