Einleitung

Zum besseren Verständnis der Entstehung des Schwarzwalds muss einerseits zwischen dem Schwarzwald als „Mittelgebirge“ und andererseits den Gesteinen, die dieses Gebirge aufbauen differenziert werden.

Entstehungszeit der Gesteine

Die Gesteine lassen sich grob nach dem älteren Grundgebirge (v.a. Granite und Gneise) und dem jüngeren Deckgebirge (Arkosen, Sandsteine und Quarzporphyre) differenzieren.

Das Grundgebirge ist der Rest eines deutlich älteres Gebirges, eines ehemals bis 5.000 m hohen Hochgebirges, das als „Variszisches Gebirge“ im Zeitraum Devon bis Perm (420 bis 251 Millionen Jahre) entstanden ist. Die Gebirgsbildungsphase wird als „Variszische Orogenese“ bezeichnet.

Das Deckgebirge ist aus der Abtragung dieses alten Hochgebirges im Zeitraum Oberkarbon (323 bis 299  Millionen Jahre) bis Unterperm (299 bis 272 Millionen Jahre) entstanden. Der Gebirgsabtrag wurde von regem Vulkanismus begleitet, dessen Lavaströme heute als  „Quarzporphyre“  (Rhyolithe) vorliegen.

Im Perm war die Landschaft „eingeebnet“ (296 bis 251 Millionen Jahre).

In der Folgezeit lagerten sich in einer weiträumigen Sedimentationssenke, dem sogenannten „Germanischen Becken“, eisenhaltige Sedimente ab, die heute in verfestigter Form als „Buntsandstein“ bekannt sind (251 bis 243 Millionen Jahre).

Entstehungszeit des Mittelgebirges

Die Entstehung als Mittelgebirge, wie wir es heute kennen, verdankt der Schwarzwald plattentektonischen Vorgängen im Zusammenhang mit der Entstehung der Alpen im Zuge der Kollision der Afrikanischen mit der Eurasischen Platte ab dem Eozän (ca. 50 Millionen Jahre).

Die Plattenkollision im Alpengebiet verursachte im nördlichen Vorland eine Hebung des Erdmantels und damit verbunden auch eine Hebung der Erdkruste. Das resultierende Spannungsfeld bewirkte eine Dehnung der Erdkruste, die zu sinistralen schrägabschiebenden Bewegungen auf NNE–SSW gerichteten Störungen und zu dextralen Bewegungen auf NW–SE orientierten Störungen führten. Ähnliche geologische Vorgänge kennen wir aus dem tektonischen Vorland des im gleichen Zeitraum entstandenen Hochgebirges des Himalaya, dem höchsten Gebirge der Erde.

Im Bereich einer alten, bereits variszisch angelegten Scherzone führten die tektonischen Vorgänge zur Bildung des Oberrheingrabens und einer Anhebung der westlichen und östlichen Schulterbereiche. Diese Prozesse liefen vorwiegend in den letzten 20 Millionen Jahren ab.

Diese Schulterbereiche kennen wir heute als „Vogesen“ und „Schwarzwald“.

Strukturgeologisch betrachtet ist der Schwarzwald deshalb kein „Gebirge“ (durch Einengungstektonik/Plattenkollision entstanden), sondern ein „Horst“, eine angehobene Scholle im Randbereich eines durch Dehnungstektonik entstandenen Grabens.

Glaziale Überprägung

In den letzten 2,5 Millionen Jahren (Pleistozän) wurde der Schwarzwald durch verschiedene Vereisungsphasen charakteristisch überprägt. Während der Südschwarzwald von einer großen Eiskappe bedeckt war, gab es im Nordschwarzwald viele kleinere Kargletscher. Eine Übersichtskarte der Spuren der Eiszeit im Schwarzwald finden Sie hier.

Erdbeben

Das maßgeblich durch die Plattenkollision im Alpengebiet induzierte tektonische Spannungsfeld  verursacht in Südwestdeutschland v.a. im Oberrheingraben und anderen Grabenstruturen, wie dem Hohenzollerngraben regelmäßig Erdbeben, die meist nur selten für Menschen spürbar wahrzunehmen sind. Die Erdbebenaktivität in Baden-Württemberg gehört zu den höchsten in ganz Deutschland. Der Landeserdbebendienst (LED) am LGRB in Freiburg überwacht die Seismizität in Baden-Würt­tem­berg und angrenzenden Gebieten mit einem flächen­deckenden Netz von Erd­beben­mess­stationen. Die so gewonnenen Erdbeben­informationen stellt der LED der Öffentlichkeit, den Medien und Behörden sowie Forschungs­einrichtungen zur Verfügung.

Hebung Schwarzwald

Der Schwarzwald hat sich in den letzten 10 Millionen Jahren um 400 m bis 1.000 m angehoben, dies entspricht einer Hebungsrate von 0,04 bis 0,1 mm/a (und in der gleichen Größenordnung senkt sich der Oberrheingraben). Da die ursächlichen tektonischen Prozesse im Oberrheingraben noch heute anhalten, ist davon auszugehen, dass diese Hebungsrate auch für die nächsten 1 Million Jahre angesetzt werden kann.

Das Gebiet um den Südschwarzwald wurde ca. 2 km höher gehoben, als das Gebiet um den Nordschwarzwald. Eine größere Hebung bewirkt aber auch, wegen der höheren Reliefenergie, eine stärkere Erosion, also einen größeren Abtrag.

So ist heute der Feldberg im Südschwarzwald (1.493 m), als höchster Gipfel im gesamten Schwarzwald, heute „lediglich“ knapp 300 m höher, als die Hornisgrinde, der höchste Gipfel im Nordschwarzwald (1.163 m). Der höchste Gipfel in den Vogesen ist der Grand Ballon (Großer Belchen) in den Südvogesen (1.424 m).

Grundgebirge

Vorherrschende Gesteine des Grundgebirges sind Gneise, gneisähnliche Gesteine und Granite, hauptsächlich aus Feldspäten, Quarz und Glimmer. Teilweise waren die Gneise höheren Temperaturen ausgesetzt und wurden partiell aufgeschmolzen. Diese Gesteine werden als Migmatite bezeichnet.

Granite

Große Teile des kristallinen Grundgebirges des Schwarzwalds bestehen aus mittel- bis grobkörnigen, grauen oder hellroten Graniten. Die Granitintrusionen sind Ausdruck einer großen Krustenaufheizung während des Karbons, die auch das Nebengestein, die deutlich älteren Gneise, maßgeblich überträgt hat.

Die großen Granitkörper (Plutone)

im Südschwarzwald, wie der Bärhalde-, Albtal-, St. Blasien- und Schlächtenhaus-Granit sind vor 334 bis 332 Mio. Jahren entstanden.

im Nordschwarzwald und nördlichen Zentralschwarzwald, wie der Bühlertal-, Forbach-, Raumünzach-, Seebach-, Oberkirch-Granit usw. sind vor 325 bis 315 Millionen Jahren entstanden. Hier lassen sich ältere Biotit- und etwas jüngere Zweiglimmer-Granite mit Biotit und Muskovit unterscheiden. Der Granit von Baden-Baden ist mit 330 bis 325 Mio. Jahren älter.

Gneise

Gneise sind metamorphe Gesteine, die v.a. aus den Mineralen Feldspat und Quarz bestehen und entweder regellos verteilte oder entsprechend der Druckverhältnisse bei der Entstehung, lagenweise, senkrecht zur Hauptdruckrichtung flächig orientierte Glimmer oder Amphibole aufweisen, die den Gneisen das sehr charakteristische gebänderte Aussehen verleihen.

Metamorphe Gesteine entstehen durch Umwandlung anderer Gesteine, die durch tektonische Prozesse oder Intrusionen von Magmen höheren Drücken oder Temperaturen ausgesetzt werden. Dabei bilden sich keine Schmelzen, die Umwandlung erfolgt – durch Diffusionsvorgänge – ausschließlich im „festen“ Zustand.

In Abhängigkeit der Genese des Ausgangsgesteins werden Orthogneise und Paragneise unterschieden.

Orthogneise

Ausgangsgesteine: Magamtische Gesteine (Granite/Granodiorite)

Die Orthogneise sind im Schwarzwald weniger weit verbreitet. Sie wurden früher als „Schapbachgneise“ bezeichnet. Namensgeber ist die Gemeinde Bad Rippoldsau-Schapbach im Nordschwarzwald.

Die Orthogneise gehen auf kleinere dioritische Intrusionen zurück, die vor 500 bis 450 Millionen Jahren im Bereich des heutigen Mittleren Schwarzwaldes in die inzwischen verfestigten marinen Sedimente (Ausgangsgesteine der Paragneise) eingedrungen sind.

An vielen Stellen zeigen die Gneise granitähnliche Aufschmelzungsbereiche, wo das Gestein in Anwesenheit von Gasen und Flüssigkeiten bei Temperaturen bis 850°C, lokal aufgeschmolzen und fast an Ort und Stelle wieder erstarrt ist. Diese Gesteine werden als Migmatite bezeichnet.

Paragneise

Ausgangsgesteine: Sedimentgesteine

Die Paragneise sind im Schwarzwald weit verbreitet. Sie wurden früher als „Renchgneise“ bezeichnet. Namensgeber ist die Rench, ein Fluß im Nordschwarzwald.

Funde von fossilem Nanoplankton (Acritarchen und Chitinozoen) im Kristallin des Zentral- und des Südschwarzwalds belegen, dass die Ausgangsgesteine auf Ablagerungen in Meeresbecken zurückgehen (marine Sedimente). In den Paragneisen sind jungproterozoische bis ordovizische, aber auch jüngere paläozoische Alter nachgewiesen. Die Paragneise sind meist grau, fein gebändert und oft intensiv verfaltet.

Aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung kann man davon ausgehen, dass es sich bei den Ausgangssedimenten zumeist um Grauwacken gehandelt hat (grobe und unreine Sande), aber auch vulkanische Ablagerungen können eingeschaltet sein.

Die Grauwacken wiederum sind, als Sedimentgesteine, durch Erosion anderer (älterer) Gesteine entstanden, nämlich aus der Abtragung eines zur Entstehungszeit der Grauwackensedimente vorhandenen Gebirges. Radiometrische Datierungen von Zirkonen zeigen, dass das abgetragene Gebirge wiederum im Zeitraum zwischen 2,9 Mrd. und 390 Mio. Jahren durch bis zu fünf magmatische Ereignisse überprägt wurde. Also auch in dem Gebirge, aus dem die Ausgangsgesteine der Ausgangsgesteine der Paragneise entstanden sind, lassen sich unterschiedliche Alter einer temperaturgebundenen Überprägung nachweisen, die weit, sehr, sehr weit in die Erdgeschichte zurück reichen. Und die Beweise dafür liefern einzelne Mineralkörner als mikroskopisch kleine Reste von Gesteinen, die bis vor knapp 3 Milliarden Jahren (!!!) entstanden sind.

In Anbetracht dieser Alter lässt sich nun besser nachvollziehen, dass die Gebirgslandschaft Schwarzwald, im Vergleich zu seinen Gesteinen, geologisch betrachtet, sehr jung ist.

Entstehung der Gneise

Die Ausgangsgesteine der Gneise wurden im Zentralschwarzwald im Zeitraum zwischen 340 und 325 Mio. Jahren (spätes Unterkarbon) bei Temperaturen um 750 °C und Drucken von 4.000 bis 4.500 bar metamorph überträgt. Die Spuren älterer Metamorphosen wurden dabei weitgehend verwischt und die tatsächlichen Entstehungsalter der Minerale, die „radiometrische Uhr“, quasi auf „Null“ (Unterkarbon) gestellt. Diese Hochtemperatur-Niedrigdruck-Metamorphose geht auf eine Aufheizung der Oberkruste in Verbindung mit Granitintrusionen zurück.

An Zirkonen in Gneisen und Amphiboliten der Zentralen Schwarzwälder Gneismasse wurden auch Alter von ca. 490–480 Mio. Jahren (Ordovizium) nachgewiesen. Diese druckbetonte Metamorphose geht vermutlich auf ein Kollisionsereignis großer tektonischer Einheiten – vielleicht von Mikrokontinenten zurück.

Im Kristallin des Mittleren Schwarzwaldes treten, eingeschaltet in Gesteine, die in einem höheren Krustenniveau gebildet wurden, Gesteine wie Granulite und Eklogite auf, die durch eine Hochtemperatur-Hochdruck-Metamorphose in der Unterkruste, in ca. 20 bis 50 km Tiefe, entstanden sind.

Tektonik

Vergneisung und Verbandsverhältnisse sind das Ergebnis einer intensiven Einengungstektonik durch die Kollision älterer (Mikro)Kontinente, bei der Gesteinseinheiten wie Späne ineinander geschuppt wurden. Aus der Unterkruste, evtl. sogar aus der Grenze zum Erdmantel, sind auch dunkle Gesteine, sog. Ultrabasite, in die Gneise eingeschuppt worden. Die an diese Gesteine bisweilen gebundenen nickelhaltigen Sulfidvererzungen wurden im Südschwarzwald bei Horbach und Todtmoos abgebaut.

Im Mittleren und Südlichen Schwarzwald ist auch ein tektonischer Deckenbau, wie man ihn aus den Alpen kennt, nachgewiesen.

Bei der tektonischen Einengung wurden die Gesteinskörper im oberen Krustenniveau aufgrund des spröden mechanischen Verhaltens an Störungszonen bruchhaft deformiert. Die an solchen Störungszonen entstandenen Gesteine werden als  „Kataklasite“ bezeichnet. Durch mürben Zerfall sind diese Gesteine locker und lettig ausgebildet.

Im tieferen Krustenniveau haben sich an den Scherzonen „Mylonite“ (Mahlsteine) gebildet, die im Gegensatz zu den Kataklasiten, der Verwitterung großen Widerstand entgegensetzen. Mylonite zeichnen sich durch einen straffen Lagenbau und – im Vergleich zu den Gesteinen außerhalb der Scherzonen –  kleinkörnigere Minerale aus. Die größten Mylonitzonen, die v.a. in NE–SW streichen, werden auf die variszische Einengungstektonik zurückgeführt.

Sowohl die Mylonite als auch die Kataklasite haben sehr wesentlich die spätere Bildung der Erz- und Mineralgänge im Schwarzwald beeinflusst.

Das tektonische Ereignis, auf das die beschriebene Gesteinsbildungen und strukturellen Veränderungen zurückzuführen sind, ist die sogenannte Variszische Orogenese.

Als Orogenese wird die Bildung eines Gebirges im klassischen Sinne der Geologie und sämtlicher damit verbundenen strukturellen Veränderungen durch Einengungstektonik bei der Kollision von Lithosphärenplatten verstanden.

Aus der Erdgeschichte sind mehrere Phasen von sich zyklisch wiederholenden „weltweiten“ Gebirgsbildungen bekannt, v.a. die kaledonische, variszische und alpidische Orogenese.

Bei der variszischen Orogenese ist das Variszische Gebirge entstanden, ein wahrscheinlich bis 5.000 m hohes Hochgebirge, dessen Reste sich heute beiderseits des Atlantiks nachweisen lassen.

Ein sehr kurzer Abschnitt dieses alten, durch Krusteneinengung entstandenen Hochgebirges, bildet heute das „junge“, durch Krustendehnung entstandene Mittelgebirge Schwarzwald.

Foto: Steinbruch am Schrofel westlich Baiersbronn-Heselbach, Baiersbronn-Röt (Aufschluss Grenze Grundgebirge-Deckgebirge)

Spätorogener Vukanismus und Abtrag eines Hochgebirges

Die in der Spätphase der variszischen Orogenese im Oberkarbon und Unterperm (Rotliegend) folgende Hebung und Dehnung der Kruste führte zum kompletten Abtrag des alten Hochgebirges und zur Bildung tektonischer Gräben und Horste.

Das erodierte Gesteinsmaterial wurde lokal in intramontanen Gräben, z.B. bei Schramberg oder Baden-Baden oder überregional in vorgelagerten Molassebecken, wie z.B. der 9 km (!) tiefen Saar-Nahe-Senke abgelagert.

Diese Phase wurde von einem sauren, explosiven Vulkanismus mit Spalten- und Deckenergüssen mehrfach nachweisbarer Lavaströme begleitet. Texturell können teilweise auch pyroklastische Ströme oder Glutlawinen (base surges) abgegrenzt werden, die Zeugen besonders destruktiver vulkanischer Tätigkeit mit sehr hohen Ablagerungsgeschwindigkeiten sind. Ein besonders schöner Aufschluss ignimbtrischer Laven ist der Steinbruch Waldeneck in Baden-Baden, Ortsteil Neuweier unterhalb des Yberg.

Die Förderzentren (Schlote) der Laven können oft nicht mehr lokalisiert werden. Der alten Nomenklatur folgend werden die Rhyolithe noch heute, gemäß einer früheren Terminologie, oft als Quarzporphyre bezeichnet.

Im Schwarzwald können, neben kleineren Vorkommen im Acher-, Rench- und Kinzigtal, drei große rhyolithische Vulkankomplexe unterschieden werden:

Baden-Baden (Bereich Geisberg)

Schweighausen (SE von Lahr)

Münstertal

Der Begriff „Porphyr“ beschreibt ein Gesteinsgefüge, bei dem einzelne Minerale in einer feinkörnigen, visuell nicht auflösbaren Matrix „schwimmen“.

In dieser Zeit entstanden auch die sehr zahlreichen Quarzgänge und die intensive Verkieselung der Gneise und Granite entlang von Störungszonen, die günstige Voraussetzungen für die spätere Bildung der Erz- und Mineralgänge bildete. Hämatitreiche Quarzgänge im Kristallin, Hornsteine und die postvulkanisch, oft achatartig verkieselten Pyroklastika sind oft sehr eindrucksvolle Zeugnisse dieser Vorgänge.

Deckgebirge

Das Deckgebirge besteht vorwiegend aus Sedimentgesteinen des Rotliegenden (Arkosen und Fanglomerate) und Buntsandstein, vereinzelt finden sich auch Gesteine aus dem Karbon (v.a. Grauwacken, selten auch in geringen Mengen kohlenhaltig). Die ältesten Sedimentgesteine stammen aus dem Silur und Devon sind nur sehr lokal vorhanden, z.B. in der Zone von Badenweiler-Lenzkirch.

Das Deckgebirge tritt großflächig v. a. im Nordschwarzwald und am Ostrand des Mittleren Schwarzwalds auf. In einzelnen Randschollen im Westen und Südwesten/Süden des Schwarzwalds konnten die ansonsten weiträumig vollständig erodierten jüngeren Sedimentgesteine des Deckgebirges (Muschelkalk bis Jura), z.B. im Bereich der Lahr-Emmendinger Vorbergzone vor dem Abtrag geschützt werden.

Die Sedimentgesteine des Oberkarbon und Rotliegenden wurden aus Abtragungsschutt des Variszischen Orogens gebildet:

Böschungsaufschluss an der Schwarzwaldhochstraße (B 500) südlich Seibelseckle, Seebach (Aufschluss Grenze Grundgebirge-Deckgebirge)

Die Varisziden im Schwarzwald

Der Schwarzwald liegt in der südlichsten, der Kernzone des Variszischen Orogens, dem Moldanubikum. Hier dominieren hochmetamorphe Gesteine, sowie ausgedehnte Granit-Komplexe, die dokumentieren, dass dieser Krustenabschnitt während der Gebirgsbildung besonders tief versenkt, aufgeheizt und teilweise aufgeschmolzen wurde. Im Moldanubikum sind vermutlich u.a. mehrere Mikrokontinente miteinander vereinigt, und die lokal auftretenden Eklogite könnten z.T. Reste von ursprünglich dazwischen liegenden Meeresbecken mit ozeanischer Kruste darstellen, die vor der Kollision subduziert wurden. Eklogite bzw. auf Eklogite zurückgehende Amphibolite (eklogitischer Amphibolit) treten z.B. als kleinere Körper in Einheiten der Mittelschwarzwald-Kerngneis-Gruppe auf.

Im Nordschwarzwald bei Baden-Baden lässt sich die Grenze zur nördlich angrenzenden Hauptzone, dem Saxothuringikum nachweisen. Das Saxothuringikum besteht aus meist stark gefalteten, geschieferten und verschuppten sedimentären, magmatischen und metamorphen Gesteinen des Präkambriums bis Karbon. Es dominieren flach- bis tiefmarine Schiefer und sandige Gesteine, Schwellenkalke, Vulkanite, Gneise, Amphibolite und Granite. Das Saxothuringikum wird als orogenes Mosaik gedeutet, in dem Relikte von paläozoischen Meeresbecken, magmatischen Bögen, Subduktionszonen und eines Mikrokontinentes „Armorica“ im Zuge der Variszischen Orogenese miteinander vergesellschaftet wurden.

Die Baden-Baden-Schiefer-Gruppe (aBB) besteht aus einem niedrig metamorphen, grünschieferfaziellen Phyllitzug im Norden, südlich anschließend aus höher metamorphen, amphibolitfaziellen Glimmerschiefern. Ausgangsgesteine waren marine Sedimente und teilweise basische Tuffe, die später im Rahmen der variszischen Orogenese metamorph überprägt und zerschert wurden. Heute sind die Vorkommen nur als isolierte Erosionsreste in den überlagernden Rotliegend-Sedimenten erhalten, die Grenzen der Einheiten und die Begrenzung zum Nordschwarzwälder Granitgebiet sind überdeckt.

Die einzelnen Schiefer-Einheiten in der Senke von Baden-Baden sind in der Geologischen Karte „dunkelgrün“ dargestellt.

Geologische Karte der Senke von Baden-Baden (GK 50). © LGRB, Kartenviewer

Die Grenzen zwischen den Hauptzonen des Variszischen Gebirges sind auffällige geologische Diskontinuitäten, werden häufig von markanten Störungszonen gebildet und heute vielfach als fossile Platten- oder Terrane-Grenzen interpretiert (Suturen).

Geologische Karte der Zone von Badenweiler-Lenzkirch (GK 50). © LGRB, Kartenviewer

Im Variszischen Gebirge waren wahrscheinlich mehrere Subduktionszonen aktiv, deren Bewegungsrichtungen sich aus den Faltenvergenzen der deformierten Gesteine erschließen lassen.

Ein kurzer Abschnitt einer nach SÜDEN abtauchenden Subduktionszone ist in der Baden-Baden-Zone (BBZ) aufgeschlossen, die sich nach Osten als dextrale Scherzone (Blattverschiebung) bis zum Gangrevier Neuenbürg-Pforzheim nachweisen lässt. Es handelt sich um ein Teilstück der bedeutenden Grenzstruktur (Sutur) zwischen den tektonischen Großeinheiten des Moldanubikum im Süden und Saxothuringikum im Norden.

Ein weiterer kurzer Abschnitt einer nach NORDEN abtauchenden alten Subduktionszone lässt sich, nur 100 km südlich, in einem ca. 2-5 km breiten Streifen quer durch den Südschwarzwald in der Badenweiler-Lenzkirch-Zone (BLZ) nachweisen.

Bei dem zwischen den beiden Subduktionszonen liegenden Gebiet, dem sogenannten „Nord- und Mittelschwarzwälder Kristallin“ handelt es sich wahrscheinlich um einen alte n Mikrokontinent bzw. einen alten Inselbogen, dessen im Norden und Süden angrenzende Meere heute vollständig verschwunden (subduziert) sind. Südlich der BLZ schließt mit dem „Südschwarzwälder Kristallin“ ein weiterer alter Mikrokontinent/Inselbogen an.

Tektonisch lassen sich innerhalb des Grundgebirges im Schwarzwald von Norden nach Süden folgende tektonische Baueinheiten unterscheiden:

Textquellen

Werner, W. & Dennert, V. (2004). Lagerstätten und Bergbau im Schwarzwald – Ein Führer unter besonderer Berücksichtigung der für die Öffentlichkeit zugänglichen Bergwerke. 334 S., Freiburg i. Br. (Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau Baden-Württemberg, Hrsg.). Das Buch wird im LGRB Shop als Printprodukt bzw. Download angeboten.

Markl, Gregor: Schwarzwald – Lagerstätten und Mineralien aus vier Jahrhunderten. Band I – Nordschwarzwald & Grube Clara, Bode Verlag 2015.

Webseite „LGRBwissen“

Wikipedia „Variszische Orogenese“