Skarn

  1. Allgemeines
  2. Vorkommen
  3. Entstehung von Skarnen
  4. Das Skarnvorkommen von Sunnerskog
  5. Literatur

Skarne sind metasomatisch gebildete Gesteine. Als Metasomatose bezeichnet man eine Gesteinsumwandlung unter maßgeblicher Beteiligung von Fluiden. Sie unterscheidet sich von der dynamischen Metamorphose, der Gesteinsumwandlung durch geänderte Temperatur- und Druckbedingungen, bei der Fluide nur in kleiner Menge mobilisiert werden und die Summe der chemischen Komponenten weitgehend erhalten bleibt (sog. isochemische Metamorphose). Die Metasomatose hingegen führt zu einer durchgreifenden Änderung der chemischen Zusammensetzung der Ausgangsgesteine durch einen anhaltenden Zu- und Abfluss von Ionen, z. B. zwischen subduzierten Kalksteinen und einem aufsteigenden Granitpluton. Im sedimentären Ausgangsgestein kommt es zur Bildung von Silikatmineralen. Die Gesteinsumwandlung ist von zahlreichen Variablen abhängig, daher sind Skarne eine sehr heterogene Gesteinsgruppe mit einer Vielfalt möglicher Mineralparagenesen. Häufig sind Skarne mit Ca-reichen Silikaten, z. B. Gesteine mit einer ungewöhnlichen Kombination aus rotem oder braunem Granat und grünem Pyroxen.

Abb. 1: Grobkörniger Skarn aus weißem Kalkspat, transparentem Quarz, grünem Ca-Pyroxen (Diopsid bis Hedenbergit) und hellgrünem Epidot. Anstehendprobe von Sunnerskog in Smaland.
Abb. 2: Nahaufnahme des Gefüges.

Gesteine aus Skarn-Vorkommen dürften als Geschiebe nur im Ausnahmefall erkennbar sein, u. a. weil sie in Erscheinungsbild und Zusammensetzung den metamorphen Äquivalenten (Marmor, Kalksilikatgesteine) ähneln. Einigermaßen sicher als Skarn identifizierbar sind grobkörnige Gesteine mit charakteristischen Paragenesen aus Granat und/oder grünem Pyroxen, optional mit hellgrünem Epidot, Calcit und Quarz (Abb. 3). Da Pyroxen leicht zur Verwitterung neigt, sind solche Geschiebe möglicherweise wenig erhaltungsfähig. Der Fund eines Skarn-Geschiebes wird in Böse & Ehmke 1996 genannt. Ries 2005 diskutiert den Fund eines Ce-Orthit-haltigen quarzitischen Skarns.

Abb. 3: Geschiebefund eines Pyroxen-Skarns. Das Gestein besteht fast ausschließlich aus grünem Pyroxen sowie etwas Calcit. Der rote Pfeil verweist auf ein nicht identifiziertes Mineralkorn (Fundort: Berlin-Buch, H. Müller leg. am 12.09.1935. Geschiebesammlung der FU Berlin Lankwitz).

Vorkommen

Im nordischen Grundgebirge, vor allem in Mittelschweden, gibt es eine Vielzahl von Skarn-Vorkommen. Die meisten besitzen nur eine kleinräumige Ausdehnung, einige sind als Erzlagerstätte bedeutend. Im wichtigsten schwedischen Vorkommen in Falun (Dalarna) werden Skarne mit einer Cu-Zn-Ag-Au-Pb-Vererzung abgebaut. Der Begriff Skarn wird gelegentlich etwas weiter gefasst, zumal metasomatische und metamorphe Prozesse in relativer Nachbarschaft ablaufen können. So bezeichnen manche schwedische Geologen Einschaltungen von metamorphen Kalksilikatgesteinen in Marmorvorkommen als „Skarngneis“ (siehe Abb. 15 im Artikel „Marmorvorkommen in Mittelschweden“).

Entstehung von Skarnen

Kalksteine, Dolomite oder karbonathaltige Sedimentgesteine können durch Subduktion unter eine kontinentale Kruste in die Nähe von Intrusivkörpern gelangen. Das Karbonatgestein wird durch einen aufsteigenden Pluton, z. B. einen Granit-Pluton, zunächst nur kontaktmetamorph verändert (Bildung von Marmor oder Kalksilikatgesteinen). Unter bestimmten Bedingungen kann sich ein Stoffaustausch von Fluiden (Metasomatose), im weiteren Verlauf eine regelrechte Fluidkonvektion zwischen beiden Systemen entwickeln. Dabei werden fortwährend Wasser und CO2 aus den Kalksteinen sowie Fluide und Volatile (Cl, F) aus dem Plutonit mobilisiert. Die aggressiven Fluide transportieren Fe-, Ca- und Si-Ionen, aber auch Cu und andere Buntmetalle in gelöster Form und führen zu einer durchgreifenden Veränderung der Gesteine. Grad der Umwandlung und Mineralneubildungen sind abhängig von Temperatur, Druck und den variablen Fluidphasen. In der Nähe zum Intrusivkontakt können sehr grobkörnige Skarne entstehen. Mit zunehmendem Abstand zum Kontakt verändert sich die Zusammensetzung der Mineralgemeinschaft (z. B. Granat proximal, Pyroxen distal).

Das umgewandelte Sedimentgestein wird als Exoskarn, das veränderte magmatische Intrusivgestein als Endoskarn bezeichnet. Nach Wimmenauer 1985 sind die meisten Skarne Exoskarne und treten „im unmittelbaren Kontaktbereich bis in Entfernungen von mehreren hundert Metern vom Intrusivgestein“ auf. Als Neubildungen finden sich vor allem Ca-haltige Silikate wie Wollastonit Ca3[Si3O9], Ca-Fe-Mg-Pyroxene (Diopsid CaMg[Si2O6] bis Hedenbergit CaFe[Si2O6]), Granat (Grossular Ca3Al2[SiO4] und Andradit Ca3Fe2[SiO4]3), Ca-Amphibole, Vesuvian, Epidot, Scheelit sowie evtl. Erze und weitere Minerale.

Das Skarnvorkommen von Sunnerskog

Das Skarnvorkommen von Sunnerskog liegt etwa 6 km südöstlich von Holsbybrunn in Smaland (57.40679, 15.22564). Hier wurde periodisch vom 17. Jahrhundert bis 1894 ein Exoskarn mit einer Cu-(W-Mo)-Vererzung abgebaut. An der alten Grube befindet sich unterhalb des Hanges auf der gegenüberliegenden Straßenseite eine Halde mit bunten Skarn-Gesteinen.

Abb. 4: Grubensohle der Skarngrube Sunnerskog.

Die Grube liegt im etwa 1,8 Ga alten Oskarshamn-Jönköping-Gürtel (OJB), einer svekofennischen Exklave innerhalb der etwas jüngeren Gesteine des Transkandinavischen Magmatitgürtels (TIB). Der Skarn von Sunnerskog entstand durch Metasomatose von Kalksteinen und kieselig-kalkigen Sedimenten in der Nähe einer Granitintrusion. Auf den Halden und an der Grube lassen sich Gesteinsproben mit unterschiedlichen Graden von metasomatischer Umwandlung aufsammeln:

  • von Neubildungen augenscheinlich freie Metasedimente (Abb. 6),
  • quarzitische Metasedimente, mit oder ohne Granat und Pyroxen (Abb. 8),
  • mittelkörnige Skarne aus Calcit, Quarz, rotem Granat, grünem bis schwarzgrünem Pyroxen und hellgrünem Epidot,
  • grobkörnige Skarne aus Pyroxen und/oder Granat (Abb. 12, 15).

Auch die bereits angeführte Zonierung von Mineralgesellschaften, abhängig vom Abstand zum Intrusivkontakt, spiegelt sich an den Haldenfunden wieder. Manche Gesteine sind ausgesprochen grobkörnig, enthalten nur grünen Pyroxen (distaler Intrusivkontakt, Abb. 1), beide Minerale (Abb. 15) oder nur Granat (proximal, Abb. 10). Gesteinsbildende Minerale an der Lokalität Sunnerskog sind weißer Calcit, roter bis brauner Granat, grüner bis schwarzgrüner Pyroxen, Epidot (hellgrün), Quarz (milchig weiß bis klar) sowie evtl. Wollastonit (Abb. 11). In einigen Proben fanden sich spärliche Butzen mit Erzmineralen (Cu-Sulfide). Eine Untersuchung aller Proben auf Wolfram-Minerale (Scheelit, Ca[WO4], orange Fluoreszenz unter niederwelligem UV-Licht) verlief negativ.

Abb. 5: Ausschnitt aus dem geologischen Kartenblatt Vetlanda SV (Quelle: SGU, s. a. Persson 1989). Hellblau sind die Metasedimente der Vetlanda-Formation (tuffitische Arenite/ Metagrauwacken mit Einschaltungen von phyllitischem Glimmerschiefer mit Muskovit und Biotit). Die hellbraune Signatur mit schwarzen Punkten sind Granite des OJB.
Abb. 6: Feinkörniges, dem Augenschein nach kaum verändertes Nebengestein (Meta-Tuffit oder Meta-Grauwacke) von der Halde am Schacht. Lediglich eine leichte Grünfärbung weist auf eine niedrig metamorphe oder metasomatische Überprägung hin. Verdünnte Salzsäure zeigt keine Reaktion.
Abb. 7: Ein häufiger Haldenfund sind quarzitische Kalksilikatgesteine mit scherbiger Bruchfläche. Das Gestein besteht im Wesentlichen aus Quarz und enthält geringe Mengen roter und grüner Ca-Silikate (Granat, Pyroxen).
Abb. 8: Schnittfläche einer ähnlichen Probe (E. Figaj leg.), Aufnahme unter Wasser. Quarzitisches Gestein mit Bändern von Silikatmineralen: roter Granat, schwarzgrüner Pyroxen und hellgrüner Epidot.
Abb. 9: Hellgrüner Epidot, dunkelgrüner Pyroxen und etwas roter Granat im Kontakt zu einem feinkörnigen und rötlichen Nebengestein (Metasediment, ähnlich der Grauwacke in Abb. 6).
Abb. 10: Gebänderter Skarn. Das Gestein besteht im Wesentlichen aus feinkörnigem Calcit und wird von einigen kleinen Quarzadern durchzogen. Die hellbraunen und roten Färbungen sind feinkörnige Einlagerungen von Silikatmineralen, z. B. Granat.
Abb. 11: Gleicher Stein, Nahaufnahme. An der Grenze zwischen Kalkstein und einer Partie aus transparentem Quarz sind farblose und radialstrahlige Kristallnadeln erkennbar, vermutlich Wollastonit. Die Umwandlung von Calciumkarbonat (CaCO3) + SiO2-Phase zu Wollastonit (CaSiO3) + CO2 ist das klassische Beispiel einer metasomatischen Mineralneubildung.
Abb. 12: Grobkörniger bunter Skarn, Breite 15 cm. Links eine Partie aus massigem und derbem Granat, auf der rechten Seite größere, teilweise annähernd sechseckige Aggregate von Granat in Calcit, der durch Einschlüsse von Silikatmineralen hellgrün gefärbt ist. Die feinkörnigen apfelgrünen Anflüge dürften ein Mineral der Epidotgruppe sein.
Abb. 13: Idiomorpher brauner Granat (Grossular) in Calcit.
Abb. 14: Skarn aus grün pigmentiertem Calcit und einem Erzmineral mit metallischem Glanz, wahrscheinlich Chalcosin (wichtigstes Kupfermineral in Sunnerskog).
Abb. 15: Grobkörniger Skarn aus grünem Pyroxen und rotem Granat sowie etwas Quarz und Epidot.
Abb. 16: Pyroxen-Megakristall in einem grobkörnigen Pyroxen-Granat-Skarn. Granat füllt die Zwickel zwischen den großen Pyroxen-Kristallen. Aufnahme unter Wasser.
Abb. 17: Bruchstück eines großen Pyroxen-Einkristalls. Gut erkennbar sind die deutliche Spaltbarkeit und die typischen Spaltwinkel von etwa 90º.

Literatur

Ausführliche Informationen sowie ein umfangreiches Literaturverzeichnis über Skarn finden sich auf science.smith.edu sowie auf wikipedia.de und mineralienatlas.de.

Böse M & Ehmke G 1996 Geotope und ihre Unterschutzstellung in Berlin – Brandenburgische Geowissenschaftliche Blätter 3 (1): 155-159, 2 Tab., Kleinmachnow.

Persson L 1989 Beskrivning till berggrundskartorna 1 : 50000 – Vetlanda SV och SO  – Sveriges Geologiska Undersökning (Af) 170+171: 130 S., Uppsala.

Ries G 2005 Ein Cer-Orthit-haltiger Quarzit als Geschiebe – Geschiebekunde aktuell 21 (1): 29-30, 2 Abb., 1 Tab., Hamburg / Greifswald.

Wimmenauer W 1985 Petrographie magmatischer und metamorpher Gesteine; 297 Abb., 106 Tab., Enke-Verlag, Stuttgart.