Quarzit

Ordovizischer Quarzit-Aufschluss im Cache County, Utah

Büste des Amenophis III. aus Quarzit

Quarzite sind fein- bis mittelkörnige metamorphe Gesteine, die mit Quarzgehalten ab 98 Prozent definiert sind. Sie zeichnen sich durch relativ große Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen aus.

Die Bezeichnung Quarzit wird in vielen Fällen nicht ganz zutreffend auf Sandsteine angewendet, deren Körner nach der Zementation durch Kieselsäure (Verkieselung) ähnlich hart sind wie echter Quarzit. Ein selten verwendeter Name für diese Kieselgesteine ist Zementquarzit,^[1]

Aussehen und Eigenschaften

Reiner Quarzit besitzt in vielen Fällen eine weißgraue oder weiße Farbe, so etwa der aus Italien stammende Silberquarzit. Gelbe und rote Farben werden durch Beimengungen von Eisenmineralien verursacht. Die häufig vorkommenden gelben Varianten werden durch das oft in den Ursprungsgesteinen vorhandene Mineral Limonit verursacht. Durch Verunreinigungen von Magnetit und Pyrit ist Quarzit manchmal auch braun oder grau gefärbt, seltener sind Farben wie dunkelgrün oder graublau. Das Mineral Dumortierit oder Kyanit färbt die Quarzite bläulich bis blau.

Quarzit besteht im Wesentlichen aus miteinander verbundenen, rekristallisierten Quarzkörnern, die durch Drucklösung an den Korngrenzen versintert sind. Je nach Methamorphosegrad können zum Teil sehr harte und spröde Gesteine entstehen, bei schwach metamorphen Quarziten kann es jedoch durchaus zu geringer Abrieb- und Frostresistenz kommen. Auch können Sedimentstrukturen des Ursprungsgesteins, wie z.B. Rippelmarken oder Schrägschichtung, erhalten geblieben sein.

Eine seltene Varietät des Quarzits ist der (bedingt durch einen hohen Gehalt an Schichtsilikaten) biegsame Itakolumit oder Gelenkquarz.

Präkambrischer Quarzit mit Schrägschichtung, nahe Loch Assynt, Nord-Schottland
Weiteres Beispiel für Quarzit mit Schrägschichtung, Sioux-Quarzit (Präkambrium), Blue Mound State Park, Minnesota, USA
Quarzit mit Rippelmarken, Gorges du Guil in den französischen Alpen
Ehemalig detritische Quarzkörner mit Quarzzementen im Dünnschliff

Entstehung

Quarzit entsteht durch Metamorphose meistens aus Sandstein, aber auch Kieselschiefer, Radiolarite oder Hornstein sind als Ausgangsgestein möglich. Durch eine Kombination von Druck, Temperatur und mechanischer Belastung werden die einzelnen Quarzkörner dabei durch Drucklösung deformiert, und ihr Kristallgitter beginnt, sich neu zu ordnen. Bei dieser Rekristallisation wachsen sie dann über ihre ursprünglichen Korngrenzen hinaus (siehe das Dünnschliff-Bild der ehemalige Quarzkörner) und bilden eine dicht vernetzte Struktur. Die ursprünglichen Porenräume und das Sedimentgefüge sind, je nach Grad der Metamorphose, fast vollständig verschwunden. Sind im Ursprungsgestein Tonbestandteile enthalten, entstehen Glimmerminerale, wie silbriger Muskovit oder grünlicher Phengit. Dabei entsteht durch eine ausgerichtete Druckrichtung das lagige Gefüge, das sich aufspalten lässt. Im Ursprungsgestein vorhandene organische Bestandteile (kohlige Anteile) werden unter anderem in Graphit umgewandelt. Die übrigen aus anorganischer Substanz bestehenden Fossilienteile werden „abgebaut“ und sind in echten Quarziten nicht mehr vorhanden. Entsprechend geologischer Forschung beginnt die „quarzitische Metamorphose in einer Versenkungstiefe von 600 Metern und bei über 200 °C.“^[2]

Neben der Farbe ist die Spaltbarkeit ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal von Quarzitvarianten. Blockquarzit, wie er zum Beispiel in der Nähe von Wasa (Schweden) abgebaut wird, oder der blaue Azul Macaubas aus Brasilien, ist schwer spaltbar. Spaltbare Quarzite entstehen in der Regel durch Regionalmetamorphose: orthogonal zur Druckrichtung bilden sich Glimmer, die hinterher als dünne Trennlagen die Spaltrichtung vorgeben, ein Prozess, wie er ähnlich bei der Bildung von Schiefer abläuft. Die Ablagerungsrichtung ist relevant für die Spaltrichtung und Nutzbarkeit, die Frostbeständigkeit wird dadurch nicht beeinflusst.

Vorkommen

Quarzit Masi mit hohem Gehalt an Fuchsit (Norwegen)

Dumortierit-Quarzit Azul do Macaubas (Brasilien), 260 x 90 cm

Napoleons Sarkophag im Invalidendom aus rotbraunem Schokschinsk-Quarzit

Quarzit ist weltweit verbreitet und in metamorph überprägten Orogenkomplexen ein häufiges Gestein. Vorkommen in Europa sind etwa die zahlreichen Quarzitvorkommen in den Alpen oder zum Beispiel die Quarzitvorkommen in Spanien (Córdoba, Segovia), Bulgarien (Balkangebirge) oder in Skandinavien. Quarzite kommen in vielen der alten Kratone vor, so unter anderem etwa am Jebel-Uweinat im Ost-Sahara-Kraton in Ägypten,^[3] im São-Francisco-Kraton in Brasilien^[4] oder in der Kaniapiskau-Supergroup des Labradorbeckens am Nordostrand des Superior-Kratons in Nordamerika.^[5] Quarzite findet man auch gelegentlich als eiszeitliches Geschiebe in Norddeutschland, sie stammen aus metamorphen Serien in Schweden und Norwegen. Die im Natursteinsektor von Deutschland am häufigsten verwendeten Gesteine dieser Gruppe sind der Alta Quarzit aus Alta (Norwegen) und die exklusiven und hochpreisigen blauen Sorten aus dem Bundesstaat Bahia in Brasilien (Azul Do Macaubas, Azul Imperial) sowie aus Skandinavien (Caribbean Blue).

Viele der gemeinhin als Quarzit bezeichneten Gesteine sind keine echten Quarzite, sondern durch Kieselsäure verfestigte Sandsteine. In Deutschland findet man solche „Quarzite“ oder „Felsquarzite“ unter anderem im Rheinischen Schiefergebirge zu beiden Seiten des Mittelrheintales im Taunus und im Hunsrück, so zum Beispiel an der Goldgrube und in den Steinbrüchen im Köpperner Tal im Taunus. Weitere Vorkommen befinden sich in der Eifel, im Westerwald und östlich davon in der Hörre. Des Weiteren ist Quarzitsandstein im Westharz aufgeschlossen; dort ist er leicht rötlich gefärbt und wird als Acker-Bruchberg-Quarzit bezeichnet. Außerhalb Deutschlands tragen ebenfalls viele verkieselte Sandsteine den Namen Quarzit, so etwa in der Bretagne (Armorikanischer Quarzit) oder die „Quarzite“ des Kambriums in der Montagne Noire (Mur quartzeux).

Ein nennenswertes Beispiel für europäische Dekorationsgesteine dieser Art ist die Sorte Schokschinsk aus einer Gewinnungsstelle am Westufer des Onegasees. Dieser Naturstein wurde u.a. für den Sarkophag Napoleons (Invalidendom) und für den obereren Portikus des Lenin-Mausoleums in Moskau verwendet.

Wirtschaftliche Bedeutung und Verwendung

Steinwerkzeuge des oberen Paläolithikums, Mutzig, Frankreich

Aufgrund seiner Härte war Quarzit schon in der Steinzeit ein recht brauchbarer Ersatz für Feuerstein. Viele Werkzeugfunde aus dieser Zeit bestehen aus Quarzit, sowohl aus echtem Quarzit als auch aus hartem, verkieseltem Sandstein. Die Lübbensteine sind zwei Megalithanlagen aus der Jungsteinzeit, deren Entstehung in die Zeit um 3500 v. Chr. datiert werden kann. Ihr Material sind lokale Braunkohle-Quarzite.

In Ägypten wurde verkieselter Sandstein, aber auch echter Quarzit, vielfach in Architektur und Kunst verwendet. Beispiele dafür sind die Särge der Hatschepsut oder des Tutenchamun, die aus einem großen Block gehauen wurden, oder die Memnonkolosse im Tempel des Amenophis III. in Luxor. Die antiken Abbauareale sind bis in die Zeit des Römischen Imperiums genutzt worden. Es handelt sich hauptsächlich um zwei Lokalitäten, am Gebel el-Ahmar (östl. Nilufer) nordöstlich von Kairo sowie am Gebel Gulab/Gebel Tingar (westl. Nilufer) bei Assuan. An den genannten Erhebungen sind jeweils mehrere Gewinnungstellen nachweisbar. Es wurde u.a. mit Doleritwerkzeugen gearbeitet.^[6]

Quarzit ist heute ein Rohstoff für die quarzverarbeitende Industrie. Für die normale Glasherstellung werden keine Quarzite, sondern Granitgrus verwendet. Fein gemahlen wird Quarzit für die Herstellung optischer Spezialgläser verwendet oder als Füllstoff bei der Herstellung von feuerfestem Material. Besondere Bedeutung besitzt Quarzit heute im Baubereich.

Quarzit als Naturwerkstein

Insbesondere als Naturstein finden viele Quarzite Verwendung. Im Handel existieren zahlreiche Varietäten, die unter eigenen Namen gehandelt werden.

Quarzit im Innenbereich

Hochdichte Spaltquarzite wie Alta Quarzit finden in hochbelasteten Bereichen als Bodenbelag ihre Anwendung (zum Beispiel am Flughafen Leipzig), meist in naturrauer Ausbildung, seltener in geschliffener Form. Als Küchenarbeitsplatte kommen Blockquarzite zur Anwendung.

Die Eignung als Dekorbaustoff hängt nicht so stark von der Mineralzusammensetzung ab, sondern eher vom Metamorphosegrad und der Porenradienverteilung. Wasaquarzit in Rot und Azul do Macaubas in Blau sind relativ stabile Gesteine. Rosa Quarzit aus Brasilien wird kaum noch verwendet, da er sich einerseits durch Mörtelwasser irreversibel verfärben kann und durch die ungünstige Porenradienverteilung flüssige Schmutze sehr leicht aufnimmt. Wie bei jedem Umwandlungsgestein ist die Mineralstruktur inhomogen. Gesteine wie Azul do Macaubas können das Mineral Serizit enthalten, das instabil ist. Mit Wasser und CO₂ bilden sich in diesem und anderen Quarziten weiße Flecken, die nicht mehr entfernbar sind. Nassbereiche sollten deshalb nicht mit diesem Quarzit ausgeführt werden. Einige Varietäten wie Alta Quarzit oder Albino Yellow aus Brasilien sind dagegen im Bad relativ problemlos zu verwenden.

Quarzit im Außenbereich

Alta-Quarzit, spaltrau, 23 × 15 cm, Alta

Auch hier ist Alta Quarzit ein sehr beständiges Material. Die geringe Porosität führt bei diesem Quarzit dazu, dass sich auch auf der Wetterseite keine Moose festsetzen können. Je nach Porosität können bestimmte Quarzitsorten durchaus durch mikrobiologische Besiedlung, Frostwechsel und Tausalz gesprengt werden.

Chemische Beständigkeit

Generell sind die Quarze relativ stabil, die farbgebenden Komponenten sind meistens der Schwachpunkt im Hinsicht auf die Beständigkeit gegenüber Chemikalien. Gelbliche Quarzite reagieren zum Teil sehr empfindlich auf Salz- oder Phosphorsäure. Flusssäure greift generell Quarzite an. Amidosulfonsäure kann dagegen bedenkenlos zur Kalkentfernung eingesetzt werden.

Im alkalischen Bereich gilt das fast genauso. Universalgrundreiniger auf Ammoniakbasis, die einen max pH - Wert von 10,5 erreichen greifen im allgemeinen Quarzite nicht an. Hochalkalische Produkte, die Natron- oder Kalilauge enthalten, schädigen nicht nur die Quarze, sondern auch hier wieder die farbgebenden Mineralien. Haushaltsmittel wie Backofenreiniger enthalten schädigende Hochalkalien. Zu den Hochalkalien gehört auch Calciumhydroxid aus dem Mörtel, das Eisenmineralien aufbrechen kann. Dadurch kann mit dem Transportmittel Wasser freies Eisen an die Oberfläche transportiert werden, das dort mit dem Sauerstoff zu sichtbarem Eisenoxyd wird.

Besonderheiten bei der Verlegung

Ist das Gestein hochdicht, dann sollte man davon ausgehen, dass ein Haftanstrich auf der Plattenrückseite und unter Umständen auch an den Kanten notwendig ist. Ein Abriss vom Mörtelbett ist bei hochdichten Quarziten nicht selten. Ursache dafür ist die mangelnde mechanische Verzahnung der „Zement-Kristalle“ an den Werkstein durch die fast nicht vorhanden Porosität. Beim anderen Extrem, wie Rosa Quarzit, sind chemisch bedingte Verfärbungen durch die Verlegemittel fast an der Tagesordnung, dafür ist die Mörtelhaftung sehr gut. Deshalb sollte man vor einer Verlegung von Quarziten sicherheitshalber den Mörtelhersteller kontaktieren. In Außenbereichen oder auf Fußbodenheizungen ist die Temperaturausdehnung ein weiterer wichtiger Faktor. Quarzite haben die höchste Ausdehnung bei den technisch verwendeten Natursteinen, dies sollte bei der Bemessung der Dehnungsfugen und bei der Auswahl der Unterkonstruktion beachtet werden.

Natursteinsorten

Azul Imperial (Brasilien, Bahia)
Azul Do Macaubas (Brasilien, Bahia)
Alta Quarzit (Norwegen, Alta)
Kalpetranquarzit (Schweiz, Wallis)
Masi (Norwegen, Finnmark)
Rosa Quarzit (Brasilien, Bahia)
Schokscha-Quarzit (Russland, Karelien)
Wasaquarzit (Schweden)
Rauris Grün (Österreich, Rauris)

Siehe auch

Liste der Gesteine.

Literatur

Gerhard H. Eisbacher: Nordamerika. Geologie der Erde, Band 2, Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart 1988. ISBN 3-432-96901-5
Herbert Fahrenkrog: Naturstein im Alltag, ISBN 978-3-7667-1729-0, Callwey, München 2007.
Karlfried Fuchs: Natursteine als aller Welt, entdecken, bestimmen, anwenden. Callwey, München 1997.
Rosemarie Klemm, Dietrich Klemm: Steine und Steinbrüche im Alten Ägypten. Berlin, Heidelberg (Springer-Verlag) 1993.
Werner Zeil: Südamerika. Geologie der Erde, Band 1, Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart 1986. ISBN 3-432-95861-7