Südliches Harzvorland: Geologische Grundlagen einer Landschaft

von Josef Paul

Kurzfassung

Die einzigartige Karstlandschaft des südlichen Harzvorlandes wird vor allem durch die Gips- und Karbonat-Schichten des Zechsteins geprägt. Daneben spielen vulkanische und klastische Sedimente des Rotliegenden eine größere Rolle.
Ab dem Oberkarbon wurde das vorher entstandene Variszische Gebirge wieder abgetragen und der Schutt in Senken gesammelt. Die alte, stark reliefierte permokarbonische Landoberfläche wird zur Zeit wieder exhumiert. An der Perm/Karbon-Grenze drangen auf Störungen Laven empor und bildeten Vulkankegel oder ausgedehnte deckenartige Ergüsse. Die Transgression des Zechsteinmeeres im oberen Perm leitete mehrere Evaporit-Zyklen ein. Im Bereich des südlichen Harzes sind auf der Eichsfeld-Schwelle die Karbonate des ersten (Werra-Zyklus) und des zweiten (Staßfurt-Zyklus) Zyklus ausgebildet. Auf Untiefen bildeten sich massige Riffe, die ausschließlich von Mikroorganismen, Cyanobakterien, aufgebaut sind. Die Riffe und andere Flachwasser-Karbonate wurden von der Verwitterung herauspräpariert und bilden landschaftsprägende Klippen.
An den Rändern der Schwelle treten Anhydrite, vor allem des ersten und dritten Zyklus (Leine-Zyklus) in größerer Mächtigkeit auf. Sie sind an der Erdoberfläche durch Wasserzufuhr wieder vergipst. Faziell weisen sie eine große Vielfalt auf. Neuere Untersuchungen wiesen nach, daß sie flächendeckend früh-diagenetisch deformiert sind. Die Karstphänomene sind im Werra-Anhydrit (A1) und im Hauptanhydrit (A3) am stärksten ausgebildet. Sowohl im Karbonat als auch in den Gipsschichten sind zahlreiche Höhlen entstanden, von denen einige Überreste des Eiszeitalters, darunter auch menschliche Werkzeuge, enthalten.

1. Einführung

Die Landschaft des südlichen Harzvorlandes zwischen Osterode im Westen und Sangerhausen im Osten wird im wesentlichen durch die Karbonat- und Gips-Schichten des oberpermischen Zechstein geprägt (s. Abb.1 u. 2).

Abb. 1: Rotliegend und Zechstein am südlichen Harzrand

Abb. 2: Schematisches Profil über die permische Eichsfeld-Schwelle im Auslaugungsbereich des Zechsteins zwischen Seesen im Nordwesten und Sangerhausen im Südosten, r = Rotliegend, Ca1 = Kupferschiefer und Zechsteinkalk, A1 = Werra- Anhydrit, Ca2 = Staßfurt-Karbonat, A2 = Basalanhydrit, T3, Ca3 = Grauer Salzton und Plattendolomit, A3 = Hauptanhydrit.

Die Verwitterung der Karbonate zu Klippen und die ober- und vor allem die unterirdische Lösung der Gipse bringen eine einzigartige Karstlandschaft hervor, die durch zahlreiche Dolinen, Bachschwinden, Trockentäler, aber auch durch temporäre Seen und kräftige Karstquellen charakterisiert ist. Die mit 5° bis 10° vom Harz weg nach Süden fallenden Schichten und der mehrfache Wechsel von durchlässigen Karbonat-Gesteinen, abdichtenden Tonen, löslichen Gipsen und noch leichter löslichen Steinsalzen bringen auf engstem Raum ein sehr unterschiedliches Formeninventar hervor.
Ein weiteres Landschaftselement tritt zwischen Bad Sachsa und Neustadt am Harz auf: das llfelder Rotliegend-Becken. Es besteht aus vulkanischen Gesteinen, sowohl erstarrte Laven als auch Pyroklastika, und roten Sand- und Schluffsteinen. Insbesondere die emporragenden Vulkankuppen und die tief eingeschnittenen Täler prägen diese Landschaft.
In diesem Beitrag sollen neben einem Überblick vor allem neue Forschungsergebnisse über die Natur dieser Ablagerungen und die paläogeographische Situation, die zu der Entstehung dieser Gesteine führte, vorgestellt werden.

2. Karbon und unteres Perm

Im Unterkarbon (s. Tab. 1), vor etwa 350 Mio Jahren kollidierte die nordamerikanisch-eurasische Kontinentalplatte mit dem Gondwana-Kontinent, der sich aus Afrika, Südamerika, Australien und Antarktika zusammensetzte. Es bildete sich der Superkontinent Pangaea. Die Naht der alten Platten ist die Mitteldeutsche Kristallinzone, die südlich des Harzes vom Spessart über das Kristallin von Ruhla und den Kyffhäuser quer durch Deutschland verläuft. Als Folge dieser Kollision wurden die vorher abgelagerten Gesteine des Silurs, Devons und Unterkarbons zu einem Faltengebirge, dem Variszischen Gebirge, zusammengeschoben und anschließend angehoben. Im südlichen Harz besteht dieses Variszische Gebirge vor allem aus Grauwacken, Tonschiefern und Diabasen.

Tab. 1: Tabelle der Erdgeschichte
Tab. 2: Stratigraphische Tabelle des Zechsteins am südlichen Harzrand

Ab dem Oberkarbon kam es zu einer tiefgründigen Verwitterung und Abtragung dieses Gebirges. So wurden im wechselfeuchten Klima die Feldspäte in den Tonschiefern und Grauwacken kaolinisiert. Das zweiwertige Eisen, das in zahlreichen Mineralen, so zum Beispiel in Biotit und Hornblende enthalten ist, wurde oxidiert und mobilisiert und auf Klüften oder um Gesteinskörner wieder als dünner hämatitischer Überzug ausgeschieden. Die Gesteine wurden so, ausgehend von der damaligen Oberfläche, bis in eine Tiefe von mehr als 50 m intensiv gerötet. Dies läßt sich insbesondere am Rande des Harzes zwischen Bad Lauterberg und Bad Sachsa gut beobachten. Die Rötung zeigt so die Nähe der alten permo-karbonischen Landoberfläche an.
Diese alte Landoberfläche war jedoch keine Peneplain, sondern wies ein kräftiges Relief auf. Zur Zeit wird dieses alte Relief wieder exhumiert (s. Abb. 3). Dies zeigte sich besonders deutlich beim Bau der neuen Trasse der B241 nördlich von Scharzfeld, wo die alte Landoberfläche in zahlreichen Anschnitten auf einer Länge von mehreren km aufgeschlossen war. Hier besteht das variszische Gebirge aus einer Wechsellagerung von Grauwacken- und Tonschiefer-Horizonten. Die Tonschiefer sind tiefgründig abgetragen. Sie bildeten im Oberkarbon und Perm Täler, die den Bereich des Harzes entwässerten und in denen der Detritus des Gebirges in das Vorland transportiert wurde. Die geologischen Profilaufnahmen zeigen, daß das karbonisch-permische Relief dem eines heutigen Mittelgebirges entsprach (s. Abb. 3). Die damaligen Bachläufe und Täler werden wieder von den jetzigen Bächen benutzt.

Abb. 3: Reliefentwicklung am südlichen Harzrand
I. Oberkarbon: Bevorzugte Erosion der Schiefer schuf ein kräftiges Relief.
II. Unterperm: Oxidation des Eisens verursachte eine intensive Rötung der Grauwacken und Tonschiefer.
III. Zechstein: Sedimente des Zechstein füllten das vorherige Relief auf.
IV. Rezent: Die rezente Verwitterung exhumiert das präpermische Relief. Klippen von Zechstein bleiben bevorzugt auf den Rücken erhalten.

In Herzberg wurde das Kreiskrankenhaus direkt über eine alte Prä-Zechstein-Schlucht gebaut (s. Abb. 4). Die Schlucht war mit Zechsteinkarbonaten aufgefüllt worden. Saure, mit Mangan und Eisen beladene Wässer aus dem Harz reagierten im Laufe der Zeit mit dem Kalk und führten zu einem metasomatischen Austausch und einer Lösung der Karbonate. Die Hohlräume wurden im Quartär von Schluffen verfüllt. Dieser schlechte Baugrund mußte mit zahlreichen Betonpfählen, die bis zu 30 m lang waren und zahlreichen Ankern stabilisiert werden. Die Auswertung der dafür notwendigen Bohrungen ergab ein genaues flächendeckendes Relief des alten variszischen Gebirges.
Im obersten Karbon vor etwa 300 Mio Jahren, führten tektonische Bewegungen zur Bildung von Hochgebieten, der Eichsfeld- und der Unterharz-Schwelle, und von dazwischen liegenden Senkungsgebieten. Zwischen Bad Sachsa und Neustadt bildete sich eine Senke, das llfelder Becken, in dem sich der Schutt des abgetragenen Gebirges sammelte (Paul 1993a, Paul et al. 1997). Der jetzige Ausstrich stellt nur einen kleinen Teil der ehemaligen Verbreitung dar. So verschwinden im Süden des Ausbisses die Rotliegend-Schichten unter den mächtigen Zechstein- und Buntsandstein-Ablagerungen, während im Norden durch die spätere Hebung der Harzscholle die Rotliegend-Schichten wieder abgetragen wurden.

Abb. 4: Präzechstein-Relief bei Herzberg.
A. Lage der Bohrungen für das Kreiskrankenhaus Herzberg und Isohypsen der zechsteinzeitlichen Landoberfläche.
B. Querprofil durch die permische Landoberfläche. Nicht überhöht.

Insgesamt sammelte sich in der halbgrabenförmigen Struktur ein mehr als 800 m mächtiger Gesteinsstapel an (Steiner 1966, Paul 1993). Die roten Konglomerate, Sand- und Schluffsteine wurden in abflußlosen, flachen Endseen (playa lakes) abgelagert, die von Zeit zu Zeit austrockneten. Dies läßt sich mit Trockenrissen, Algenmatten und eingelagerten fossilen Böden belegen (Paul et al. 1997, Wagner & Paul 1997). Als Zeuge eines feuchteren Klimas ist ein Kohlenflöz eingeschaltet, auf das an mehreren Stellen bis zum letzten Jahrhundert der Bergbau umging, der in Notzeiten, wie dem letzten Weltkrieg, wieder belebt, aber bald danach wieder eingestellt wurde. Ein letztes Denkmal dieses Bergbaus bildet der Museumsstollen des Rabenstein bei Netzkater.
Mit dem Beginn des Perm, vor etwa 290 Mio Jahren, verstärkten sich die Bewegungen, die eine intensive Förderung von Laven zur Folge hatten. So entstanden an der Westflanke des llfelder Beckens die Vulkane des Ravensberg bei Bad Sachsa und des Kl. und Gr. Knollen bei Bad Lauterberg. Im östlichen Teil kam es zu einer großflächigen Bedeckung mit rhyolithischen Laven, aus der einzelne Kuppen, wie der Poppenberg nordwestlich Neustadt, emporragen. Im Durchbruchstal der Behre nördlich von Ilfeld sind diese magmatischen Gesteine in Wänden, die mehrere 10 m hoch sind, hervorragend aufgeschlossen.
Südlich von Ilfeld am Behre-Ufer zeigt das Naturdenkmal der "Langen Wand" den bereits im Perm tiefgründig verwitterten Rhyolith unter dem transgredierenden Zechstein.
Im Laufe des Perms wurde das Klima immer trockener. Im obersten Rotliegenden bildeten sich im Zentrum des llfelder Beckens mächtige Dünensande. Sie sind westlich und östlich von Ellrich in großen Sandgruben aufgeschlossen. Bei Walkenried hinter der Klosterkirche am Steilufer der Wieda und am Cleysingsberg östlich von Ellrich sind die künstlichen und natürlichen Aufschlüsse als Naturdenkmale geschützt.

3. Zechstein

Im oberen Perm, vor etwa 250 Mio Jahren wurde diese oben skizzierte Landschaft von einem Meer, dem Zechsteinmeer, überflutet. Vergleichbar dem heutigen Mittelmeer, gab es zwischen Norwegen und Schottland einen engen Zugang zum Weltmeer, so daß bei einem niedrigen Meeresspiegel nur ein begrenzter Austausch der Wässer möglich war. Das im Mitteleuropa damals vorherrschende aride Klima führte zu einer hohen Evaporation, die bei dem beschränktem Zugang zum Weltmeer, die Salinität des Zechsteinmeeres ansteigen ließ. Nacheinander, entsprechend dem Löslichkeitsprodukt, fielen Karbonate, Calciumsulfat, Steinsalz und schließlich Kalium- und Magnesiumsalze aus, bis das Meer vollständig ausgetrocknet war. Dieser Vorgang wiederholte sich mehrfach, so daß sich zyklische Evaporitfolgen ablagerten. Diese Evaporitzyklen bilden den Rahmen für die stratigraphische Gliederung des Zechsteins (s. Tab.2).
Im Bereich des Harzes bildete die Eichsfeld-Schwelle eine Untiefe, die vollständig erst im späteren Verlaufe der Transgression überflutet wurde Herrmann 1956). Der Kupferschiefer, ein dunkler laminierter Mergelstein, ist das erste und prominente Schichtglied des Zechsteins. Er ist 30 cm bis zu 1 m mächtig und trägt seinen Namen nach dem stellenweise hohen Gehalt an Kupfer. Am östlichen Harz wurde er bis 1990 im Sangerhäuser Revier abgebaut. Große Halden zwischen Sangerhausen, Niederröblingen und Eisleben sind die Rückstände, die noch lange vom ehemaligen Bergbau künden und für Rekultivierungsversuche zur Verfügung stehen werden.
Das Karbonat des Werra-Zyklus, auch Zechsteinkalk (Ca1) genannt, wird in der Beckenfazies nur wenige Meter mächtig und besteht dort aus dunkelgrauen, feinkörnigen Kalksteinen. Die Schwellen- oder Flachwasser-Fazies wird dagegen über 50 m mächtig und setzt sich aus groben, zum Teil schräg geschichteten Onkoiden und Schalentrümmern zusammen. Onkoide sind kugelige Aggregate, die in flachem Wasser von Blaugrünbakterien (Cyanobakterien) gebildet und sehr schnell lithifiziert werden.
Eine große Besonderheit sind einige 300 m lange und bis über 100 m hohe Riffe, die fast ausschließlich aus Stromatolithen bestehen (s. Abb. 6). Stromatolithen sind laminierte Karbonate, die entweder lagig, halbkugel- oder fingerförmig sind. Cyanobakterien sind auch hier die Verursacher und Produzenten der Riffe. Sie bilden an der Sedimentoberfläche Matten und fällen entweder direkt oder indirekt infolge einer Änderung des pH-Wertes Kalk aus dem Wasser oder sie fangen durch ihre Filamente im Wasser treibende kleine und kleinste Karbonatpartikel ein. Die Verteilung der Wuchsformen wird durch die Wellenenergie kontrolliert. Sie sind darin den modernen Korallenriffen vergleichbar. Bakterienmatten kommen auch heute in tropischen und subtropischen Meeren und selbst in der Nordsee vor. Sie werden aber regelmäßig durch grasende, weidende oder wühlende Organismen zerstört, bzw. gefressen, so daß ihr Erhaltungspotential äußerst gering ist. Im Falle der Zechsteinriffe fehlten die Zerstörer, da die Salinität des Wassers für diese Tiere zu hoch war. Die hohe Salinität, eine Folge der hohen Verdunstung und des ariden Klimas, begünstigte außerdem die schnelle Lithifizierung durch die Fällung von Karbonat-Zementen. Diese Riffe sind einmalig in Europa. Rezent kommen ähnliche Strukturen in der übersalzenen, abgeschnürten Bucht der Shark Bay in Westaustralien vor. Die Zechsteinriffe können als Modelle für prä-kambrische Riffe herangezogen werden. Solche Riffe gibt es im nördlichen Kanada, in Mauretanien oder in Südafrika. Die am besten aufgeschlossenen, auch zum Teil unter Naturschutz stehenden Beispiele sind die Bartolfelder Westersteine, der Römerstein bei Nüxei, der Eulenstein bei Wieda und der Knickelberg bei Scharzfeld.

Abb. 6: Das Stromatolithen-Riff der Bartolfelder Westersteine. Naturdenkmal,
(nach Paul 1980)

Der Zechsteinkalk im allgemeinen und die Riffe im besonderen, neigen bei der späteren Verwitterung zur Klippenbildung. Einzelne Bereiche des Gesteins sind besser zementiert als der Rest und daher bleiben diese bei der Abtragung stehen und werden als Klippen herauspräpariert (s. Abb. 3). Bei Scharzfeld läßt sich diese Klippenbildung an der Steinkirche, dem Schulberg und vor allem an den Klippen bei der Einhornhöhle sehr gut beobachten.
Über dem Zechsteinkalk folgt der Werra-Anhydrit (A1). Er wird über 300 m mächtig und ist damit eines der bedeutendsten Gipsvorkommen Europas. Die größte Mächtigkeit wird an den Rändern der Eichsfeld-Schwelle erreicht (s. Abb. 2). Sowohl beckenwärts als auch zur Schwelle hin gehen die Mächtigkeiten auf unter 100 m zurück (Paul 1993b). Die Sulfate wurden als Gips (CaSO4 · 2H2O) bei einer 5 bis 10fachen Konzentration des Meerwassers bevorzugt im flachen Wasser ausgefällt. Mit steigender Überdeckung im Laufe der Erdgeschichte wurde durch die Auflast der folgenden Sedimente der Gips in Anhydrit umgewandelt (CaSO4). Bei der noch späteren Hebung, wenn der Druck nachläßt und Wasser wieder zur Verfügung steht, kommt es wieder zur Vergipsung. Dies geschieht vor allem an Steilhängen entlang von Bächen und Flüssen oder wenn nur eine geringe Bedeckung vorhanden ist oder wenn die Bedeckung aus durchlässigen Gesteinen besteht oder entlang von Störungen oder Klüften (s. Abb. 5). Da Gips relativ leicht löslich ist (etwa 2 g Sulfat/I) wird er im humiden mitteleuropäischen Klima vor allem an der Oberfläche gelöst, so daß Ausbisse der Gipsschichten sehr selten sind und sie häufig durch Lösungsrückstände, bzw. durch fluviatile Schotter bedeckt sind. Aber ein Großteil der Lösung kann bereits, entsprechend der Vergipsung, in der Tiefe entlang der Klüfte und über wasserdurchlässigen Gesteinsschichten erfolgen. Dieser Vorgang wird Subrosion genannt.

Abb. 5: Profil vom Harz in das südliche Vorland. Auslaugungs- und Vergipsungszone der Anhydrite. Etwa 5fach überhöht. Nach Herrmann (1968).

Der Werra-Gips bildet an der Nordseite der Eichsfeldschwelle die bis zu 100 m hohe Steilstufe der Söse bei Osterode. Dort ist der Gips in einer fast ununterbrochenen Reihe von Steinbrüchen zwischen Osterode und Badenhausen sehr gut aufgeschlossen. Auf der Schwelle ist er im Ausbiss fast vollständig aufgelöst. Erst auf der Ostseite bei Osterhagen, wo er wieder mächtiger wird, ist er wieder landschaftsprägend. Hervorzuheben sind die Naturdenkmale des Trogstein bei Tettenborn, der ebenfalls geschützte Sachsenstein und der Kranichstein bei Neuhof, das Mehholz, der Röseberg, der Kahleberg und die Itelklippen bei Walkenried. Eine fast ununterbrochene Steilstufe zieht sich zwischen Ellrich und Niedersachswerfen hin, auch hierdurch eine Reihe von Steinbrüchen angegriffen. Unter Schutz stehen in diesem Bereich der Himmelsberg und der Mühlberg zwischen Woffleben und Niedersachswerfen. Etwas südlich dieser Linie taucht der Werragips, durch eine Störung emporgehoben, wieder zwischen Mauderode und dem Kohnstein bei Nordhausen auf. Geschützt ist hier die Hörninger Schweiz und der südliche Kohnstein im Bereich der Gedenkstätte Dora. Nördlich von Nordhausen streicht der A1 bei Krimderode und bei Rüdigsdorf aus. Weitere Vorkommen sind bei Steigerthal und der Alte Stolberg bei Stempeda. Ein spektakuläres, unter Schutz stehendes Vorkommen ist das Quertal der Nasse bei Questenburg. Hier ragen beiderseits eines engen Bachtales bis zu 100 m hohe weiße Gipsfelsen empor.
Die große Mächtigkeit und die hohe Reinheit des Gipses machen ihn zu einem begehrten Abbauziel der Gipsindustrie. Konflikte mit den Belangen des Natur- und Umweltschutzes sind vorprogrammiert.
Die Gipse des A1 sind sehr unterschiedlich aufgebaut. Sie können laminiert oder dickbankig geschichtet, massig, mosaikförmig, geflasert oder knollig sein. Bei der genauen Untersuchung, insbesondere der Beckenfazies, erkennt man, daß der A1 aus einer zyklischen Abfolge von laminierten und geflaserten Einheiten besteht. Fünf dieser Einheiten wiederholen sich. Jung (1958) beschrieb sie als erster und benutzte diesen Sachverhalt zu einer stratigraphischen Unterteilung des Werra-Anhydrites. Während die hellen Lagen aus sehr reinem Gips, bzw. Anhydrit bestehen, sind den dunklen Lagen wenige Prozent Karbonate, Tonminerale, organische Materie oder auch dunkelfärbender Pyrit beigemengt. Die Warwen sind möglicherweise saisonalen Ursprungs und auf unterschiedliche Präzipitationsbedingungen zurückzuführen. Der Versuch in diesen Warwen eine Zyklik, so zum Beispiel Änderungen der Sonnenflecken, zu erkennen, scheiterte bislang. Eine Fernkonnektierung einzelner Warwengruppen scheint jedoch nach den Ergebnissen von Richter-Bernburg (1985) im Zechstein-Becken und Anderson et al. (1972) in der nordamerikanischen Castile Formation möglich zu sein.
Schwellenwärts wird die laminierte Fazies durch dickbankig geschichtete, massige oder mosaikförmige Einheiten ersetzt, so daß die Gliederung nach Jung dort nicht mehr anwendbar ist. Bei der Anhydritisierung und auch der späteren Regipsifizierung bleibt das Makrogefüge erhalten, während das Mikrogefüge verloren geht. Im allgemeinen werden bei der Vergipsung die Kristalle größer (Reimann 1990). Infolge der Wasseraufnahme nimmt das Volumen zu. Ist die seitliche Ausdehnung beschränkt, so können sich einzelne Schichten aus ihrem Verband lösen und kleine Hohlräume bilden. Die sogenannten Zwergenlöcher zwischen Neuhof und Walkenried sind ein Beipiel für diese nur kurzlebigen Erscheinungen. Sie können sich nur bilden, wenn die Vergipsungsfront nahe der Oberfläche liegt.
Bemerkenswert sind frühdiagenetisch entstandene Alabasterknollen, die aus reinstem Gips bestehen. Ihre Größe liegt im Bereich von mehreren Zentimetern bis wenigen Dezimetern. Sie sind statistisch über den Horizont verteilt oder in einzelnen Lagen angereichert. Da sie die darüber und darunterliegenden Schichten verdrängen, muß man annehmen, daß die Knollen frühdiagenetisch im Sediment entstanden sind. Früher wurden sie, so bei Krimderode, abgebaut und zu Schmuckfiguren verarbeitet.
Typische Anzeiger für flaches Wasser sind sogenannte Selenite. Das sind Gipse, die am Boden des Meeres ausgefällt wurden und eine charakteristische Schwalbenschwanz-Struktur aufweisen. Sie wuchsen aufrecht vom Boden der Meeresoberfläche entgegen. Alle anderen bisher erwähnten Gipsarten sind an der Oberfläche gefällt und dann als Einzelpartikel am Boden sedimentiert worden. Die einzelnen Selenithorizonte werden bis zu 10 cm mächtig. Sie sind rasenförmig und können in den meisten Fällen über den gesamten Aufschluß verfolgt werden. Selenite aus dem Zechstein sind erstmalig von der Eichsfeld-Schwelle beschrieben worden (Richter-Bernburg 1985, Paul 1987). Sie kommen zwischen Osterode und dem Mühlberg bei Niedersachswerfen vor, sind also auf die Schwellenfazies beschränkt.
Eine andere Besonderheit sind enterolithische Lagen oder Gekrösegipse. Das sind im allgemeinen dünne einzelne Gipslagen, die intensiv verfaltet sind, während die darunter oder darüberliegenden Schichten keine Anzeichen irgendeiner Deformation aufweisen. Ihre Entstehung ist bislang noch nicht völlig geklärt.
Zum Teil nahm man an, daß die Gekröselagen bei der späten Wiedervergipsung durch Volumenzunahme entstanden. Doch gibt es sie auch in anhydritischer Form, so daß diese Annahme nicht zutreffen kann: Langbein (1987) nahm an, daß die Deformation eine Folge der frühdiagenetischen Umwandlung von Gips in Anhydrit sei.
Auch die Gekrösegipse kommen gehäuft an den Rändern der Schwelle vor, während sie sowohl auf der Schwelle als auch im Becken eher selten sind, ein deutlicher Hinweis auf den Einfluß der Schwellenfazies.
An die Hangränder sind auch großstilige Deformationen der Schichtenfolge gebunden (Herrmann & Richter-Bernburg 1955, Meyer 1977). Zum Teil sind die Schichten mehr oder minder vollständig brekziert. Die Brekzien können dabei hausgroß werden. Der gesamte Sedimentstapel ist intensiv verfaltet ist. Einzelne Schichten können auskeilen, so daß ein chaotisches Gefüge vorliegt. Das noch unverfestigte Sediment ist auf dem Schwellenhang ins Gleiten und Rutschen gekommen, so daß jetzt der gesamte Sedimentstapel als chaotische Großbrekzie vorliegt.
Sulfat-Schichten können unter der Belastung der Deckschichten, ähnlich wie das Steinsalz, wenn auch kleineren Ausmaßes, diapirähnlich aufsteigen und ihre Deckschichten durchbrechen. Erst vor kurzem wurde bekannt, daß dieses Phänomen auch die Sulfat-Ablagerungen am Harzrand stark beinflußt hat. (Paul 1990). Insbesondere der obere Teil der Schichtenfolge des A1 ist davon betroffen. Er wurde als wasserhaltiger Gipsbrei abgelagert. Bei bereits geringer Auflast kam er ins Fließen und bildete langgestreckte Falten und runde Diapire. Die Falten können bis mehrere km lang werden. Die beobachteten Diapire sind kreisrund, haben bis zu 50 m im Durchmesser und erheben sich bis zu 50 m mit zum Teil senkrechten Wänden über ihre Umgebung. In den letzten Jahren im östlichen Teil des Gipsgebietes zwischen Niedersachswerfen und Stempeda durchgeführte Spezialkartierungen im Maßstab 1 : 10 000 ergaben, daß die Deformationen flächendeckend auftreten und auch die jüngeren Gipshorizonte des A2 und A3 von ihnen betroffen sind.
Die unterirdische Lösung der Sulfate schafft zahlreiche Höhlen. Als die größten und bekanntesten des A1 seien hier genannt, das Weingartenloch an der Branntweinseiche östlich Osterhagen, die Trogsteinhöhle bei Tettenborn, die Himmelreichhöhle bei Walkenried und die berühmteste, die Barbarossahöhle im Kyffhäuser.
Steinsalz (Na1) ist im Bereich des südlichen Harzvorlandes nur in unbedeutendem Umfang abgelagert worden. Vermutlich gab es einzelne lokale Senken in denen wenige m Salz abgeschieden wurden, wobei es unklar ist, ob dieses Steinsalz stratigraphisch dem Steinsalz des Thüringer und Werrabeckens entspricht. Erst ab Sangerhausen ist dann eine einheitliche Salzführung vorhanden (Gärtner 1958).
Der Staßfurt-Zyklus wird mit einer Karbonatschicht (Ca2) eingeleitet. Ähnlich dem Werra-Karbonat ist sie in der Beckenfazies als geringmächtiger, dunkler, laminierter Kalkstein ausgebildet, so am Schellenberg bei Steigerthal. Die Schwellenfazies besteht aus dickbankigem, hellem Dolomit. Insgesamt enthält das Staßfurt-Karbonat deutlich weniger Fossilien als der Zechsteinkalk (Paul 1991). Dies betrifft sowohl die Zahl der Arten als auch die absolute Menge der Fossilien, ein deutlicher Hinweis auf die schlechteren Lebensbedingungen im Staßfurt-Meer. Nur an den Rändern der Plattform sind am Pagenberg bei Badenhausen im Westen kümmerliche stromatolithische Riffe gewachsen. Am Mühlberg bei Niedersachswerfen am Ostrand der Plattform kommen Ansammlungen von Muscheln, Brachiopoden und Schnecken vor. Beide Vorkommen stehen unter Naturschutz. Geschützt ist außerdem das Gelände des ehemaligen Kalkofens bei Obersachswerfen. Hier liegt der Ca2 als Brekzie vor, die möglicherweise bei der frühdiagenetischen Auflösung der unter dem Ca2 liegenden leichter löslichen Salze entstanden sein könnte. Entsprechende Untersuchungen sind noch nicht abgeschlossen.
Der Staßfurt-Anhydrit oder Basalanhydrit (A2) ist weniger verbreitet als der A1. Auf dem Top der Schwelle fehlt er, erst zu den Rändern hin wird er mächtiger, so bei Ührde und Förste auf der Nordseite und im Osten ab Niedersachswerfen. Landschaftsbestimmend wird er im südlichen Teil des Alten Stolberg und bei Rottleberode. Hier wird er als Sangerhäuser Anhydrit, möglicherweise zusammengefaßt mit dem Auslaugungsrückstand des Na2 (Langbein 1984), mehr als 50 m mächtig und in einem großen Steinbruch abgebaut.
Das in der Beckenfazies mehr als 200 m mächtige Steinsalz (Na2) des Staßfurt-Zyklus ist, wie bereits erwähnt, im Bereich des südlichen Harzvorlandes vollständig der Auflösung anheimgefallen. Der Graue Salzton (T3) des Leine-Zyklus ist eine etwa 10 - 20 m mächtige Serie von grauen, untergeordnet auch roten, Ton- und Schluffsteinen. Als wasserhemmender Horizont hat er aber für die Hydrologie und damit für die Subrosion der Gipse eine gewisse Bedeutung. Dies gilt auch für den Plattendolomit (Ca3), der im allgemeinen nur in Form dünner Karbonatbänke, eingebettet in eine tonig-mergelige Matrix, vorliegt.
Der letzte Gipshorizont ist der Hauptanhydrit (A3), das Sulfat des Leinezyklus. Er tritt in mehr oder minder gleichbleibender Fazies und Mächtigkeit im gesamten betrachteten Raum auf, da die vorherige Schwellen- und Becken-Morphologie durch die Abscheidung des Na2-Steinsalzes nivelliert worden war. Hauptvorkommen sind das Hainholz, der Beierstein und der Lichtenstein auf der Westseite der Eichsfeld-Schwelle. Diese Gebiete, insbesondere das Hainholz (Herrmann 1981, Jordan 1981, Vladi 1981) sind aufgrund ihrer Höhlen und der reichen Karstmorphologie geschützt.
Über dem Hauptanhydrit folgen das am südlichen Harzrand ausgelaugte Steinsalz (Na3) des Aller-Zyklus und der obere Zechstein, der vorwiegend aus Ton- und Schluffsteinen besteht und der eine wirksame hydrologische Barriere zu den porösen und daher wasserdurchlässigen Sandsteinen des Unteren und Mittleren Buntsandsteins bildet.
Die andauernde Subsidenz bewirkte eine zunehmende Überlagerung der Zechsteinschichten durch die Sand-, Ton- und Kalksteine der Trias. Durch den Druck wurden die Gipse entwässert und in Anhydrit umgewandelt. Im jüngeren Mesozoikum kam die Absenkung zum Stillstand und ab der Oberkreide kehrte sie sich um. Das Gebiet des Harzes wurde in Form einer Kippscholle gehoben. Eigentlich entstand der Harz in der Konfiguration, wie wir ihn kennen, erst jetzt, da die vorher abgelagerten mehr als 1000 m mächtigen Schichten der Trias und des Jura wieder erosiv entfernt wurden und die paläozoischen Schichten des Harzes an die Erdoberfläche kamen. Zu den südlich des Harzes anstehenden Schichten des Zechstein hatten jetzt Tageswässer Zutritt. Nahe der Oberfläche wurde der Anhydrit wieder in Gips verwandelt.
Die aus dem gehobenen Harz zufließenden weichen Wässer führten auch zur Lösung der Zechstein-Karbonate. Es bildeten sich verschiedene Höhlen, deren berühmteste die Steinkirche und die Einhornhöhle bei Scharzfeld sind. Insbesondere die Einhornhöhle hat infolge der vielen Knochen, die größtenteils von Höhlenbären stammen, die Menschen schon früh fasziniert. Zahlreiche Grabungen sind in mehr als 100 Jahren durchgeführt worden (Vladi 1984). Aber erst in den letzten Jahren fand man auch menschliche Werkzeuge (Nielbock 1990).
Eine Bohrung, die von der Gebr. Knauff GmbH für wissenschaftliche Zwecke vom Dach durch die Höhle hindurch abgeteuft wurde, erbrachte den Beweis, daß die begehbare Einhornhöhle nur den oberen Rest eines fast verfüllten Höhlensystems bildet (Abb. 7 u. 8). Sie erreichte bei einer Endteufe von 53,5 m leider nicht das Grundgebirge. Wenige Meter Klippendolomit scheinen nur noch zu fehlen. Sehr überraschend war, daß sich unter dem Höhlenboden noch mehr als 25 m mächtige aus Höhlenlehm und verschiedenartigstem Dolomitschutt bestehende Lockersedimente verbergen. Auch mehrere größere offene Hohlräume wurden angetroffen, deren Existenz bisher nicht mal vermutet worden war. Das Alter dieser Sedimente und damit das Alter und die Genese der Höhle sind völlig unbekannt. Die Einhornhöhle ist damit ein Beispiel dafür, wie in einem sehr lange und intensiv erforschten Gebiet neue Funde neue Überlegungen erzwingen, die zu völlig anderen Ergebnissen führen können.


Abb. 7: Profil der Bohrung Einhornhöhle 1


Abb. 8: Querprofil durch das Plateau der Brandköpfe und die Lage der Bohrung Einhornhöhle 1.

4. Schriftenverzeichnis

Anderson, R. Y., Dean, W. E., Kirkland, D. W. & Snider, H. I., 1972: Permian Castile Varved Evaporite Sequence, West Texas, New Mexico.- Bull. geol. Soc. America, 83, 59-86

Gärtner, H., 1958: Paläogeographie und Faziesentwicklung im mittleren und höheren Zechstein 1 zwischen Harz und Thüringer Wald.- Diss. unver- öfftl. Univ. Jena, 104 S.

Herrmann, A.,1957: Der Zechstein am südwestlichen Harzrand (seine Stratigraphie, Fazies, Paläogegraphie und Tektonik). -Geol. Jb., 72, 1-72

Herrmann, A., 1968: Einführung in die Geologie, Morphologie und Hydrogeologie des Gipskarstgebietes am südwestlichen Harzrand.-Jh. Karst- u. Höhlenkde., 9, 1-10

Herrmann, A., 1981: Zum Gipskarst am südwestlichen und südlichen Harzrand.-Ber. naturhist. Ges. Hannover, 124, 35-45

Herrmann, A. & Richter-Bernburg, G. 1955: Frühdiagenetische Störungen der Schichtung und Lagerung im Werra-Anhydrit (Zechstein) am Südwestharz.- Z. dt. geol. Ges.-105, 689-702

Jordan, H., 1981: Karstmorphologische Kartierung des Hainholzes (Südharz).- Ber. naturhist. Ges. Hannover, 124, 47-54

Langbein, R., 1984: Über subrosionsbedingte Gefüge in Anhydrit- und Gipsgesteinen.- Z. geol. Wiss., 12, 349-362

Langbein, R., 1987: The Zechstein Sulphates: The state of the art.- Lect. Notes Earth Sei., 10, 144-188

Jung, W., 1958: Zur Feinstratigraphie der Werraanhydrite (Zechstein 1) im Bereich der Sangerhäuser und Mansfelder Mulde. - Geologie 24, 1-28

Meier, R., 1977: Turbidite und Olisthostrome, Sedimentationsphänomene des Werra-Sulfats am Osthang der Eichsfeld-Schwelle - Zentralinst. Physik Erde dt. Akad. Wiss, 50, 1-45

Nielbock, R., 1990: Die Einhornhöhle - ein quartärwissenschaftliches Kleinod im Südharz.- Mitt. Verb. dt. Höhlen- u. Karstforsch., 36, 24-27

Paul, J., 1980: Upper Permian stromatolite reefs. - Contr. Sedimentology 9, 253-268

Paul, J., 1987: Zechstein am Harzrand: Querprofil über eine permische Schwelle.-In: Kulick, J. & Paul, J. (Eds.), -Intern. Symp. Zechstein 87. Exkf. II, 193-276

Paul, J. 1990: Evolution of a Sulphate Platform (Upper Permian, Northern Germany).-13th Internat. Sedimen- tological Congr. Nottingham. Abstr. 413

Paul, J. 1991: Zechstein Carbonates - Marine Episodes of an hypersaline Sea.- -Zbl. Geol. Paläont. 1991, 223- 239

Paul, J., 1993a Geologie des llfelder Beckens (Permokarbon, Südharz).- Göttinger Arb. Geol. Paläont., 58, 75-86

Paul, J., 1993b: Anatomie und Entwicklung eines permo-triassischen Hochgebietes: die Eichsfeld-Altmark-Schwelle. -Geol. Jb. A131, 197-218

Paul, J., Wagner, K. & Wesling, Ch., 1997: Lithostratigraphie und Fazies des llfelder Beckens (Permokarbon, Harz).- Freiberger Forschungshefte C 466, 109-153

Reimann, M., 1991: Zur Vergipsung der Zechsteinanhydrite Nordwestdeutschlands. - Zbl. Geol. Paläont- Teil 1.1991, 1201-1210

Richter-Bernburg, G., 1955: Stratigraphische Gliederung des deutschen Zechstein. - Z. dt. geol. Ges., 105, 843-854

Richter-Bernburg, G., 1985: Zechstein-Anhydrite - Fazies und Diagenese.- -Geol Jb. A85, 3-82

Steiner, W., 1966: Das Rotliegende des llfelder Beckens und seine Beziehung zu benachbarten Rotliegend-Vorkommen.- Ber. dt. Ges. geol. Wiss., A.Geol. Paläont., 11, 67-118

Vladi, F., 1981: Bibliographie zu den Gipskarstgebieten Hainholz und Beierstein im Landkreis Osterode am Harz.- Ber. naturhist. Ges. Hannover 124, 195-218

Vladi, F, 1984: Führer durch die Einhornhöhle bei Scharzfeld am Südharz. 31S., Herzberg

Wagner, K. & Paul, J., 1997: Fazies-Analyse terestrischer Rotsedimente am Beispiel der Bohrung Ilfeld 1 (Permokarbon, Harz).- Geowiss. Mitt. von Thüringen 5, 83-116