Steinkohlenformation

Steinkohlenformation (Geogn.), der Inbegriff einer Anzahl neptunischer Gesteinsbildungen, deren Entstehung zwischen die Ablagerung der devonischen Grauwacke u. des Rothliegenden fällt; sie hat ihren Namen von den fast niemals in ihr fehlenden, oft sehr mächtigen Lagern von Steinkohlen. Die Schichten der S. haben sich, wie man an den in ihnen sich findenden thierischen Überresten erkennt, theils auf flachem Meeresgrunde, theils in Landseen od. Süßwasserbassins abgelagert, man unterscheidet daher paralische u. limneische Bildungen. Eins der wichtigsten Glieder der paralischen S. ist der Kohlenkalk (Bergkalk, metallführender Kalk, Carboniferous limestone, Calcaire houiller), welcher meistens, aber nicht immer, die tiefsten Schichten des Steinkohlengebirges bildet; ein meist grauer, bald bläulicher, bald schwärzlicher, zuweilen ganz weißer od. auch rein schwarzer Kalkstein; die dunkle Farbe rührt von Bitumen od. beigemengtem Kohlenstoff her, welcher sich oft in Form von Anthracit auf Kluftflächen ausgeschieden hat; zuweilen ist der Kohlenkalk so reich an Bitumen, daß er im Feuer brennt. Er zeichnet sich bes. durch seinen Reichthum an organischen Überresten, sowie an Erzgängen aus. Die thierischen Überreste des Kohlenkalkes stimmen fast gänzlich mit denen des Grauwackengebirges überein (s. unten). In England u. Wales erreicht der Kohlenkalk eine Mächtigkeit von 500–2000 Fuß, in Irland, welches fast nur von Kohlenkalk gebildet wird, ist er oft über 2000 Fuß mächtig. In Rußland erstreckt er sich von den Quellen der Wolga u. Düna über Twer u. Moskau bis an die Ohau. bis Tula, anderseits bis an die Küsten des Weißen Meeres, östlich bis an den Ural. Große Verbreitung hat der Kohlenkalk auch in Nordamerika, namentlich in den Staaten Illinois, Indiana, Kentucky u. Tennessee. Er ist häufig zerklüftet u. zerspalten u. gibt daher Veranlassung zu malerischen Felspartien; in seinem Gebiete finden sich auch die meisten Höhlen, so die Höhlen von Ingleborough u. Castleton, von Bristol, die Great-Cave bei Dunmore in Irland, die Mammuthhöhle in Kentucky. Die tiefsten Schichten der in Binnenwassern gebildeten Schichten der S. sind in der Regel Conglomerate od. Breccien mit großstückigen Fragmenten älterer Gesteine, welche nach oben in den Sandstein übergehen. Die eigentlichen Kohlensandsteine (Grès houiller) sind nur den Meeresbildungen eigenthümlich, sie haben eine schmutziggraue, bald ins Schwärzliche, bald ins Gelbe ziehende Farbe, sind klein-, bis sehr feinkörnig, oft so scharfkörnig u. porös, daß sie gute Mühlsteine liefern. In manchen Gegenden erscheint statt des Sandsteins ein lockerer, nasser Sand, sogenannter Schwimmsand. Auch Hornstein u. Kieselschiefer erscheinen oft in den tiefsten Schichten des Steinkohlengebirges, wie bes. in Nordamerika. Als unmittelbarer Begleiter der Kohlenflötze tritt überall der Schieferthon auf, ein dickschieferiger Thon mit flachmuscheligem bis erdigem Bruch, meist schwarz, auch grau, selten roth, braun od. grünlich gefärbt; hier u. da ist er so reich an Bitumen, daß er im Feuer brennt (Brandschiefer, Kohlenschiefer), durch Aufnahme von Kieselsäure geht er in ein hartes Gestein (Brand- od. Kohlenhornstein) über. Er ist sehr reich an Pflanzenresten, welche sich meist sehr vollkommen erhalten haben. An besonderen Beimengungen führt er Schwefelkies, Kalksteine u. Sphärosiderit, letzteren nicht selten in so reicher Menge, daß er eine sehr ergiebige Eisenproduction liefert. Durch Berührung mit empordringenden plutonischen Gesteinen haben sich aus dem Schieferthon entsprechende Umwandlungsproducte gebildet, so das Eisensteinmark od. die sächsische Wundererde von Planitz bei Zwickau durch Einwirkung des Borsailiis auf Schieferthon; durch Erdbrände sind die Schieferthone roth gebrannt u. zum Theil geschmolzen worden, wodurch die gebrannten Schiefer u. der Porzellanjaspis entstanden sind. Zwischen mehr od. weniger mächtigen Schichten dieses Schieferthons sind die eigentlichen Kohlenflötze eingelagert. Die Masse, aus welcher dieselben bestehen, die Steinkohle selbst, besteht[742] aus Resten vorweltlicher Pflanzen; durch die höhere Temperatur u. unter dem Druck der auf ihnen lagernden Massen unterlagen diese Pflanzenreste einer langsamen Zersetzung, in Folge dessen Wasserstoff, Sauerstoff u. Stickstoff, zumeist in Verbindung mit Kohlenstoff ausgeschieden wurde, so daß wesentlich nur Kohlenstoff übrig blieb, welcher um so reiner wurde, je länger der Proceß dauerte. Oft auch mochten locale Entzündungen einzelner Kohlenlager od. die Berührung mit geschmolzenen Gesteinen, welche aus dem Innern empordrangen, die Zersetzung wesentlich beschleunigt haben. An vielen Orten treten flüssige u. gasförmige Producte dieser Zersetzung, Steinöl, Kohlenwasserstoff u. Kohlensäure zu Tage, wo ein Kohlenflötz aufgedeckt wird, u. strömen, seit Jahrtausenden abgesperrt, häufig mit großer Gewalt u. in Menge hervor, wie z.B. in den zahlreichen Steinölquellen (s. Steinöl). Jene gasförmigen Producte treten in jedem Steinkohlenbergwerk auf, wo sie als Schlagende Wetter Veranlassung zu Explosionen geben, od., wenn sie wesentlich aus Kohlensäure bestehen, als Schwaden erstickend wirken. In der Steinkohle selbst ist die vegetabilische Textur meist verschwunden, dagegen führt der Kohlensandstein viele, zum Theil noch aufrechte Baumstämme, der Schieferthon aber reichlich zärtere Theile dieser vorweltlichen Pflanzen u. Abdrücke derselben, Farrenwedel, Blätter u. Stengel von Equisetaceen, Lycopodiaceen u.a. Familien. Die meisten Steinkohlenflötze mögen durch Senkung des Bodens, auf welchem diese Pflanzen wuchsen, u. Überfluthung mit Meerwasser u. Schlamm entstanden sein, andere lassen sich nur durch Anschwemmung von Pflanzenstoffen nach ihrem gegenwärtigen Fundort erklären. An fremdartigen Beimengungen führt die Steinkohle Kalkspath, Gyps u. Schwefelkies (letztern zuweilen so reichlich, daß die Kohle für technische Zwecke untauglich wird), seltener Bleiglanz, Kupferkies, Schwerspath u. Quarz. Gewöhnlich liegen mehre Kohlenflötze, durch Schieferthon od. schiefrigen Sandstein getrennt, parallel übereinander; das Vorkommen nur eines einzigen Flötzes gehört zu den Seltenheiten; die Anzahl der Flötze. schwankt zwischen 3 u. 10 od. 10 u. 20, doch kommen auch bis 100 u. mehr vor; ihre Mächtigkeit ist sehr verschieden, zuweilen viele Fuß, doch auch nur wenige Zolle, im letzten Falle heißen sie nicht mehr Flötze, sondern Kohlenschmitze od. Säume. Im Plauenschen Grund bei Dresden sind 4 Flötze bis zu 30 Fuß Mächtigkeit vorhanden, bei Zwickau 9–10 Flötze, das mächtigste derselben 26 Fuß, in Westfalen 20–70 Flötze; im Pfälzer-Saarbrücker Bassin 164 Flötze mit einer Gesammtmächtigkeit von 338 Fuß, im Becken von Creuzot (Departement der Loire) 2 Flötze von 150 Fuß Mächtigkeit, welche durch eine Zwischenschicht von 200 Fuß getrennt werden; das Kohlenlager von Lüttich hat 61 Flötze, das von Neu-Castle 40 Flötze, von denen nur zwei 6 Fuß mächtig sind, das von Lancashire 75 Flötze mit 150 Fuß, das von Clyde u. Lanarkshire in Schottland 84 Flötze mit 200 Fuß Gesammtmächtigkeit; die größte Entwickelung der Kohlenflötze ist wohl am Donetz in Südrußland, wo 225 Flötze mit einer Gesammtmächtigkeit von 400 Fuß übereinanderliegen. Sehr mächtige Flötze sind noch: eins bei Dudley in Staffordshire mit 30 Fuß, eins im Becken von Clackmannanshire von 90 Fuß u. mehre bei Sabera in Spanien von 50–100 Fuß Mächtigkeit. Die Kohlenflötze setzen sich in horizontaler Richtung oft mit großer Regelmäßigkeit fort, dies gilt namentlich von mehren Flötzen im Saarbrücker, Westfälischen u. Oberschlesischen Kohlenlager; in Northumberland u. Durham ist ein Flötz über eine Fläche von 80, ein anderes über 200 englische QM. bekannt; das sogenannte Pittsburger Flötz im nordamerikanischen Kohlenfeld von Pennsylvanien, Ohio u. Virginien umfaßt etwa 14,000 QM. Flächeninhalt bei einer Mächtigkeit von 10 Fuß. Die gewöhnliche Lagerungsweise der steinkohlenführenden Schichten ist die beckenartige od. muldenförmige. Bei sehr bedeutender horizontaler Ausdehnung bilden sie mächtige, fast horizontale Decken, deren Ränder allmälig, od. wo Gebirge sie begrenzen, steiler, bisweilen sogar vertical aufsteigen od. selbst übergeneigt sind. An vielen Orten ist die ursprüngliche Lagerung durch empordringende eruptive Gesteine wesentlich gestört, die Becken sind in viele Mulden u. Sättel, in fächerförmige Schichtenzonen zusammengefaltet, die Schichten vielfach geknickt, gebogen u. gefaltet; namentlich sind es die Porphyre u. Grünsteine gewesen, deren Erhebung in die Zeit der Ablagerung der S. fällt, denn selbst zwischen den Schichten des Steinkohlengebirges findet man diese Gesteine. In Devonshire treten z.B. Grünsteine u. Grünsteintuff zwischen den Sandsteinen, Schieferthonen u. Schiefern der S. auf, ebenso hat sich bei Altwasser in Schlesien ein Porphyr zwischen die Steinkohlenschichten geklemmt; im Saalkreise erscheint das ganze Kohlengebirge zwischen zwei Porphyre eingezwängt. Wo die Flötze ausstreichen, führen sie meist eine schlechte Kohle, weil sie dort den Einwirkungen des Wassers u. der Atmosphäre zugänglicher gewesen sind. Das unter dem Kohlenflötz lagernde Gestein, das Liegende, ist meist ein sandiger Schieferthon, welcher noch die Wurzeln der die Steinkohlen zusammensetzenden Pflanzen führt; das über dem Flötz lagernde Gestein, das Hangende, ist meist Schieferthon mit zahlreichen, meist wohlerhaltenen Pflanzenresten u. Pflanzenabdrücken. Von Wichtigkeit, bes. für den Steinkohlenbergbau, sind die sogenannten Verwerfungen (Verdrückungen, Sprünge), welche dadurch entstanden sind, daß die Schichten zerbrochen u. ihre Theile gegeneinander verschoben sind, meist so, daß der hangende Theil sich in der Richtung der Sprungkluft gesenkt hat; zuweilen entfernten sich die Flötztheile nur einige Zoll od. Fuß von einander, häufig kommen aber Sprünge von 10–30 Fuß u. mehr vor, so daß es oft schwer ist, die Fortsetzung des Flötzes aufzufinden. Die Sprungklüfte sind häufig mit zerrüttetem Gesteine der Schichten ausgefüllt, welche sie durchsetzen, mit Schieferthon, Sandstein, Kohle, Letten etc. u. diese Zwischenschichten, welche meist eine geringe Mächtigkeit haben, zuweilen aber viele Fuß stark sind, nennt man Kämme od. taube Mittel od. Setzen, zuweilen finden sich auch krystallinische Mineralien in ihnen. (Vgl. von Carnall, Die Sprünge der Steinkohlengebirge, Berl. 1836.) Diese Verwerfungen sind meist durch die während der Ablagerung der S. emporgedrungenen Porphyre u. Basaltite hervorgerufen. worden, selten weist die Masse der Spaltenausfüllung auf eine Bildung während der Zeit des Rothliegenden hin.

Organische Reste der S. A) Thiere finden sich namentlich in dem älteren Kohlenkalk, während sie in der eigentlichen productiven S. zu den Seltenheiten[743] gehören. Die Fauna des Kohlenkalkes ist eine ozeanische u. stimmt in vielen Arten mit der des Grauwackengebirges vollkommen überein. Von den Polythalamien tritt bes. die Fusulina in großer Menge auf, von den Bryozoen Arten der Gattungen Syringopora, Cyathophyllum u.a., u. zahlreiche Crinoideen, wegen deren Häufigkeit im Kohlenkalk derselbe Encrinitenkalk (Crinoideenkalk) heißt, bes. sind die Gattungen Actinocrinus, Cyathocrinus, Platycrinus u. Poteriocrinus vertreten; von Muscheln finden sich Avicula, Unio, Pecten, Posidonomya, Arca u. Nucula, von Schnecken Pleurotomaria, Euomphalus u. Murchisonia, von Brachiopoden Productus, Spirifer, Orthis u. Terebratula, von Cephalopoden Nautilus, Orthoceras u. einige Ammoniten; auch aus der Klasse der Krebse sind einige Repräsentanten gefunden worden, ferner Schuppen eines Eckschuppers, des Elaeonichthys Germari, sowie als große Seltenheit ein Haifischzahn; häufiger sind Arten der Ganoidengattung Amblypterus. B) Pflanzen kommen vorzüglich in dem eigentlichen kohlenführenden Schichtensystem vor, u. zwar vornehmlich Land- u. Sumpfpflanzen. Sehr verbreitet in fast allen Kohlenlagern ist die Familie der Calamarien, von denen sich die Gattung Calamites durch zahlreiche Arten auszeichnet, z.B. Calamites cannaeformis, mit hohlem, schachtelhalmartigem, gestreiftem u. gegliedertem Stamm bis über 6 Zoll im Durchmesser mit vereinzelten Astnarben, von welchen dünnere beblätterte Zweige ausgehen; an allen Gelenken stehen lineale Blätter, welche nur an den älteren Stammtheilen abgefallen sind; häufig sind noch C. transitionis, C. Suckowi, C. approximatus, welche sich wesentlich durch die Länge der Glieder, Stellung der Astnarben u. durch die Furchen unterscheiden. Die Equisetaceen der Steinkohlenflora unterscheiden sich von den lebenden Arten durch ihre großen walzenförmigen Fruchtähren, welche nicht am Ende, sondern an den Gliedern des Stengels selbst stehen. Die Asterophylliten haben den gegliederten hohlen Stamm der Equisetaceen, unterscheiden sich aber von ihnen durch das Anschwellen an den Gliederungen; sie haben verästelte Stengel mit meist breiteren, oft keilförmigen Blättern u. schlanke Fruchtähren, ebenso die ihnen verwandten Annularien u. Sphenophylliten. Häufig sind: Asterophyllites foliosus, Annularia longifolia, Sphenophyllum emarginatum. In großer Mannigfältigkeit erscheinen hier die Farren, darunter einige Baumfarren; die Farren der S. existiren in der jetzigen Schöpfung nicht mehr, u. nur die baumartigen können mit den Baumfarren der Tropen verglichen werden. Häufig sind: Sphenopteris distans, in der älteren S., S. elegans, S. irregularis, S. Bronni, S. coralloides, Hymenophyllites furcatus, Schizopteris anomala, Neuropteris auriculata, N. acutifolia, Cyclopteris trichomanoides, Dictyopteris Brongniarti, Odontopteris Reichiana, O. britannica, O. Schlotheimi, Cyathcités arborescens, C. dentatus, C. Miltoni, Alethopteris aquilina, deren fructisicirende Wedel als. Asterocarpus Sternbergi u. als Hawlea pulcherrima beschrieben sind; Alethopteris pteroides, A. erosa, A. Pluckcneci. Weniger häufig als Farrenwedel finden sich Stämme von Baumfarren; ihre Oberfläche ist mit großen schildförmigen Narben bedeckt; sie gehören meist den Gattungen Caulopteris, Palaeopteris; Prodopteris u. Psaronius an. Zahlreiche Vertreter hat die Klasse der Lycopodiaceen in der Steinkohlenflora; aus der Gattung Lycopodites mit gabelndem Stamme u. ringsumsitzenden Blättern, die größeren aber nur an zwei gegenüberstehenden Seiten; L. Gutbieri, L. selaginoides, Selaginites, von der vorigen Gattung durch das Stehenbleiben der Blätter unterschieden: S. Erdmanni. Die Gattung Lepidodendron (Schuppenbaum) u. die ihr verwandte Gattung Sagenaria, hohe baumartige Gewächse, auf deren Stämmen die Blätter auf querrhombischen od. elliptischen Narben aufsitzen, haben wesentlichen Antheil an der Bildung der Steinkohle genommen, häufig sind: Lepidodendron laricinum, Sagenaria Veltheimiana (Lepidodendron ornatissimum), deren Fruchtähren als Lepidostrobus beschrieben worden sind, S. dichotoma, S. rimosa, S. aculeata; hierher gehören die Gattungen Aspidiaria, Halonia u. Knorria; von letzter bes. K. imbricata in der älteren u. K. Selloni in der jüngeren S. Die Nöggerathien bilden ebenfalls baumartige Stämme, deren Inneres mit einem eigenthümlichen Mark versehen war; ihre Oberfläche war mit Furchen u. Runzeln versehen. Bei der Gattung Cordaites waren die Blätter einfach u. standen am Ende der Zweige, bei Noeggerathia gefiedert; die Früchte dieser Pflanzen waren denen der lebenden Cycadeen ähnlich u. wurden früher unter den Gattungsnamen Carpolithes u. Rhabdocarpus beschrieben. Überall verbreitet ist Noeggerathia palmaeformis. Bei weitem die Hauptmasse der Steinkohle bilden die baumhohen Sigillarien; die Stämme sind durch Längsfurchen in flache Rippen getheilt, welche in regelmäßigen Entfernungen mit rundlichen od. elliptischen Narben zur früheren Befestigung von langen linealen Blättern bedeckt sind; diese scheinen bald abgefallen zu sein u. nur an den Enden der jüngeren Zweige u. dem obern Theil des Stammes noch angesessen zu haben. Sehr verbreitet sind: Sigillaria alternans, S. Cortel, S. tessellata, S. oculata, S. cyclostigma, S. distans, S. Knorri, S. laevigata. Die Stämme der Sigillarien mögen eine Höhe von 60 Fuß erreicht haben, sie hatten keine Pflanzenwurzel, sondern befestigten sich durch nach allen Seiten horizontal ausgehende gabelförmige Wurzeläste. Diese Wurzelstöcke, an ihrer Oberfläche ebenfalls mit Narben versehen, an welchen sich lange cylindrische Wurzelfasern befestigt haben, bezeichnet man als Stigmaria; man begegnet ihnen in allen Steinkohlenflötzen; die häufigste Art ist Stigmaria ficoides. Von höher organisirten Pflanzen wurden bis jetzt nur wenige Blätter u. Stämme von Palmen (Flabellaria, Fasciculites) u. Coniferen (Araucarites, Dadoxylon, Pinites) gefunden. Echte Monokotylen u. Dikotylen scheinen daher bei der Bildung der S. eine sehr untergeordnete Rolle gespielt zu haben. Vgl. Corda, Beiträge zur Flora der Vorwelt, Prag 1845; v. Gutbier, Abdrücke u. Versteinerungen des Zwickauer Schwarzkohlengebirges, Zwickau 1836; Germar, Die Versteinerungen des Steinkohlengebirges von Wettin u. Löbejün, Halle 1844 ff.; A. Brongniart, Prodrome d'une histoire des végétaux fossiles, Par. 1828; Derselbe, Histoire des végétaux fossiles, ebd. 1828–1844; Lindley u. Hutton, Fossil Flora of Great Britain, Lond. 1831–37; Unger, Chloris protogaea,[744] Beitrag zur Flora der Vorwelt, Lpz. 1841–1845; Derselbe, Synopsis plantarum fossilium, ebd. 1845; Geinitz, Die Steinkohlen des Königreichs Sachsen in ihrem geognostischen u. technischen Verhalten, ebd. 1856; Hartmann, Die Fortschritte des Steinkohlenbergbaues in der neuesten Zeit, Berl. 1859; Rittler, Anleitung mächtige Kohlenflötze am wohlfeilsten etc. anzubauen (Preisschrift), Brünn 1857.