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Kugelgesteine - Orbiculite:
 
"Orbis" (lat.): Kreis, Rundung.
Verkleinerungsform: "orbiculus".
Die Endung "it" leitet sich von "Lithos" für „Stein“ ab.
 


Ausschnitt aus einem finnischen Orbiculit (Pengonpohja bei Kuru).

Kugelgesteine gehören zum Exotischsten, das die Geologie zu bieten hat.

Es handelt sich um kristalline magmatische Gesteine, die rundliche Gebilde (Orbicule) von teilweise beträchtlicher Größe enthalten. Diese "Kugeln" haben einen regelmäßigen Aufbau und sind in eine gleichkörnige oder porphyrische Grundmasse eingebettet.

Diese Gesteine werden gern pauschal als Kugelgranite bezeichnet. Die Kugelbildungen kommen jedoch in allen magmatischen Gesteinen vor und sind keineswegs auf Granite beschränkt.
Die runden Objekte zeigen immer einen zweiteiligen Aufbau aus innerem Kern und äußeren Schalen.
Die Grundmasse zwischen den Orbiculen bezeichnet man als Matrix. Das Bild unterhalb zeigt ein solches angeschnittenes Orbicul.
 
Die Orbicule bestehen meist aus den gleichen Mineralen, die auch die Matrix zwischen den Kugeln, also das "Restgestein", bilden. Nur gelegentlich weichen Matrix und Orbicule in ihrer Zusammensetzung stark voneinander ab.
In den hellen Gesteinen überwiegen naturgemäß Feldspäte und Quarz, wobei der dominierende Feldspat Plagioklas ist. Alkalifeldspat tritt nur untergeordnet auf und auch der Quarzgehalt ist oft nur mäßig. Daher gehören die Orbiculite in ihrer Mehrzahl zu den Dioriten, Monzoniten, Syeniten und verwandten Gesteinen. Echte Granite mit mehr als 20% Quarz und einem Gehalt von mehr als 35% Alkalifeldspat gibt es auch, sie bilden jedoch nur einen kleinen Teil der Kugelgesteine.
Die dunklen Einlagerungen sind meist Biotit oder Hornblende.
  
Zum Aufbau:
Die Orbicule bestehen, wie bereits gesagt, in der Regel aus einem Kern und sich anschließenden, konzentrischen Schalen. Der Kern kann z. B. aus Fremdgesteinsbruchstücken („Xenolithe“) oder großen Kristallen bzw. Kristallbruchstücken bestehen. Meist jedoch sind die Kerne eine regellose Zusammenballung kleinster Mineralkörner. Um diesen Kern herum bauen sich die Schalen auf. Sie beginnen aber meist nicht dort, wo eine mit dem bloßen Auge erkennbare ringförmig-konzentrische Zeichnung einsetzt, sondern in der Regel weiter innen. Der Übergang vom Kern zur ersten Schale ist oft diffus und mit dem Auge nicht erkennbar.
Der innerste, oft dunkle Ring in einem Orbicul ist nicht selten die äußere Begrenzung der innersten Schale. Maßstab ist hier der Dünnschliff, der die genaue Anordnung der einzelnen Kristalle zeigt. In den Schalen sind diese sehr oft radialstrahlig gewachsen. Nicht selten besteht das ganze Orbicul oberhalb des Kernes aus Kristallen, die radial nach außen zeigen – unabhängig von der Zeichnung, die sich dem Auge bietet.
Die mit dem Auge erkennbaren Schalen spiegeln nicht immer den kristallinen Aufbau wider. Die Kristalle in den Schalen können ganz verschieden angeordnet sein. Wir finden sie radial von innen nach außen gewachsen ebenso wie tangential, also parallel zum Umfang oder auch als Körner in ringförmigen Lagen angeordnet. In vielen Orbiculen finden sich verschiedene Wuchsformen, die sich abwechseln. Genauere Skizzen dazu sehen Sie bei einigen Einzelbeschreibungen der Orbiculite.
Innerhalb eines Vorkommens gleichen sich die Orbicule häufig in Aufbau und Größe. In manchen Vorkommen finden sich aber auch verschiedene Typen von Orbiculen nebeneinander.
Die Größe der Kugeln hängt von der chemisch-mineralogischen Zusammensetzung des Gesteins ab. Helle Gesteine mit einem hohen Anteil an Quarz und Feldspäten zeigen die eindrucksvollsten Gefüge mit den sehr großen Orbiculen. Kugeln mit einem Durchmesser von 10 cm bis etwa 20 cm sind nicht selten. Vereinzelt gibt es Orbicule mit bis zu 40 cm Durchmesser.
Das bedeutet jedoch nicht, daß jedes granitähnliche Gestein automatisch große Orbicule hat. Aber die sehr großen Exemplare finden sich alle in dieser Gruppe.
In basischen Gesteinen mit geringerem SiO
2-Gehalt erreichen die Orbicule nur kleinere Durchmesser, meist bleiben sie unter 5 cm.
Die kleinsten wurden in einem Karbonatit gefunden - Durchmesser unter 1 cm.
  
Der Aufbau der Orbicule schwankt in sehr weiten Grenzen. Manche zeigen einen stark entwickelten Kern, der nur von wenigen Schalen umgeben ist - manchmal findet man nur eine einzige Schale.
In anderen Ausbildungen sind die Kerne eher klein und die Orbicule bestehen überwiegend aus Schalen – oft viele Lagen übereinander.
Die zwei folgenden Bilder zeigen diese Spannweite. Beide Proben stammen aus dem gleichen Vorkommen, dem in Virvik, südwestlich von Borgå / Porvoo an der südfinnischen Küste.
Das erste Bild unterhalb zeigt den Typ mit den kleinen Orbiculen. Der Kern nimmt einen großen Teil des Orbiculs ein und ist nur von wenigen Schalenlagen umgeben. Das weiße Mineral im Kern ist Plagioklas, erkennbar an der Verzwilligung. Zur Erläuterung finden Sie hier einen beschrifteten Ausschnitt. Die Großaufnahme zeigt das Bild ohne Erläuterungen.
(Handstück aus der Nordischen Sammlung der Universität Greifswald.
Cohen und Deecke 1895 legit.)
 

Nahaufnahme Kugelgranit Virvik, kleine Orbicule

 

Das nächste Bild zeigt den Typ mit den großen Orbiculen aus dem gleichen Vorkommen. Hier dominieren ganz klar die Schalen. Ohne Mühe kann man über zwanzig Einzellagen erkennen.
(Ausstellung der GTK in Espoo, Finnland, polierter Schnitt)
 
Kugelgranit aus Virvik

Ganz offensichtlich ist das Orbicul oben nicht rund. Es fehlen Teile der Schalen. Ursache ist eine randliche Auflösung (Abschmelzung).
Solche Korrosionserscheinungen sind sehr wahrscheinlich durch nachströmendes, heißes Magma verursacht worden. Viele Orbiculite zeigen solche nachträglichen Abschmelzungen.
 
Innerhalb der Orbiculkerne lassen sich gelegentlich Kristallisationskeime erkennen, von denen die Bildung des ganzen Orbiculs ausging. Diese Keime können einzelne Kristalle, Kristallbruchstücke oder Stücke von Fremdgestein sein. Im Bild unterhalb ist es ein Kalifeldspat. In der Großaufnahme können Sie sehen, daß nur der rechte Teil des Kerns die perthitischen Entmischungen zeigt. Der Kristallkeim ist ein Karlsbader Zwilling.
Beachten Sie auch die auffällig grobe, porphyrische Grundmasse, die das Orbicul umgibt.
Ausschnitt aus einem Ruskiavuor-Kugelgranit. Savitaipale, Ostfinnland. Polierter Schnitt.
(Die Münze unten rechts ist ein 2 Euro-Stück mit 26 mm Durchmesser)
 
Kugelgranit Ruskiavuor

Entstehung:

Am spannendsten ist natürlich die Frage, wie ein solches Gestein entsteht.
Eine einfache Antwort habe ich auch nicht parat und es sind die unterschiedlichsten Ansätze im Umlauf.
Selbst die Frage, in welche Richtung die runden Gebilde kristallisierten (von innen nach außen oder umgekehrt) wurde gelegentlich kontrovers diskutiert. Es scheint aber sicher, daß fast alle Orbicule von innen nach außen kristallisierten. Das gilt insbesondere für die silikatischen Gesteine - also die Mehrzahl aller gefundenen Kugelgesteine.
Nur in einem Fall – dem des Karbonatgesteins von Sokli (Nordfinnland) hat es wohl eine Trennung des noch flüssigen Magmas in unterschiedlich zusammengesetzte Schmelzen gegeben - die sogenannte "liquide Entmischung". Die dabei gebildeten „Tropfen“ der silikatreicheren Schmelze innerhalb der karbonatischen Schmelze sind wahrscheinlich von außen nach innen kristallisiert.
 
Die Bildung von Kugelgesteinen scheint an sehr spezielle Bedingungen geknüpft zu sein.
Eine davon ist ein Mangel an Kristallisationskeimen, der in sehr heißen Magmen gegeben ist.
Die zweite Voraussetzung scheint eine starke Abkühlung des Magmas unter ungestörten Bedingungen zu sein. Orbiculite treten bevorzugt am Rande magmatischer Intrusionen auf und dort besonders gern in Gängen oder Ausstülpungen, die ins kalte Nebengestein ragen.
Eine ausführliche Darstellung dazu findet sich in: Hans-Peter Meyer: Zur Petrologie von Orbiculiten, Karlsruhe 1989.
Der Kern des dort dargestellten Modells ist die starke Unterkühlung des Magmas. Wegen der fehlenden Keime setzt die Kristallisation verzögert ein, läuft dann aber stark beschleunigt ab. Das führt zur radialstrahligen Ausbildung der Minerale. Bleibt dabei das Magma in Ruhe, hängt die weitere Anlagerung von Mineralen von der Geschwindigkeit ab, mit der aus der umgebenden Schmelze Material zur Kristallisationsfront diffundieren kann. Der Einbau der Minerale an der Oberfläche führt zur stofflichen Verarmung in der unmittelbaren Umgebung um das wachsende Orbicul, was wiederum die Abscheidung neuer Minerale einleitet.
Der Antrieb dieses Prozesses ist das Temperaturgefälle zwischen dem wachsenden Kristallaggregat und der Umgebungsschmelze.
Für die Einzelheiten dieses Modells möchte ich auf den oben genannten Text verweisen.
 
Die verschiedenen Kugelgesteine enthalten nicht selten deformierte Kugeln. Die Orbicule sind aneinander gedrückt und verformt. Die Orbicule waren also eine Zeit lang plastisch verformbare Gebilde, die von einer fließfähigen Schmelze umgeben waren.
Zusätzlich findet man Schalen, die sich wie eine dicke Haut verhalten und sich ablösen können.
Das Bild unten zeigt eine solche Schalenablösung in einem Ruskiavuor-Kugelgranit.
 

 
Aus den besonderen Bedingungen der Entstehung erklärt sich eine weitere Eigenheit der  Kugelgesteine: Die Vorkommen sind sehr klein, um nicht zu sagen
winzig.
Die Größe von Orbiculitvorkommen wird in Metern (!) angegeben. Mehrere Zehner Meter sind schon groß zu nennen und eine Ausdehnung von mehr als 100m wird nur in sehr seltenen Fällen erreicht. Umgekehrt sind etliche Vorkommen bekannt, die kleiner als 5m im Durchmesser sind.
  
Ein großer Teil der Kugelgesteine in Skandinavien wurde nur als Geschiebe bzw. lose Blöcke gefunden. In Finnland, wo besonders viele Kugelgesteinsvorkommen bekannt sind, kennt man nur bei 29 von 90 Orbiculittypen das Anstehende. Die 61 anderen Varianten gibt es nur als Geschiebe. Einige wurden nur als Einzelexemplare gefunden, andere mehrfach in langgestreckten Streufächern. Bei einigen besonders interessanten Exemplaren hat man intensiv nach ihrem Anstehenden gesucht – ohne Erfolg. Bei der geringen Größe der Vorkommen ist das kein Wunder. Wenn man Pech hat, steht eine Scheune darauf.
Eines der schönsten Kugelgesteine gehört zu diesen, nur als Geschiebe gefundenen Typen:
Der Quarzmonzonit von Kuohenmaa (Kangasala).
Bis heute ist das Anstehende dieses Gesteins unbekannt.
Alle gefundenen Geschiebe befinden sich in Ausstellungen oder Sammlungen. 
Orbiculit von Kuohenmaa/Kangasala. Sammlung der GTK, Espoo, Finnland. Polierter Schnitt.

 
Kugelmonzonit Kangasala

Zur Klassifizierung:
In der Literatur zu Kugelgesteinen findet man gelegentlich verblüffend unterschiedliche Angaben zur Zusammensetzung ein und desselben Gesteins. Bei Orbiculiten ist es offensichtlich nicht einfach zu entscheiden, zu welcher Gesteinssorte man den Kandidaten zuordnet.

Der Grund liegt in den ausgesprochen großen Gefügebestandteilen.
Ein Dünnschliff repräsentiert immer nur einen winzigen Teil des gesamten Gesteins. Je nach dem, ob man den Orbiculkern, die Schalen oder die Zwischenmasse untersucht, erhält man verschiedene Ergebnisse. Einigermaßen verläßlich sind nur chemische Untersuchungen, bei denen ziemlich große Mengen Gestein zermahlen und analysiert werden müssen, um eine durchschnittliche Zusammensetzung zu ermitteln. Solche Methoden sind aufwendig und teuer und daher nicht immer verfügbar.
 
Kugelgesteine finden?

Orbiculite sind seltener als ein Hauptgewinn im Lotto.
Trotzdem werden hin und wieder Kugelgesteine auch bei uns
im Geschiebe gefunden.
Das unten abgebildete Stück ist so ein Glücksfall.
    
Kugelgestein aus dem Geschiebe in Deutschland
   
Dieser Orbiculit wurde 1984 von Frau Polewka in der Nähe von Buxtehude (Niedersachsen)
in einer Kiesgrube gefunden. (Die Münze ist ein Groschen und hat einen Durchmesser von 21 mm.
Das Foto stammt von Herrn Polewka.)

Aus sicherer Quelle weiß ich, daß in der Lüneburger Heide noch mindestens ein sehr großes Orbiculitgeschiebe liegt. Die Lage des metergroßen Steins ist leider nicht dokumentiert worden und so wurde er trotz Nachsuche nicht wiedergefunden.
Die Orbicule in diesem Stein sollen nicht sehr groß sein (nur einige Zentimeter) und sie sollen auf einer Seite des Steins dichter liegen als auf der anderen. Es könnte sich also um ein Randstück eines Orbiculitvorkommens handeln.
Das Geschiebe liegt zusammen mit anderen Steinen an einem Weg irgendwo südwestlich von Lüneburg, ganz grob in der Gegend von Amelinghausen - Wettenbostel. Wenn Sie ihn finden, notieren Sie bitte unbedingt den Anfahrtsweg und melden Sie sich. Beim Geologischen Landesamt in Hannover (Stilleweg 1), im Mineralogischen Institut der Uni Hamburg oder bei mir, Matthias Bräunlich, Hamburg (Adresse im Impressum).
Mitnehmen können Sie ihn wegen des Gewichts ohnehin nicht und bevor Sie die Oberfläche mit einem Hammer ruinieren, wäre es schön, ein paar Fotos zu machen.
Wenn Sie jetzt eine attraktive Auswahl von Kugelgesteinen sehen möchten, rufen Sie die nächste Seite auf.

Verwechselungen:
Die Kugelgesteine, um die es hier geht, lassen sich bei genauer Betrachtung leicht von anderen, ähnlich aussehenden Bildungen unterscheiden.
 
Orbiculite werden gern mit Rapakiwis in eins gesetzt. Das ist falsch.
Die Merkmale, an denen sich beide Gesteinsgruppen unterscheiden lassen, habe ich auf einer separaten Seite (Vergleich von Rapakiwis und Orbiculiten) zusammengestellt.
  
Gelegentlich findet man angewitterte Gesteine, bei denen sich die äußere Kruste schalig ablöst. Auch dieses Phänomen hat mit den Kugelgesteinen nichts zu tun hat. Ein Beispiel sehen Sie unterhalb.
Diese kugelschalige Verwitterung ist oft bei dunklen Gesteinen aus der Basaltgruppe zu finden, kommt aber auch bei anderen Gesteinen vor.
 (Teneriffa, Straßenaufschluß an der TF-24 südwestlich von San Cristobal de la Laguna)
    
 
  Bildbreite etwa 1m

  Die gleiche Stelle aus größerer Entfernung:
 


Weitere Bezeichnungen für Kugelgesteine:
    
Ein anderer Name, der für diese Gesteine verwendet wird, ist "Orbicularit".
Im Englischen heißt ein Kugelgestein "orbicular rock".
Im Schwedischen trägt es die Vorsilbe "Klot", so daß ein Kugelgranit als "Klotgranit" bezeichnet wird.
Auf finnisch heißt ein Kugelgestein allgemein "Pallokivi". Genauere Gesteinsbezeichnungen werden ebenso wie bei uns angehängt.  "Pallograniitti" ist dann analog der Kugelgranit.

 Anmerkung zu den Begriffen:
1.) Zusätzlich zu „Kern“ und „Schale“ - im Englischen „core“ und „shell“-  wird gelegentlich noch ein dritter Begriff - “nucleus“ - verwendet. Damit werden Fremdgesteinseinschlüsse oder Kristalle bezeichnet, die als Kristallisationskeim für das Orbicul dienten. Ein "Nucleus" kann innerhalb eines Kerns liegen oder auch mehr oder weniger direkt mit Schalen umwachsen sein.
  
2.) Es gibt Hinweise, daß die Abgrenzung von "Kern" und "Schale" bei einigen Autoren unterschiedlich gehandhabt wird. An manchen Literaturstellen bezieht sich „Kern“ auf den radialstrahlig gezeichneten Teil eines Orbiculs. Die Schalen beginnen dann mit dem sichtbar konzentrisch gezeichneten Teil.
Andere Autoren (z. B. H. P. Meyer) lassen die Schalen am Übergang vom regellosen Kernbereich zum geordneten, radialstrahlig gewachsenen Teil des Orbiculs beginnen. Hier basiert die Zuordnung auf dem Dünnschliff, während sich die erste Gliederung auf die makroskopisch sichtbare Zeichnung bezieht. Letzteres kann allerdings leicht täuschen. Siehe dazu auch die Bilder beim Ruskiavuor-Granit.
Für die Beschreibung der Gesteine oder die Zuordnung zu den Orbiculite sind solche Unterschiede in der Festlegung sekundär. Weder wird das Vorhandensein der typischen Gefügeelemente davon berührt, noch die Erkennbarkeit von Kugelgesteinen überhaupt.

Literatur:
Folgende Literatur (bzw. Internetseite) habe ich benutzt und kann ich empfehlen:
- Lahti, Seppo, I.(ed.) 2005: Orbicular rocks in Finland, With contributions by Paula Raivio and Ilkka Laitakari. Geological Survey of Finland. 177 pages, 195 figures and 16 tables.
 
(Das Buch ist sehr zu empfehlen und kann direkt in Finnland bestellt werden.
Öffnen Sie auf der dortigen Seite den Link "Order Form" (das Bestellformular)
drucken Sie dies aus und schicken Sie es ausgefüllt zurück zur GTK.)
book orbicular rocks inFinland by LAHTI

- Hans-Peter Meyer: Zur Petrologie von Orbiculiten. Dissertation, Karlsruhe 1989
(Ausführliche Beschreibungen der Orbiculite von Esboo, Virvik, Kangasala, Kuru, Großgerungs, Romsaas und Sokli. Detaillierte Einzeluntersuchungen und ausführliche Darlegungen zu verschiedenen Modellen der Genese  - und das alles auf deutsch!)

- Hans-Peter Meyer im Internet: Orbiculite - Faszinierende granitoide Gesteine

- Anders Lindh - Helena Näsström: Crystallization of orbicular rocks exemplified by the Slättemossa occurrence, southeastern Sweden
(Geol. Mag. 143 (5), 2006, pp. 713–722. © 2006 Cambridge University Press)