Summary

The Harz Mountains (North Germany) represent a deeply eroded, structural monocline that became uplifted during Late Cretaceous and Tertiary. It belongs to the Rheno-Hercynian belt of the Central European Variscan orogen. Its peneplain, formed during latest Carboniferous and very early Permian dips slightly southward and is covered, at the south rim of the Harz, by Rotliegend and Zechstein (Late Permian) sediments. The late Variscan structural style of the Harz is dominated by SW-NE trending folds and imbrications. Lithostratigraphically, the Harz is dominated by Devonian and Early Carboniferous siliciclastics. Two Middle Devonian reefs, spilitized basalts („diabases“), three granitic massifs, (ultra)-basic plutonites, Permo-Carboniferous rhyolites and andesites visualise the complex internal structure of this small Variscan massif.
Various ore deposits (e.g. syn-sedimentary polymetallic sulfides of Rammelsberg, silver bearing galena veins of western and central Harz, various iron mineralisations etc.) caused a long lasting mining activity (Rammelsberg mine: for more than 1000 years, up to 1988).
In the Harz itself and its immediate surroundings local building materials (e.g. Early Carboniferous greywacke) have been utilised almost exclusively up to approx. 1870. Well exposed gypsum rocks and dolomites of Zechstein age represent important construction materials especially along the south rim of the Harz. Gypsum mortar used to be a very important commodity in that region over centuries.
Miners invented and produced peculiar building materials, i.e. cast blocks of slag (in the western Harz: rich in Fe, Pb, Zn, Ba), and sheet lead for roofing purpose. The slag stones were excessively used in Clausthal-Zellerfeld mainly between 1844 and approx. 1880. The oldest, wellpreserved, lead roof of the region, possibly of Germany, on Neuwerk church at Goslar dates back to the 15th or 16th century.
 

Zusammenfassung

Der Harz stellt eine tief abgetragene, spät-paläozoisch eingeebnete, süd- bzw. südwestwärts geneigte Pultscholle (Monokline) des Rhenoherzynikums im variszischen Gebirgsbogen Mitteleuropas dar. Die NW-gerichtete spätvariszische Faltungs- und Schuppentektonik erfaßte vorwiegend devonische und unterkarbonische Siliziklastika, zwei mitteldevonische Riffe, und spilitisierte Basalte (Diabase). Drei Granitmassive, Ultrabasite und permokarbone Rhyolithe sowie Andesite belegen den genetisch und lithologisch komplexen Gebirgsbau. Vielfältige Vererzungen (synsedimentär, gangförmig, metasomatisch) lösten einen Jahrhunderte-lang andauernden Bergbau aus.
Im Harz wurden bis etwa 1870 ganz überwiegend lokale Baustoffe (z. B. Kulm-Grauwacke) eingesetzt. Gut aufgeschlossene Zechstein-Gipse und -Dolomite stellen, besonders am Harz- Südrand, wichtige Baustoffe dar. Gipsmörtel war vielenorts über lange Zeiten das hauptsächliche Bindemittel. Bergbauspezifische Baustoffe sind besonders die Schlackensteine (im Oberharz reich an Fe, Pb, Zn, Ba), deren Hauptverwendung im mittleren 19. Jh. lag, aber auch einzelne Bleidächer (auf der Goslarer Neuwerkskirche aus dem 15. od. 16. Jh.).
 

1. Einleitung

Nachfolgender Text faßt den am 28.10.1996 auf Einladung von Prof. Dr. E. Tillmanns im Geozentrum der Universität Wien gehaltenen Vortrag des Titels „Der Harz: naturräumliche Gegebenheiten, historischer Bergbau, örtliche Baumaterialien und bedeutende Bauwerke“ zusammen und ergänzt ihn bezüglich der historischen Oberharzer Baustoffe. Dieses Forschungsgebiet, das große restaurierungstechnische Bedeutung aufweist, ist bezüglich der frühindustriell-bergbaubürtigen Baumaterialien wenig besetzt, daher wird dieses Feld hier besonders hervorgehoben.
 

2. Abriß der Geologie des Harzes

2.1.Tektonischer Bau und Lithostratigraphie

Der etwa 90 x 30 km messende Harz stellt in Mitteleuropa das nördlichste, großflächig zu Tage tretende Element des variszischen Gebirgsbogens dar (Abb. 1). Als spätmesozoisch-tertiärzeitlich bis zu 3 km herausgehobene Pultscholle mit oftmals guten Aufschlüssen in den tief eingeschnittenen Tälern wurde er in den letzten 150 Jahren intensiv erforscht. Trotzdem sind verschiedene Grundfragen noch nicht hinreichend geklärt; dies sind besonders:

• Plattentektonische Stellung der Sedimentationsräume bzw. der späteren Harzeinheiten in der Zeit vom Ordovizium bis zum Unterkarbon,
• tektonostratigraphische Stellung und Genese der ausgedehnten Ostharzer Olisthostrome (vermutliche Erosionsreste eines Akkretionskeiles) sowie der noch z. T. angezweifelten Ostharzer Decken,
• Fortsetzung der Nordrandstörung zur Tiefe und nach Süden hin (FÜHRER, 1988). Die jüngst von KÖNIG & WREDE (1994) plausibel gemachten dextralen Horizontalverschiebungen an den Nordharz- bzw. Südharz-Lineamenten werden z. Z. kontrovers diskutiert (FRANZKE & SCHMIDT, 1995).
• Genetisch-regionaltektonische Stellung des Eckergneises (z. B. FUCHS, 1996), der zwischen Harzburger Gabbro und Brockengranit eingekeilt zu Tage tritt. Seine Hauptmetamorphose erfolgte übrigens vor 560 Mio. J. (BAUMANN, 1991 in FUCHS, 1996).
• Ablagerungsraum und damit Stellung im präorogenen Sedimentbeckensystem des unterkarbonischen Acker-Bruchberg-Quarzits, wobei die Deutung von küstennaher Barre bis zum Contourit am Fuß eines Kontinentalabhangs reicht.
• Genaue Analyse der Altersabfolge der postorogenen Oberharzer Pb, Zn-Gangfüllungen, deren Mineralisation wohl seit dem Ausklingen der spätkarbonischen Faltungs- und Aufschiebungstektonik besonders im Zusammenhang mit der mehrphasigen Harz-Heraushebung erfolgte (z. B. BEHR et al., 1985). HAAK & LEVEQUE (1995) erschließen ein Hauptalter der PbS-Gänge des Harzes von 170 bis 180 Mio. J.

Abb. 1
Lage des Harzes innerhalb der mitteleuropäischen Varisziden (aus AHRENDT et al., 1996)

Abb. 2
Übersichtskarte des Harzes mit Darstellung seinen lithologisch-tekonischen Einheiten (aus WACHENDORF, 1986). Abkürzungen geben die Lage von im Text genannten Orten an: A: Altenau, B: Brocken, CLZ: Clausthal-Zellerfeld, G: Bad Grund, H: Bad Harzburg, HA: Halberstadt, H.N.R.: Harznordüberschiebung, I.B.: Ilfelder Becken, L: Bad Lauterberg, M: Mansfeld, N: Nordhausen, O: Ostlutter, R: Rammelsberg, S: Sudmerberg (b. Goslar), SH: Sangerhausen, SA: St. Andreasberg, T: Thale, W: Walkenried,WI: Wildemann

Abb. 3
Schematischer, stark vereinfachter etwa N-S verlaufender Profilschnitt durch den Westharz. Die Aufrichtungszone an der Harznordrand-Aufschiebung, der interne Faltenbau, der Okergranit und die Oberharzer Pb, Zn-Gangvererzung sind dargestellt. Die südwestwärts abtauchende Harz-Pultscholle wird durch Perm Zechstein und Buntsandstein überlagert. - Links oben: schematischer Schnitt durch eine Oberharzer Erzgang.

Lithostratigraphisch gesehen, besteht der Harz überwiegend aus Siliziklastika des Devons und Unterkarbons (Abb. 2, 7 u. 10). Lithologisch handelt es sich bei den Sandsteinen einerseits um reine, hochverfestigte Quarzsandsteine wie besonders dem unterdevonischen Kahleberg-Sandstein südl. von Goslar, dem mittel- bis oberdevonischen „Hauptquarzit“ des nördlichen Mittelharzes, sowie dem als bedeutender Härtlingszug den Westharz querenden Acker-Bruchberg-Quarzit (Abb. 2). Letzterer bildet das Mittelstück des in sich etwa altersgleichen Quarzsandsteinzuges, der vom Kellerwald (halbwegs zwischen Marburg/Lahn und Kassel) mit großen Unterbrechungen durch jüngere Überdeckung bis nach Gommern (SE von Magdeburg) reicht. Andererseits herrschen im Westharz sehr mächtige Wechsellagerungen von turbiditischen Grauwacke-Bänken mit Tonsteinen bzw. Tonschiefern vor. Ihr von Gebiet zu Gebiet sich verschiebendes Alter reicht vom Oberdevon (Südharz- und Selke-Grauwacke) bis in das höhere Unterkarbon III (Oberharz-Grauwacke um Clausthal-Zellerfeld).

Abb. 10
Darstellung der Zusammensetzung von Sandsteinen des Westharzes und seiner Umgebung unter Einbeziehung der Porosität. Abkürzungen: BS = Bausandsteine des Buntsandsteins (Skyt), H = Hilssandstein (Oberapt-Unteralb), KB: Kahleberg-Sandstein (Ober-Ems), KGW = Kulm- oder Oberharzer Grauwacke (höheres Oberkarbon), KQ = Kammquarzit od. Acker-Bruchberg-Quarzit (unt. Unterkarbon); zum Vergleich: OK: Oberkirchner Sst. (tiefe Unterkreide) von den Bückebergen (östl. v. Minden/Weser), ein wichtiger Restaurierungs-Sst. auch im Harz.

In tieferen Teilen des offenbar besonders im Mittel- und Oberdevon durch Flachwasserschwellen mit Knollenkalken gegliederten Beckensystems lagerten sich dunkle Tonsteine ab. Der bedeutendste davon ist der mehr als 600 m mächtige Wissenbacher (oder Goslarer) Schiefer des Eifelium an der NW-Flanke des sog. Oberharzer Devonsattels, SW von Goslar, im ehem. Goslar-Wolfshagener Trog. Hohe Illitkristallinitäten und Vitrinitreßexionswerte bis über 5,5 % Ro (JORDAN & KOCH, 1979), sowie eine intensive Transversalschieferung, zeigen seine hohe Versenkung und tektonische Beanspruchung während der spätvariszischen Faltung an. Spezialfalten, die im ehem. Erzbergwerk Rammelsberg (sehr bedeutende synsedimentär-exhalative polymetallische Vererzung) aufgeschlossen waren, werden heute überwiegend als synsedimentäre Rutschgefüge am damaligen Hang eines forearc-Beckens gedeutet.
Pseudo-„ozeanische“ Tiefwasserbedingungen (nach ZELLMER, 1995: max. einige hundert m) besonders im unteren Karbon werden auch durch dunkle, dünnbankige Radiolarite angezeigt. Sie stellen eine wichtige Lithofazies in weiten Teilen des Harzes vor dem Einsetzen der Grauwacke-Turbidit-Sedimentation dar. Diese bei größerer Versenkungstiefe sehr duktile Kieselschiefer-Fazies zeigt eine besonders starke, engräumige Verfaltung (z. B. bei Lautenthal und Altenau).
Im Givet wuchsen auf lokalen Schwellen zwei bedeutende Atollriffe. Das größere, heute etwa 9 x 3 km messende Kalkmassiv von Elbingerode stellt (mit geol. „Reserven“ von 5 Mrd. t) das bedeutendste Vorkommen hochreinen Kalksteins Norddeutschlands dar. Noch stärker durch Abbau zerstört ist das etwa 2,5 km² große Riff des Iberg-Winterberg bei Bad Grund (FRANKE, 1973). Es liegt heute teilweise dolomitisiert vor und war ehemals wegen seiner metasomatischen Eisenoxid-Erzkörper von überregionaler wirtschaftlicher Bedeutung. In den wenigen Großporen des Iberger Riffs kommen kondensierte, zähfeste oder splittrig harte Bitumina wie Impsonit und Gilsonit vor (JACOB & HILTMANN, 1985). Es handelt sich also um eine durch geologische Prozesse zerstörte Öllagerstätte.
Aufschlüsse im Okertal (Kellwasser-Tal bzw. Romkerhall) waren für die Erforschung der Ursachen des dramatischen Massensterbens in der tropisch marinen Lebewelt an der Frasnium/Famennium Grenze von großer Bedeutung (z. B. BUGGISCH, 1991).
Im Ostharz treten sehr großflächig Olisthostrom-Massen auf, die überwiegend im Zuge von unterkarbonischen tektonischen Bewegungen als deckenartige, tonreiche plastische Mischungen mit eingeschlossenen Bruchstücken bis Megaschollen altpaläozoischer Sedimentgesteine bevorzugt nordwärts in orographische Senkungszonen abglitten. Am SE-Rand des Harzes, im WSW-ENE verlaufenden Streifen der sog. „Wippraer Zone“ (Abb. 2) tritt Grünschiefer-fazielles Altpaläozoikum auf (Metamorphosealter nach K/Ar-Datierungen 320 - 351 Mio. J.: AHRENDT et al., 1996).
Etwa ein Zehntel der Fläche des Harzpaläozoikums wird von magmatischen Gesteinen eingenommen. Eine petrographische Übersichtsdarstellung findet sich in MÜLLER (1987). Am ältesten sind die basischen submarinen Effusiva, deren Alter vom Unterdevon bis ins Unterkarbon reicht. GANSSLOSER et al. (1995) deuten diese Harzer Metabasalte als ehemalige Tholeiite, Alkalibasalte und z. T. auch als MORB-Typen. Derartige, in der Regel intensiv spilitisierte Diabase und Schalsteine waren im Raum Elbingerode (südl. von Wernigerode) und im „Oberharzer Diabaszug“ von Osterode bis Bad Harzburg lokal als Eisenerzbringer des Lahn-Dill-Typs (vorw. Pyrit und Hämatit bei Elbingerode, Hämatit und Magnetit bei Osterode-Lerbach: STASCHEIT, 1993) wirtschaftlich von Bedeutung. Heute wird in einem Großbruch im Huneberg (SW von Bad Harzburg) hochwertiger Diabas-Schotter gebrochen.
Die spätoberkarbonischen Granitmassive des Brockens (mit 1141 m Höhe der höchste mitteleurop. Berg nördl. von 51° N) mit seinen westlichen Randintrusionen im Okertal (schöne „Wollsackverwitterung“) sowie dem von der Bode-Schlucht zerschnittenen Ramberg-Pluton (südl. von Thale, Ostharz) sind im Detail mehrphasige postkinematische Intrusionen. Die radiometrischen Alter dieser Plutonite sind: Okergranit 296 ± 2 Mio. J., Brockengranit: 293 ± 2 Mio. J. + spätere Phase, Rambergpluton, jüngere Phase: 285 ± 10 Mio. J. (s. MOHR, 1993: 359). Der Harzburger Gabbro und seine ultrabasischen Begleiter wie Harzburgit und Norit entstammen ebenfalls spätoberkarbonischen, tektonisch stark überprägten Tiefenintrusionen (Alter: 292 ± 2 Mio. J.). Im Gabbromassiv befindet sich ein regional bedeutender Hartsteinbruch.
Eine fast N-S verlaufende Schar von kleineren magmatischen Gängen (Granitporphyr, Enstatitporphyrit, Kersantit) durchschlägt zwischen Wernigerode und Stolberg auf etwa 8 km Breite den Ostharz. Dies sind die sog. Mittelharzer Gänge des Unterperm.
Nach der Orogenese wurde auch der Harz tiefgründig erodiert und eingeebnet. Diese jungpaläozoische Fastebene fällt aufgrund der jungmesozoisch-tertiären, einengenden und blattverschiebenden Blocktektonik etwa 5° nach W, SW bzw. hauptsächlich nach S ein. Eine weitere oberkretazisch-tertiäre Verebnungsfläche kappt diese ältere Peneplain besonders im Oberharz. Im obersten Karbon wurde in einer Einsenkung des schon damals tieferodierten Harzvariszikums das Ilfelder Becken (nördl. von Nordhausen) als Element des großregionalen Saar-Saale-Intramontantroges angelegt. Als älteste erhaltene postorogene Sedimentsequenz im unmittelbaren Harzgebiet beinhaltet es mächtige kontinentale Rotserien (Konglomerate, Sandsteine, Tonsteine, ein aschereiches, bis zu 2 m mächtiges Kohleflöz) des höchsten Karbons und besonders des Rotliegenden. In diese Abfolge schalten sich intermediäre bis saure, im Stephan einsetzende Rotliegend-Vulkanite (z. B. MÜLLER, 1981) als Decken, Gänge und Rhyolith-Vulkanruinen ein, bzw. sie sitzen dem „Alten Gebirge“ besonders um Bad Lauterberg auf.
Dem ganzen West - und Südrand des Harzes folgt - als älteste marin-evaporitische Megasequenz der fast flachlagernden postorogenen Sedimentfolge - ein 1-4 km breiter Streifen von Zechstein. Teils liegt er direkt dem eingeebneten Faltenbau des Harzes auf (klass. Aufschluß Fuchshalle in Osterode) oder das Zechstein-Konglomerat überlagert den Andesit-Erguß des „Ilfelder Melaphyr“ (Bachuferwand der Bere südl. von Ilfeld) bzw. äolische Ober-Rotliegend-Sande (Sandgruben westl. und östl. von Ellrich: (Abb. 4). Das bis etwa 1 m mächtige Zechstein-Konglomerat stellt in dieser Region kein marines Transgressionselement dar. Die oft schlecht sortierten und schwach gerundeten Gerölle in sandiger Matrix entstammen nahen Abtragungsgebieten, besonders dem Harz selbst. Dieser im Großraum weit verbreitete Horizont wurde hier wohl durch zunehmende Gewitter-Starkregen im Zuge der beginnenden Flutung des südlichen Zechsteinbeckens in Form von flachen Schwemmfächern zeitlich unmittelbar vor der eigentlichen Transgression abgelagert.
Dem rudimentär ausgebildeten „transgressive systems tract“ folgt, sequenzstratigraphisch betrachtet, kurz vor dem „maximum flooding“-Zustand während des unteren Teils des Zechstein-Kalks (Ca1) das Stillwassersediment des Kupferschiefers (T1). Vereinzelt ragen durch diesen sapropelitischen Mergel-Laminit von etwa 0,3-1 m Mächtigkeit Algen-Bryozoenriffe (PAUL, 1980) oder auch Härtlingsklippen des variszischen Untergrundes hindurch (z. B. klassischer Aufschluß bei Bartolfelde, südl. von Bad Lauterberg). Die Genese seiner polymetallischen Vererzung ist noch immer in Diskussion. RENTSCH et al. (1997) deuten die Kupferanreicherungen am Südrand des Zechsteinbeckens als Folge von Zirkulation niedrigthermaler Solen im Umfeld großer Sockelstörungen. Dabei wurde deren Metallgehalt, nach dem früh ausgeschiedenen Pyrit, spätdiagenetisch im anoxischen Beckenwasser durch H₂S gefällt. Wegen seines Kupfergehaltes wurde der Kupferschiefer über knapp acht Jahrhunderte bis Herbst 1990 im Mansfeld-Sangerhäuser Revier am Ostrand des Harzes zuletzt bis in eine Teufe von fast 1000 m abgebaut.

Abb. 4
Basaler Zechstein: äolische Oberrotliegend-Sandsteine wurden erosiv vom Zechstein-Konglomerat gekappt und von Kupferschiefer (T1) und Zechsteinkalk (Ca1) überlagert. Ehem. Sandgrube Zimmerbühl, östl. von Ellrich (NW von Nordhausen).

Abb. 5
Überkippte Oberjura-Wechselfolge von Mergelkalk- und Kalksteinbänken in der „Aufrichtungszone“, nördlich von der Harzrand-Aufschiebung. (Stbr. Langenberg b. Goslar-Oker). Die Geologen untersuchen eine Schichtunterseite.

2.2. Lagerstätten

Der Harz stellt eine kleine, aber vielfältige und reiche Lagerstättenprovinz dar. Zahlreiche untertägige Gruben bauten z. T. über viele Jahrhunderte den Erzreichtum ab. Alle metallgewinnenden Bergwerke sind inzwischen geschlossen (Rammelsberg nach über tausendjähriger Betriebsperiode: 1988; „Hilfe Gottes“ in Bad Grund: 1992; Ostharzer Kupferschiefer: 1990).
Einen Überblick über die Erzlagerstätten des variszischen Harzes gibt MOHR (1993). Diese wurden von ihm von NW nach SE fortschreitend zu sieben vorwiegend geographisch definierten Lagerstättenbezirken zusammengefaßt (Abb. 6):

Abb. 6
Die Lagerstättenbezirke im Harz (gestalterisch verändert aus MOHR, 1993: 250) Erklärungen im Text.

I. „Unterharz“: synsedimentär-exhalative stratiforme, polymetallische Vererzung im Wissenbacher Schiefer des Rammelsberges bei Goslar. Die tektonisch in zwei halbsteileinfallende Lager zerscherte Lagerstätte produzierte insgesamt 27-30 Mio. t feinstkristallin verwachsenes Erz mit durchschnittl. 14% Zn, 6% Pb, 1% Cu, 120 ppm Ag (WALCHER, 1987).

II. Oberharzer Bezirk: Besonders bedeutsam waren hier 19 sehr steil bis saiger stehende, etwa W-E streichende Gangzüge mit grobkristalliner Sulfiderzführung (bes. ZnS und Ag-haltiges PbS) in einer Gangart aus Quarz, Karbonaten und Baryt. Die besten Ausbeuten lieferten über etwa 400 Jahre bis 1930 der Zellerfelder und Burgstätter Gangzug in und bei Clausthal-Zellerfeld und die Grube „Hilfe Gottes“ bei Bad Grund auf dem Silbernaaler Gangzug. In diesem Oberharz-Revier liegen auch die synsedimentär-exhalativen mitteldevonischen Hämatitvererzungen von Osterode-Lerbach sowie die limonitisch-sideritischen Erzkörper im Iberg/Winterberg-Riff bei Bad Grund.

III. Lauterberg-St. Andreasberger Gangbezirk: Die Andreasberger Gänge sind denen des Oberharzes recht ähnlich. Ihr Erz enthielt durchschnittlich 6% Pb, 2 %Zn, 1% Cu, 0.03 - 0.1% Ag, neben 1% As + Sb sowie 1% Co + Ni. In der Grube Samson wurden einst prächtige Stufen zahlreicher Minerale sowie ungewöhnlich schwere Silberklumpen in der Zementationszone gefunden.
Roteisensteingänge östlich von St. Andreasberg und nördlich von Bad Lauterberg (z. B. Roter Glaskopf vom Großen Knollen) hatten bis über die Mitte des 19. Jh. hinaus eine überregionale Bedeutung. In diesem Gebiet befinden sich auch mehrere Barytgänge, von denen der mächtigste noch heute im Abbau steht (Grube Wolkenhügel mit etwa 4 Mio. t ursprünglichen Reserven).
[geschlossen 2007]

IV. Der Elbingeröder Eisensteinbezirk führt z. T. synsedimentäre, z. T. postvulkanisch-hydrothermale, oxidische und sulfidische Eisenerze (in den DDR-Jahren: wichtiges Schwefelerz) im Zusammenhang mit mitteldevonischen basischen Eruptiva, die in zwei Gruben bis in die jüngste Vergangenheit gewonnen wurden.

V. Südharzer Steinkohlenbezirk mit einem ehem. nördlich von Ilfeld (Südharz, nördl. von Nordhausen) abgebauten Flöz im Rotliegenden.

VI. Westlich und nordwestlich von Ilfeld wurden ehemals wirtschaftlich bedeutende Manganit- und Braunsteingänge mit verschiedenen Mn-Erzen, Roteisenstein und Baryt abgebaut. Diese Gänge in den Rotliegend-Vulkaniten des Ilfelder Beckens waren geringmächtig und stark absätzig vererzt (LIESSMANN, 1992: 289 ff). Die von dort stammenden Manganitstufen besitzen Weltrang. Das Mangan war besonders zur Entfärbung von Glas und zur Farbenherstellung sehr geschätzt.

VII. Der Ostharzer Gangbezirk erstreckt sich von Thale bis südlich von Stolberg quer durch den Harz. Seine vielseitige Erzführung gipfelt im 15 km langen Straßberg-Neudorfer Gangzug. Es wurden hier Pb, Zn- und Fe-Sulfide sowie bis 1990 Fluorit abgebaut.

Für die Bleiglanzvererzungen des Harzes konnten HAAK & LEVEQUE (1995) isotopengeochemisch die Herkunft des Bleis durch Umlagerungen von typischem Krusten-Pb aus den umgebenden paläozoischen Gesteinen sehr wahrscheinlich machen. Eine Bleizufuhr aus dem Brockengranit schließen sie im Gegensatz zu vielen älteren Autoren aus und geben ein Hauptbildungsalter der Hydrothermalgänge von 170 - 180 Mio. J. an.
Auf die bei den Wertmetallen vom Kupfer dominierte, polymetallische Vererzung des Kupferschiefers war zuvor hingewiesen worden. Dieses großregional verbreitete Schichtglied des untersten Zechsteins erreicht am Ostrand des Harzes, im Mansfelder und Sangerhäuser Revier, zwar nur Mächtigkeiten von etwa 35-40 cm, ist aber hier im Vergleich zu anderen Kupferschiefervorkommen des heutigen Deutschlands besonders stark vererzt. Obwohl die Sulfiderzführung sowohl vertikal als auch lateral stark absätzig vorgefunden wurde, sind die über die gesamte Bergbauperiode von 1200 bis 1990 gewonnenen Hauptwertmetall-Mengen sehr beachtlich, nämlich 2,6 Mio. t Cu und 14.213 t Ag (KNITSCHKE, 1995). Die Silberproduktion, von der 1465 t der Zeit vor 1850 entstammen, übersteigt damit die Gesamtproduktion von etwa 10.600 t der Oberharzer und Osterzgebirgs-Gruben (op. cit.).
 

3. Historische Baumaterialien im Harzgebiet

Wie in anderen Gebieten Mitteleuropas, ja der Erde, ist das historische nicht-herrschaftliche, nicht-religiöse Bauwesen durch die bevorzugte Verwendung lokaler, preisgünstig beschaffbarer Baustoffe gekennzeichnet. Die Höhe des Arbeitseinsatzes zur Errichtung und Unterhaltung der Bauwerke hatte damals noch einen geringeren Einßuß auf die Baukosten als der finanzielle Aufwand für die Bereitstellung der Baumaterialien. Ferntransporte mittels Flößen oder Kähnen auf Flüssen (z. B. Adneter Marmor für den Wiener St. Stephansdom: KIESLINGER, 1949, S. 72) und Kanälen sowie auf Segelschiffen übers Meer stellten daher mengenmäßige Ausnahmen in günstig gelegenen Regionen dar.
Im Gegensatz zur heute weltweit verbreiteten Beton- und Verbundbaustoff-Architektur gab es also - zumindest bis zum Bau des Eisenbahnnetzes - bei den mineralischen Baumaterialien einen starken Bezug zur örtlichen Geologie, die sich in vielen, oft kleinen Steinbrüchen, bzw. Sand- und Tongruben im Umfeld von Siedlungen ausdrückte. Zugleich waren nahezu alle Baustoffe entweder gut wiederzuverwenden oder kehrten problemlos in den oberßächennahen Stoffkreislauf zurück (Holz, Lehm, historische Mörtel).
Im Harz läßt sich die Herkunft und historische Verwendung der geogenen Baustoffe modellhaft studieren, da:

• die paläozoischen Gesteine im kleinen Waldgebirge eine isolierte Insellage darstellen;
• die den Harz umgebenden postvariszischen Gesteine durch die Harzheraushebung in vergleichsweise schmalen Streifen vorkommen;
• durch die Oberharzer Bergbau- und Forstverwaltung seit der Barockzeit ein umfangreiches Protokoll- und Berichtswesen besteht, das übrigens bisher erst in kleinen Teilen ausgewertet wurde.

• Holz, das hier nicht Gegenstand der Betrachtung ist, spielte als Baustoff sehr lange eine alles überragende Rolle. Bis ins frühe 19. Jh. war Fachwerk-Geschoßbau mit Ausfachungen aus kurzen Balkenstücken, Bretterverschalung und Schindeldeckung für die Oberharzer Bergstädte typisch (GRIEP, 1975). Daraus resultierten wiederholte verheerende Schadensfeuer.
• Der Bergbau stellte mit seinem hohen Materialbedarf (Holzkohle, Grubenholz, Steine für Schmelzhütten und Ausmauerung der Wasser-„Gräben“, den Energiezuleitungen für die „Kunst- und Kehrräder“) und seinem ausgebildeten Personal einen großen Fundus für Innovationen dar. So entwickelten und produzierten die Berg- und Hüttenleute verschiedene bergbautypische Baustoffe, wie besonders Schlackensteine und Bleibedachungen.

3.1. Gesteine als Baustoffe im Harz

Die wesentlichen Bausteine des Westharzes sowie seines nahen Umfeldes sind in den Abb. 7-9 mit ihrer Lithostratigraphie, ihren wichtigsten Abbauorten sowie der historischen Verwendung (mit Beispielen) dargestellt. Tab. 1 ergänzt diese Aussagen für die Harzer Sandsteine besonders bezüglich ihrer Materialeigenschaften und ihres Verwitterungsverhaltens.
Der Löß des südlichen und nördlichen Vorharzes ist nicht dargestellt. Er hatte, ebenso wie verwitterte Tongesteine zu Strohlehm verarbeitet, eine hohe Bedeutung im Vorharz. Dort wurde er als Lehmstakenfüllung oder als Lehmstein sehr häufig bis weit ins letzte Jahrhundert im Fachwerkbau eingesetzt. Im Oberharz tritt dieser Erdbaustoff mangels örtlicher Vorkommen stark zurück.
 

3.1.1. Sandsteine

Die Sandsteine des Harzer Bauwesens entstammen einer weiten Zeitspanne vom Unterdevon bis zum Santon. Sie unterscheiden sich stark in mineralogischer Zusammensetzung, Korngröße, Zementation, Porosität (Abb. 10 u. 12), Bankdicke und Klüftigkeit. Einen vorwiegend mineralogisch-chemischen Überblick geben MÜLLER & STRAUSS (1987).
Die ehemals tief versenkten Sandsteine der variszischen Harzscholle (unterdevonischer Kahleberg-Sandstein bis Kulm-Grauwacke) weisen fast ausnahmslos eine sehr niedrige Porosität, sehr geringe Karbonatgehalte, hohe Druckfestigkeit und z. T. Grobbankigkeit auf. Die reinen Quarzsandsteine (bes. Kahleberg-Sandstein und Ackerbruchberg-Quarzit: Abb. 7) wurden im Zuge der Orogenese zu splittrig harten, hellen Orthoquarziten, die zu engständiger Klüftung neigen. Ihre Bedeutung als Baustein ist daher gering. Als Bruchstein, der u. a. im Zuge des Rammelsberg- Bergbaus gewonnen wurde, oder auch als schwach gerundete Gerölle der Gose, tritt der Kahleberg-Sandstein aber in zahlreichen mittelalterlichen Bauten der Goslarer Altstadt auf.
In Osterode waren die sog. „Sösekiesel“, große Gerölle von Acker-Bruchberg-Quarzit, mit Gipsmörtel vermauert, ein besonders wichtiger Baustein (z. B. KULKE, 1995).

Abb. 7
Lithostratigraphische Säulen der variszisch verfalteten Gesteine im Westharz (von Devon bis Unterkarbon) und des postvariszischen Außagers in seiner unmittelbaren Umgebung (Perm bis Oberkreide), sowie Angaben zur Verwendung der Gesteine im Harzer Bauwesen. Quellen: GRIEP (1959), MOHR (1993) und persönl. Mitteilung sowie eigene Beobachtungen. Abkürzungen: CLZ = Clausthal-Zellerfeld, GS = Goslar, OHA = Osterode.

Abb. 8
Lithostratigraphische Säulen der variszisch verfalteten Gesteine im Westharz (von Devon bis Unterkarbon) und des postvariszischen Außagers in seiner unmittelbaren Umgebung (Perm bis Oberkreide), sowie Angaben zur Verwendung der Gesteine im Harzer Bauwesen. Quellen: GRIEP (1959), MOHR (1993) und persönl. Mitteilung sowie eigene Beobachtungen. Abkürzungen: CLZ = Clausthal-Zellerfeld, GS = Goslar, OHA = Osterode.

Abb. 9
Lithostratigraphische Säulen der variszisch verfalteten Gesteine im Westharz (von Devon bis Unterkarbon) und des postvariszischen Außagers in seiner unmittelbaren Umgebung (Perm bis Oberkreide), sowie Angaben zur Verwendung der Gesteine im Harzer Bauwesen. Quellen: GRIEP (1959), MOHR (1993) und persönl. Mitteilung sowie eigene Beobachtungen. Abkürzungen: CLZ = Clausthal-Zellerfeld, GS = Goslar, OHA = Osterode.

Tab.1
Die im Westharzgebiet im historischen Bauwesen verwendeten Sandsteine, ihre Herkunft, Verwendung und Eigenschaften. Die Verwendeten Sandsteine haben ein von oben nach unten zunehmendes Alter. Quelle: FRANK (1981), KULKE (1995), MÜLLER (1980), SCHLEICHER (1989) und umfangreiche eigene unveröff. Untersuchungen

Die Oberharzer Kulm-Grauwacke tritt weitverbreitet im Gebiet des oberen Innerstetals (westl. und NW von Clausthal-Zellerfeld) in Bänken wechselnder Dicke mit Tonschiefer-Zwischenlagen zu Tage. Sie wurde einst in einer großen Anzahl von meist kleinen Steinbrüchen gebrochen (MOHR, 1993: Abb. 175); einer davon beim Städtchen Wildemann steht noch heute für Restaurierungsaufgaben zur Verfügung.

Abb. 12:
Darstellung der mineralogischen Zusammensetzung von Sandsteinen und Karbonatgesteinen, die für das (Ober-)Harzer Bauwesen von Bedeutung sind.

Abb. 11
Grauwacke-Sockel eines Wohnhauses von etwa 1845 in Clausthal-Zellerfeld, Rollstr.:
Dieser westexponierte Quaderstein zeigt starke Abschalungen, deren Größe und Form von einem sich öffnenden Haarriß und einer latenten Schichtfuge beeinflußt werden.
Höhe des Steines: 23 cm.

Unter den Kreidesandsteinen des nördlichen Vorharzes weist der Hilssandstein (Oberapt-Unteralb) eine hohe Bedeutung als Werkstein im Umkreis von Goslar und Seesen sowie im Innerstetal bis rauf nach Clausthal-Zellerfeld auf. Dieser flachmarine, schwach glaukonitische, hochporöse Quarzsandstein (Por.: 15-29 %: FRANK, 1981) ist nur schwach quarzzementiert, er läßt sich daher gut bearbeiten, weist aber nur eine geringe bis mäßige Verwitterungsbeständigkeit auf (z. B. GRIMM, 1990). Im Oberharzer Klima zeigt er an exponierten Stellen starke Absandungen bis hin zu tiefreichenden Vergrusungen und dickschaligen Abplatzungen.
Er wurde über Jahrhunderte zwischen dem Stadtgebiet von Goslar und Langelsheim in der „Aufrichtungszone“ nördlich der Harz-Nordrandüberschiebung abgebaut und seit der Romanik für Eckquader, Fenster- und Türgewände sowie Säulen und Kapitelle in Goslar verarbeitet. Im 18. und 19. Jh. lieferten Steinbrüche bei Ostlutter (12 km WNW von Goslar) besonders großformatige Quader. Sie wurden ab dem letzten großen Stadtbrand in Clausthal (1844) als bevorzugter Sockelbaustein verwendet. Die größten mit Pferdefuhrwerken hierher transportierten, sorgfältig behauenen Quader messen 235 cm in der Länge und haben Gewichte bis zu 0,75 t. Noch im Jahr 1976 wurde eine 10 m mächtige Bank im Steinbruch Lampe bei Ostlutter für Restaurierungsarbeiten in der Goslarer Altstadt abgebaut. Heute sind alle Hilssandstein-Abbaue verwaist bzw. zugewachsen.
In der „Aufrichtungzone“ des Ostharzes treten zwischen Heimburg (b. Blankenburg) und Neinstedt (b. Thale) bizarre Felsklippen, die sog. „Teufelsmauer“, aus Mittlerem Quadersandstein oder Heidelberg-Sandstein (Mittelconiac) zu Tage. Dicht nördlich davon, in der Blankenburger Teilmulde der großen Subherzynen Kreidemulde, bildet der Obere Quadersandstein (Mittel- bis Obersanton) Felsmassive. Auch diese Sandsteine wechselnder Körnung sind sehr quarzreich und porös und stellten in dieser Vorharzregion einen wesentliche Baustein von z. T. mäßiger, z. T. auch sehr guter Beständigkeit dar. Als bedeutendstes Bauwerk wurde die romanische Stiftskirche von Quedlinburg aus dem Heidelberg-Sandstein errichtet (EHLING et al., 1996). Der Abbau wurde am Beginn des 20. Jh. eingestellt.
Am Sudmerberg, am NE-Rand von Goslar gelegen, wurde seit dem 16. Jh. der lokal sehr beliebte Sudmerberger Kalksandstein (hohes Mittelsanton) abgebaut (Abb. 9 u. 12). Diese grobsandig-feinkiesige, strandnahe Fazies stellt einen wechselnd stark Quarzsand- und Gesteinsbruchstück-führenden Fossilschutt-grainstone dar (FRANK, 1981 und FRANK et al., 1985). Er wurde wegen seiner recht guten Bearbeitbarkeit und guter Beständigkeit an vielen Goslarer Fassaden als Werkstein verwendet. Seine warme Ockerfarbe, die ausgeprägte Schrägschichtung sowie zahlreiche Wurmbauten lassen ihn stets leicht erkennen.
 

3.1.2. Karbonatgesteine

Kalksteine und Dolomitgesteine weisen im Harz selbst eine sehr untergeordnete Bedeutung als Baustein auf. Der mitteldevonische Iberger Riffkalk wurde in Bad Grund z. T. als Bruchstein in Haussockeln verbaut. Branntkalk aus diesem Vorkommen war hingegen für das Oberharzer Bauwesen als Mörtel, mengenmäßig nach dem Gipsmörtel, von großer Bedeutung.
Am West- und Südrand des Harzes wurden über viele Jahrhunderte die Karbonate (dolomitische Kalke, Dolomite) des unteren Zechsteins bautechnisch genutzt. In Osterode und den nördlichen Nachbarorten verwendete man gelegentlich gelblich anwitternden „Zechsteinkalk“ (Ca1, siehe vorne) neben anderen Gesteinen, wie besonders den zuvor erwähnten „Sösekieseln“ und dem Hauptdolomit (Ca2).
Das bedeutende gotische Zisterzienserkloster Walkenried (halbwegs zwischen Bad Lauterberg und Nordhausen) wurde aus Quadern des „Nüxeier Steines“ und Rauhwacke-Bruchsteinen errichtet. Ersterer ist eine lichtgraue, oolithische Sonderfazies des Hauptdolomits (Ca2) auf der regionalgeologisch bedeutsamen Eichsfeldschwelle. Er wurde etwa 7 km westlich von der heute aufwendig restaurierten Klosterruine abgebaut. Dort steht noch ein Steinbruch in Nutzung (LEPPER, 1994). Die Rauhwacke entstand bei der oberflächennahen De-Dolomitisierung des Ca2 durch gipsreiche Wässer und findet sich als z. T. sehr große, löchrige Blöcke in der Subrosions- und Verkarstungsdecke oberhalb des Werraanhydrits.
Im Unteren Buntsandstein westlich (bei Hahausen) und besonders nördlich des Harzes (z. B. Aufrichtungszone b. Wernigerode und Harlyberg NE von Goslar) treten mehrere Bänke eines schwach sandigen, grobkörnigen Ooliths auf. Dieser braunrote bis rötlichgraue „Rogenstein“, (VOSS, 1928) eine strandnahe, gelegentlich dolomitische Ablagerung eines riesigen Binnensees, ist stark verfestigt und kaum porös. Er weist in den besten Bänken eine hohe Verwitterungsbeständigkeit auf. Im Oberharz bewährte er sich vorzüglich in Form von langen, dicken Platten als Außentreppen-Baustein. Sein Sandgehalt sorgt selbst auf ausgetretenen Stufen für gute Griffigkeit bei Nässe. Andernorts diente er als Mauerstein (z. B. roman. Kloster Drübeck, westl. von Wernigerode) oder als Kleinpflasterung von Gehwegen. Alle Abbaue sind heute eingestellt und verwachsen.
Muschelkalk-Kalksteine hatten um den Harz herum öfters eine größere Bedeutung als örtlicher Baustein. Die im kleinen Huy-Bergzug (NW von Halberstadt) in mehreren, ziemlich mächtigen Bänken auftretende Sonderfazies des „Schaumkalkes“ (Unterer Muschelkalk) wurde bis zum Anfang unseres Jahrhunderts abgebaut (HEMPRICH, 1913: 42 f). Der gotische Dom von
Halberstadt wurde aus diesem grobporigen Schillkalk errichtet. Seine nur mäßige Verwitterungsbeständigkeit verlangt aufwendige Restaurierungsarbeiten an diesem bedeutenden Bauwerk.
 

3.1.3. Gips und Anhydrit

Wegen ihres Auftretens in Felsen und Steilhängen längs des Südharzrandes wurden beide Ca-SO4-Gesteine seit vielen Jahrhunderten abgebaut und als Gipsmörtel, Bruchstein oder auch gelegentlich als Quaderstein verbaut. Die gewaltige, aus großen Quarzitgeröllen errichtete Bergfriedruine der Alten Burg Osterode wird seit 850 oder gar 1000 Jahren von einem zähfesten, grobstückigen Gipsmörtel zusammengehalten (KULKE, 1995). Dieses Material wurde als wichtigstes Bindemittel im Hochbau am Südharz, in den Oberharzer Bergstädten und z. T. auch am Nordharzrand (z. B. Schloß Wernigerode) über Jahrhunderte bis etwa 1900, vereinzelt sogar bis 1960 eingesetzt. Neben der guten Verfügbarkeit von Gipsgestein als Rohstoff sprach der vergleichsweise geringe Brennstoffbedarf für den Gipsmörtel. So hatte C. F. HOFMANN aus Lauterberg in einem Protokoll vom 24. Nov. 1796 darauf hingewiesen, daß Kalkbrennen ein Drittel mehr Holz erfordere als das Brennen von Gips (Archiv OBA CLZ, Fach 688, Acta 3). Fast überall hat dieser Baustoff, selbst bei sehr langer ungeschützter Bewitterung, seine erstaunliche Festigkeit trotz wechselnd starker Anlösung erhalten. In dieser Region, besonders um Nordhausen finden sich auch noch zahlreiche Bauten mit oft gut erhaltenem Gipsaußenputz. Historische Gipsestriche sind in verschiedenen Schlössern und Kirchen bis zurück in die Romanik erhalten (z. B. STEINBRECHER, 1994).
Die weitgehend verloren gegangene Herstellung fester Gipsmörtel wird einerseits von M. STEINBRECHER (Mühlhausen, Thüringen) und der Arbeitsgruppe um W. BINNEWIES (Osterode-Förste), H. KULKE und D. VOGEL (TU Clausthal) gegenwärtig nachvollzogen (KULKE et al., im Druck).
Besonders am Südharzrand um Nordhausen wurde Gips als Bruchstein (z. B. in den Dörfern Woffleben, Niedersachswerfen, Petersdorf) mit Gipsmörtel verarbeitet. In diesen Bauten zerfällt der latent rissige Gipsstein typischerweise schneller als der Gipsmörtel. Feinschichtiger, grauer Gipsstein als Quader wurde im A1 bei Steigerthal (6 km ENE von Nordhausen) gebrochen. Besonders in diesem Dorf sind viele Häuser aus dieser sich erstaunlich gut im Langzeitverhalten bewährenden, nur durch Rillenanlösung an der Wetterseite überprägten Lithologie erbaut (Abb. 13); auch die klassizistische Dorfkirche von Urbach (8 km östl. von Nordhausen) besteht aus diesem Material.
In Osterode-Förste wurden einige Sockel dörflicher Bauten aus Quadern einer rotgemaserten Ausbildung des rückvergipsten „Hauptanhydrits“ (A3) errichtet. Im Betriebsgelände der Harzer Gipswerke Schimpf in Osterode steht eine etwa hundertjährige, trocken gesetzte, bis 3 m hohe Stützmauer aus Anhydritquadern. Trotz recht starker Anlösung in den obersten Bereichen und krustenartiger Wiederausscheidung eines Teiles des gelösten CaSO4 als knollige Gipskrusten im unteren Wandbereich zeigt der kristalline Anhydrit nur eine geringe Vergipsung und keine feststellbare Aufquellung.
 

3.1.4. Dachschiefer

An den Abhängen des Harzes dicht südlich und südwestlich von Goslar wurde über Jahrhunderte „Goslarer Schiefer“ (= Wissenbacher Schiefer, Eifelium) in z. T. großen Steinbrüchen und von 1897 bis 1969 auch in einem Tiefbau gewonnen. Ein weiterer, für die Oberharzer Bergstädte im mittleren 19 Jh. wichtiger Abbau befand sich bei Lautenthal. Dieser kalkreiche, mittelgraue Schiefer war in Goslar und seiner weiteren Umgebung ein beliebtes Material zur Dachdeckung und auch zur Fassadenbekleidung; schöne Beispiele finden sich in GRIEP (1959).
Die Verwitterungsanfälligkeit des Goslarer Schiefers ist größer als jene der Dachschiefer von Lehesten (Thür. Schiefergebirge) oder aus der Eifel bzw. dem Sauerland. Dies resultiert aus seinem feinkristallinen, nahezu gleichmäßig verteilten Calcitanteil, der von den Niederschlägen langsam gelöst wird, wodurch sich nach und nach dünnplattige Schuppen ablösen. Heute gibt es keine Abbaue mehr.
 

3.1.5. Magmatische Gesteine

Diabas hatte als Straßenpflasterstein, z. B. in Goslar, eine nur geringe Bedeutung. Granit von den Randzonen des Brockenmassivs wurde besonders in St. Andreasberg mit Gipsmörtel für Kellergewölbe und Haussockel verwendet. Der 1715 - 1722 errichtete Damm des Oderteichs, 6 km nördl. von St. Andreasberg gelegen, besteht aus tal- und wasserseitigen, weitgehend trocken gesetzten Granitblock-Zyklopenmauern, die einen dichtenden Kern aus tonigem Granitgrus steil ansteigend umschließen (z. B. SCHMIDT, 1989).
Im Ilfelder Becken wurde der dunkel violettrote „Melaphyr“ (siehe 2.1.) gerne als Bruchstein, oft mit Gipsmörtel zusammen, verbaut. Einige Kirchen und die große Burgruine Hohnstein (7 km NNE von Nordhausen) bestehen überwiegend aus diesem ziemlich stark zersetzten Andesit. Seine Verwitterungsbeständigkeit ist mittel bis gering, Öfters zerfällt er an latenten Rissen oder vergrust recht stark.

Abb. 13
Der Sockel eines Bauernhauses in Urbach (8 km östl. von Nordhausen) besteht aus Quadern von feinstschichtigem Zechstein-Gips aus Brüchen beim Nachbardorf Steigerthal. Der Stein zeigt beginnende Rillenverkarstung durch konzentriert auftreffendes Dachwasser aus einem defekten Fallrohr. Höhe des obersten Gipssteines: 15 cm.

4. Künstliche, bergbaubezogene Baustoffe

4.1. Verhüttungsschlacken

Schlackenaufschüttungen aus den Schmelzprozessen zur Gewinnung von Silber, Blei, Kupfer und Eisen sind im Harz aufgrund der zahlreichen frühen Verhüttungsplätze und der Schmelzhütten des 16. - 20. Jahrhunderts weitverbreitet (z. B. Skizze der Westharzer Schlackenplätze in NOWAK & PREUL, 1971). Leider ist eine größere Studie über die Verbreitung und Problematik der Schlackenhalden im Westharz, die vom CUTEC-Institut in Clausthal unlängst abgeschlossen wurde, nicht öffentlich zugänglich. Diese Schlacken stellten meistens ein lästiges Abfallprodukt dar, welches aufgehaldet wurde.
Die Schlacken aus den Oberharzer Silber- und Bleihütten sind reich an Fe, Zn, Pb und auch Ba (siehe Tab. 2). Moderne Bleischachtofen-Schlacken enthalten zum Vergleich auch noch 1.4 - 2.9% Pb neben hohen Zn- und Fe-Gehalten (KRAJEWSKI & KRÜGER, 1984). Obwohl dies den Hüttenleuten des letzten Jahrhundert bekannt war, (z. B. HAGEMANN, 1852, Archiv des Oberbergamtes [=OBA] Clausthal-Zellerfeld) konnten weitere Bleianteile im Oberharz nicht im heute üblichen Maße metallurgisch abgetrennt werden (op. cit.). Es war aber bekannt, daß diese Oberharzer Bleischlacken den Schmelzprozeß des komplex verwachsenen, polymetallischen Erzes vom Rammelsberg wesentlich fördern und dabei zugleich weitere Bleianteile aus der Schlacke gewonnen werden konnten. Dabei dürfte es sich besonders um die in der Schlacke feinverteilten sog. „Granalien“ (kleine Metalltröpfchen) handeln, die beim „Armschmelzen“ teilweise abseigerten. Daraus resultierten schon seit dem 16. Jh. (OSANN, 1856), besonders aber im 19. Jh., umfangreiche Schlackentransporte aus dem Oberharz zu den „Unterharzer“ Hütten westlich und östlich von Goslar. Große Mengen der Bleischlacke verblieben aber lange ungenutzt auf den Halden. Die Hüttenprozesse des späten 19. Jh. sind übrigens in HOPPE (1883) ausführlich dargestellt.
Der hohe Bedarf an Baumaterialien in den für die damalige Zeit großen Oberharzer Bergstädten führte dazu, daß ein Bergamts-Protokoll von 1771 (Archiv des OBA, CLZ, Acta 1317/2) darauf hinweist, daß in England auf gewissen Hütten Steine aus Schlacke in Formen gegossen und zum Hausbau verwendet würden. Im Oberharz führte man die Herstellung solcher, meist großformatiger Schlackengußsteine probeweise ab 1810, in großem Maßstabe ab 1844 durch.
Es gibt dazu zahlreiche Protokolle im Archiv des OBA, CLZ (bes. Acta 1317). Eine bau- und industriegeschichtliche Auswertung u. a. bezüglich dieses hüttentechnischen Baustoffes wird in KULKE (1997, in Vorbereitung) erfolgen.
Über den Schlackenstein-Herstellungsprozess berichtet der Hüttenmeister OSANN im Bergamtsprotokoll No 8579 vom 29. Juli 1856: Die Schlacke wird in nur noch eben weichem Zustand mit Schaufeln in die gußeisernen Formen gedrückt. Durch beigemengte Tonschiefer- und Holzkohlenstücke bildet sich „Kohlenoxydgas“, das den Stein aufblüht und ihm ein blasiges, leichteres, aber festes Gefüge verleiht. Bei zu starker Blasenbildung wird eine Teilentgasung der Schlacke durch Einstechen mit der Schaufel erreicht; mit dieser wird die Oberfläche des abkühlenden Steins schließlich glattgeschlagen.
Die Schlackensteinproduktion wurde immer wieder verbessert. Diese Optimierungen waren erforderlich, da die in den Formen ungleichmäßig abkühlenden Schlackensteine beim Erstarren öfters rissig wurden. Dadurch zerfielen Steine manchmal schon auf dem Transport von der Hütte zur Baustelle (z. B. Protokoll vom 30. Juni 1859) und ihre Druckbeständigkeit war deshalb ziemlich gering. Trotz der latenten Gefahr des splittrigen Zerbrechens an Spannungfeinrissen oder inneren Grenzflächen aus dem Einfüllprozeß der Schlacke in die Form war dieser Kunststein um die Mitte des letzten Jahrhunderts im Oberharz sehr begehrt. So kam es z. B. schon 1848 zu einer Verknappung und es mußten Anträge auf Belieferung gestellt werden
1854 wurden auf der Altenauer Silberhütte Schlackensteine in zahlreichen geometrischen Formen (z. B. Gewölbekeilsteine und profilierte Gesimssteine) gegossen (Archiv OBA CLZ, Acta 1317/6419). Diese Oberharzer Schlackengußsteine verschwanden offenbar gegen 1870 nach und nach vom Markt.

Tab. 2:

Baustein-Schlackenanalytik

Quantitative chemische Röntgenfluoreszenz-Analysen (Institut für Mineralogie und Mineralische Rohstoffe, FG Salzlagerstätten und Untergrunddeponien, TU Clausthal; Analytik: Nov. 1995, Mai und Dez. 1996). Gelistet sind die Hauptelemente sowie bedeutsame Nebenbestandteile (bes. Schwermetalle) in der Reihenfolge ihrer Anordnung im Periodischen System der Elemente. Die Werte sind auf volle Zehntel-Gewichtsprozente gerundet. Gebundenes Wasser sowie Kohlenstoff wurden nicht in die Analysensumme einbezogen.

I. Oberharzer Bleischlackensteine:
Probenmaterial aus Schlackenbausteinen (schwarze, splittrige, grobblasige Schlacke) von ca. 1845 - 1870 aus Clausthal-Zellerfeld.
CLZ - ALT 1: Schlackenstein aus kleinem, unverputztem Backhaus in äußerer Altenauer Straße (östl. Stadtrand von Clausthal) CLZ - GRP 1: Schlackenstein aus Innenwand des ehem. Clausthaler Gymnasiums, des heutigen Staatshochbauamtes Harz, Graupenstr. 9; erbaut etwa 1845 CLZ - OST 1: Schlackenstein aus unverputzter Ostwand von Schuppen hinter Haus Osteröder Str. 64. CLZ TR 12: aus Ausmauerung von aufgelassenem Wasserlauf bei ehem. Schacht Turm-Rosendorf, an B 242, westl. Stadtrand von Clausthal [-12A: randlich aus Schlackenstein, 12B: mittig aus selbem Schlackenstein]

II. Südharzer Eisenschlacke:
OHA - HZL 1: dunkelgrüngraue Schlackenbrocken als Zuschlag in großen Gipsbetongußquadern aus sog. „Annalith“ von ca. 1860; Innenfundamente des Hauses Herzberger Landstraße 6 in Osterode
Schlacke aus Stolberger bzw. Ilfelder Revier: Rott: glasige Schlacke aus „Sauberkeit- oder Trockenheitsschicht “ unter Erdgeschoß-Fußboden im Fachwerkhaus „Hüttenhof“ (wohl Mitte 19. Jh.) in Rottleberode (südl. von Stolberg, Ostharz); Rott A: grüne, Rott B: auffallend blaue Varietät
Hohn 1: Brocken schwarzblauer und grünlich-grauer Schlacke aus der „Sauberkeitsschicht“ unter einem ?spätmittelalterlichen Gipsestrich; Burgruine Hohnstein bei Neustadt/Harz (nördl. von Nordhausen)

III. Vergleichsmaterial aus Kupferschiefer-Verhüttung im Mansfeld-Eislebener Revier: Probenmaterial (splittrige Brocken sehr unterschiedliche Größe) aus älterer, aufgegrabener Schlackenhalde südl. von B 80 in Wimmelburg, südwestl. von Eisleben Wimm 1 + 2: glasige Schlacke, schwarzblau-mittelblau und grau schlierig.

* CLZ-GRP 1: Umschlag von zäh- zu dünnflüssig im Schmelzversuch: 1100 ± 10°C (Untersuchung Dipl. Ing. F. AHRENHOLD, Institut f. Eisenhüttenkunde & Gießereiwesen TU Clausthal

---: unter 100 ppm (bzw. µg/g oder g/t(;
n.b.: nicht bestimmt

Tab. 2 (detailierte Beschreibung siehe vorhergehende Seite)

Noch heute gibt es - besonders in Clausthal-Zellerfeld - einzelne Bauten, die aus tragenden Schlackensteinmauern errichtet wurden. Dies sind einerseits Backhäuser, aber auch der neugotische Innenausbau mit hohen Säulen und Gewölben von 1863 der Zellerfelder St. Salvatoris- Kirche. Häufiger wurde dieser schwarze Stein, zusammen mit weißem Gipsmörtel, zum Ausfachen von Fachwerkbauten eingesetzt. Meist sind diese Wände verputzt oder mit dem Harzer Bretterbeschlag versehen, daher gibt es nur wenige von außen sichtbare Beispiele dieser Bauweise des mittleren 19. Jh. (Abb. 14).

Abb. 14 Sockel eines Hauses in Clausthal- Zellerfeld, Bornhardstr.
Die großformatigen Schlackensteine (ca. 29 x 18 x 13 cm) lassen eine Stricklava-artige Oberfläche, Risse und Blasen erkennen. Die Fugen wurden mit Zementmörtel überarbeitet.

hohe Feststoffdichte (3 Bestimmungen: 3.13 - 3.53 g/cm3);

mittlere Rohdichte (2 Großblock-Steine: 2.57 - 2.59 g/cm3);

große Sprödigkeit, wodurch es nahezu unmöglich ist, vermauerte Schlackensteine aus Abriß- Gebäuden unbeschädigt für Restaurierungszwecke zurückzugewinnen. Bei Schlagbeanspruchung zerbricht das Material splittrig, z. T. an unerwarteten, vom Impaktort entfernten Stellen.

hohe Porosität (2 Großblock-Steine: 26 Vol.-%) in Form von häufig allseits durch Glashaut abgedichteten Blasen eines breiten Größenspektrums (oft 0,1 bis 10 mm ¯), Interkristallin- Porosität (Abb. 15) sowie einzelnen Abkühlungsrissen;

Abb. 15
Interkristallinporosität, hier zwischen Fayalit (FA)-Kristall-Leisten, ist neben der starken Grobblasigkeit für das Gefüge der überwiegend kristallin erstarrenden Oberharzer Bleischlacke typisch. - Probe CLZ-GRP 1, Außichtfoto von B. MIKULLA (Inst. f. Eisenhüttenkunde & Gießereiwesen, TU Clausthal).
 

vermutlich mäßige Wärmedämmung aufgrund der ziemlich breiten Stege zwischen den Großblasen;

da diese Schlacke ziemlich weit entfernt vom thermodynamischen Gleichgewicht - also mit einem verbliebenen Glasanteil - erstarrte, läßt sich kein exakter Schmelzpunkt bestimmen (vergl. Abb. 16 A + B). Beim Aufschmelzvorgang verringert sich oberhalb von etwa 1000°C die Viskosität der untersuchten Probe CLZ-GRP 1 kontinuierlich. Der subjektive Umschlag von zäh- zu dünnflüssig erfolgt bei 1100 ± 10°C (Bestimmung F. AHRENHOLD, Inst. f. Eisenhüttenkunde u. Gießereiwesen der TUC).

weitgehende Auskristallisation mit kleineren Glasresten;

breites mineralogisches Spektrum von meist feinkristallinen, schwermetallführenden Silikaten (bes. Fayalit, Willemit, Pyroxen, Ba-reiche Feldspäte wie Hyalophan und Celsian etc: BHADRA CH. & NEWESELY, 1993);

Abb. 16 A und B
Chemische Zusammensetzung der im Harzer Bauwesen verwendeten Schlacken, dargestellt im SiO₂ CaO-FeO sowie im SiO₂-CaO- Al₂O₃-Dreieck (in Gew.-%, Gesamteisen als FeO berechnet). Analysenwerte siehe Tab. 2.Sterne (5x): Oberharzer Bleischlacken, Runde Symbole (4x): Südharzer Eisenschlacke (dicker Punkt: unter Gipsestrich Ruine Hohnstein; einfache Kreise: unter Erdgeschoß- boden „Hüttenhof“ Rottleberode; Doppelkreis: Zuschlag zu „Annalith“-Gipsbeton, Osterode). Quadrate (2x): Kupferschieferschlacke.
Die eingetragenen eutektischen Rinnen der Schmelztemperatur-Minima (VEREIN DEUTSCHER EISENHÜTTENLEUTE, 1981) beziehen sich jeweils auf die reinen Dreistoffsysteme, die in den Proben jedoch nicht vorliegen. Trotz erheblicher Anteile weiterer Komponenten ist das Schmelzverhalten der Schlackenproben durch die beiden Dreistoffsysteme ausreichend gekennzeichnet.

• Einsprenglinge, von diversen Metalloxiden (Magnetit als Skelettkristalle bzw. Dendriten sowie Hämatit usw.), von kleinen Schwermetall-Tröpfchen, den sog. Granalien (bes. Blei) sowie von Schwermetallsulfiden (als Reliktphase oder als Neubildung) (op. cit. u. Untersuchungsergebnisse von B. MIKULLA);
• Die chemische Zusammensetzung (Tab. 2 und Abb. 16 A + B) ist durch hohe Gehalte an Fe (Gesamteisen in Tab. 2 als Fe2O3 angegeben), Zn, Ba und Pb bei gleichzeitig vorliegender weitgehender SiO2 -Sättigung gekennzeichnet. Dabei dürften Fe, Zn und Ba weitgehend silikatisch fixiert vorliegen, während das Blei überwiegend metallisch oder als Galenit auftritt (vergl. BHADRA CH. & NEWESELY, 1993).

Tab. 3
Ergebnisse der Eluationsversuche an drei Oberharzer Bleischlacken und einer Südharzer Eisenschlacke des 19. Jahrhunderts (Probenherkunft: siehe Tab. 2). AAS-Analytik: Univ. Doz. Dr. W. PROCHASKA, Institut für Geowissenschaften Montanuniversität Leoben. Alle Werte < 1 auf voll ppm bzw. volle ppb gerundet

Abb. 17
Eluationsverhalten von Splitt (grob: 2-6 mm, fein: 1-2 mm) aus drei Oberharzer Bleischlackensteinen (Herkunft: siehe Tab. 2). Jeweils 100 g schonend vorgewaschenen Backenbrecher-Splitts wurden in 1000 ml H2O langsam geschüttelt und die Konzentration an gelöstem Blei, Zink sowie anderen - hier nicht dargestellten - Schwermetallen nach 1, 3, 7 und 21 Tagen mittels AAS gemessen.

4.2. Blei

Der historische Rammelsberger und Oberharzer Bergbau war hauptsächlich auf die Gewinnung von Silber ausgerichtet. Blei als Metall, Bleiglätte (PbO) und auch als Bleiweiß (2PbCO₃ Pb[OH]₂) hatte wertmäßig eine untergeordnete Bedeutung.
Metallisches Blei in etwa 3 mm dicken, gegossenen Platten wurde im Harzer Bauwesen schon früh als Bedachung bedeutender Bauten eingesetzt. Wenig ist davon erhalten, da Blei auf den Dächern als „Sparkasse“ betrachtet wurde und man es in Not- und Kriegszeiten gegen Schindeln oder Schiefer austauschte. Das älteste Blei in meist gut erhaltenen, aufwendig verbördelten Platten des 15. oder 16. Jh. deckt die Spitzhelme der romanischen Neuwerkskirche in Goslar (GRIEP, 1962: 77-84) (Abb. 19). Mikroskopische Untersuchungen der Plattenoberfläche zeigen eine kleinmaßstäbliche, pockennarbige Anlösung und einen sehr dünnen, hellgrauen Reaktionsschleier, der älteren Bleidächern ihr charakteristisches Aussehen verleiht.

Abb. 18
Dünnschliffmikrofoto eines „Hüttensteins“, einem Kalksandstein-Verwandten (Probe CLZ-POST 1, DS 1908, Bildhöhe: 0,65 mm). Dieser Preßsteintyp der Zeit um 1900 zeigt feinkörniges Schlackengranulat in einem überwiegend calcitischen Bindemittel. Die glasigen Schlackenpartikeln haben am Kontakt zur Kalkmatrix einen schmalen, weitgehend hyalin gebliebenen Reaktionssaum entwickelt.

Abb. 19
Das Westwerk der romanischen Neuwerkkirche in Goslar wird von zwei Türmen aus Kahleberg-Sandstein mit Eckquadern und Fensterlaibungen aus Hilssandstein überhöht.
Die schlanken Helme (hier: Blick von Norden auf Südturm) sind mit Bleiplatten des 15. od. 16. Jh. bedeckt. Aufnahme Juli 1996 während umfangreicher Restaurierungsarbeiten.

5. Schlußbemerkungen

Die vielfältigen geogenen Baumaterialien im Harz und seinem Umland zeigen einerseits die Ortsgebundenheit, andererseits den großen Erfindungsreichtum der vergangenen Generationen auf.
Kostengünstige Materialbeschaffung stand zwar stets im Vordergrund, daneben waren aber - hier nicht ausgeführte - Aspekte der Verwaltungsgrenzen, die Bauordnungen und herrschaftliche Anordnungen zur Wirtschaftsförderung von Bedeutung.
Unter den bergbaubezogenen Baustoffen stellten die Schlackensteine eine interessante Sekundärrohstoff-Nutzung vorwiegend für weniger bedeutende Bauten des 19. Jh. dar, während Blei schon im Mittelalter als Bedachung offenbar nur für herausragende Bauten eingesetzt wurde.
Die Kenntnis der alten Baustoffe ist bei Restaurierungsmaßnahmen von großer Bedeutung. Dies gilt für die ästhetische Seite der Bauten, aber auch für die stoffliche Seite, denn materialidentische Ausbesserungs- und Erhaltungsmaßnahmen sind solchen mit modernen Ersatzmaterialien - besonders wegen des bekannten Langzeitverhaltens historischer Baustoffe - vorzuziehen. So hatten im Südharzgebiet und im Lüneburger Raum Portlandzement-Injektionen der vergangenen Jahrzehnte in rissig gewordene zweischalige Kirchenmauern mit Gipsmörtelbindung durch Treibmineralbildung (bes. Ettringit) zu Teilabrissen der „sanierten“ Objekte geführt. Derartige Fehlentscheidungen gilt es künftig zu vermeiden.
 

Danksagung
Zahlreiche Personen haben die Entstehung dieses Überblickstextes durch die Anfertigung von Analysen und andere unterstützende Arbeiten sowie Ratschläge wesentlich unterstützt und gefördert. Allen diesen Damen und Herren (im folgenden in alphabetischer Ordnung genannt) sei für ihre wertvolle, sehr geschätzte Unterstützung herzlich gedankt:
Dipl.-Ing. F. Ahrenhold (IEG: Schlackenschmelzpunkt-Bestimmung); Herr W. Binnewies (Osterode-Förste: Information zu Baumaterial im südl. Vorharz); Dipl.-Ing. L. Blankenstein (Stadtbauamt Goslar: Wasser und Bleiprobe von Neuwerkkirche in Goslar); Dipl.-Chem. U. Blum (IAAC: Analytik und Interpretation der Regenabläufe von Bleidächern); Dr. H.-J. Franzke (Geol. Inst. TUC: Ratschläge zum Geologie-Text und Durchsicht des Manuskriptes); Architekt H.-G. Griep (Goslar: Informationen zu Baumat. in Goslar); Prof. Dr.-Ing. K. Koch (IEG: intensive Fachberatung beim Schlackenproblem); Prof. Dr. F. Koller, Inst. f. Petrologie Univ. Wien & Schriftleiter der Österr. Min. Mitt: Einladung zur Veröffentlichung; Frau P. Lassen (IAAC: Analytik der Regenabläufe von Bleidächern); Dr. J. Lepper Nieders. Landesamt f. Bodenforschung, Hannover (Durchsicht von Manuskriptteilen); Prof. Dr. K. Mengel (IMMR: Unterstützung bei chem. Vollanalytik); Frau B. Mikulla (IEG: metallographische, auflichtoptische Schlackenuntersuchungen); Prof. Dr. K. Mohr (ehemals: Geol. Inst. TUC: Beratung und Durchsicht des Manuskripts); Frau W. Müller (EÖG: Schreiben des Textes); Oberbergamt Clausthal-Zellerfeld (Nutzungsmöglichkeit der Akten im Archiv); Prof. Dr.-Ing. W. Pluschkell (IEG: Unterstützung beim Schlackenproblem); Univ. Doz. Dr. W. Prochaska (Inst. f. Geowiss. M.U. Leoben: Eluationsuntersuchungen von Bleischlacke); Dipl.- Min. H.-J. Prohl (IMMR: AAS-Analytik von Schlacken); Herr E. Reiff (Beauftragter für Bodenfunde im Lkrs. Goslar; Clausthal-Zellerfeld: zahlreiche Fachbesprechungen); Herr F. Sandhagen (EÖG: REM-Untersuchungen); Herr A. Schulz (EÖG: verschiedene Laboranalysen, z. B. Dichtebestimmungen); Prof. Dr. G. Schwedt (IAAC: Unterstützung bei Bleidach-Ablaufuntersuchungen); Dipl.-Min. H. Stosnach (IMMR: AAS-Analytik von Schlacken).

Erklärung der Abkürzungen:
EÖG: Abt. f. Erdölgeologie, Inst. f. Geologie u. Paläontologie, TU Clausthal
IAAC: Institut f. Anorgan. u. Analyt. Chemie, TU Clausthal
IEG: Inst. f. Eisenhüttenkunde u. Gießereiwesen, TU Clausthal
IMMR: Inst. f. Mineralogie u. Min. Rohstoffe, TU Clausthal
 

Literatur

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