Das Nordsächsische Becken

Supervulkane in Sachsen

Die Vulkanite im Nordsächsischen Becken haben ein gigantisches Ausmaß: Sie nehmen eine Fläche von 2000 Quadratkilometern ein, was ca. 10 Prozent der Fläche Sachsens entspricht, und die vulkanischen Ablagerungen erreichen eine Mächtigkeit von über 700 Metern. Damit ist dieser riesige Vulkanitkomplex mit heutigen Supervulkanen vergleichbar, wie z.B. dem Snake River Vulkan in Nordamerika. 

Das Nordsächsische Becken bildete sich an der Grenze von Oberkarbon zu Unterperm und war ca. 10 Millionen Jahre tätig (Hoffmann et al. 2013). Es wird zur europäischen Extensionsprovinz gezählt, die zahlreiche vulkanische Zentren enthält. Das Nordsächsische Becken beherbergt zwei Haupt-Vulkansysteme: den Rochlitz- und den Wurzen-Supervulkan. Die Vulkanbauten bilden die Struktur von zwei geschachtelten vulkanischen Calderen, die einander teilweise überlappen. Zwischen beiden vulkanischen Ereignissen wurden sedimentäre Gesteine abgelagert. 

Da die Vulkanbauten seit dem Ende ihrer Aktivität erodiert wurden, finden wir heute gut erhaltene Relikte der Calderen dieser Vulkane. Ihre massigen Füllungen wurden in der gesamten Region als Baustein genutzt und sind auch in historischen Bauwerken wie dem Kloster von Wechselburg, dem Völkerschlachtdenkmal in Leipzig und dem Grunewaldturm in Berlin zu finden.

Einen modernen Überblick über den Aufbau des Nordsächsischen Beckens liefern Walter (2006) und Hübner et al. (2020).

Die früh-vulkanische Phase

Die ältesten Gesteine im Nordsächsischen Becken werden in der geologischen Literatur als Kohren-Formation bezeichnet. Sie umfassen siliziklastische Sedimente, die aus Konglomerat-, Sand- und Siltsteinabfolgen gebildet werden. Untergeordnet treten See- und Sumpfsedimente auf (Engert 1954). 

Erste Vulkanitabfolgen, die in die Sedimente eingeschaltet sind, deuten einen basischen und intermediären Vulkanismus an (Andesitoide nach Gläßer 1983). Im oberen Bereich der Sedimentabfolge treten die ersten sauren pyroklastischen Horizonte auf, z. B. der Seifersdorf-Tuff (Gläser 1977) und der Wendishain-Ignimbrit (Richter et al. 2013). Eine radiometrische Datierung eines dieser pyroklastischen Horizonte ergab ein Alter von 298 Millionen Jahren (Hoffmann et al. 2013).

Diese Vulkanite bilden vermutlich die Vorläufer des Rochlitzer Supervulkans (Hübner et al. 2016). Wissenschaftler gehen davon aus, dass die frühvulkanische Phase wichtig für die Entwicklung großer Vulkanit-Komplexe ist, weil dabei die Erdkruste bereits aufgeheizt wird, sodass sie duktil verformbar ist, und sich dadurch große langlebige Magmenkammern bilden können (de Silva und Gregg 2014).

Vor ca. 294 Millionen Jahren (Hoffmann et al. 2013) kam es zu einer gewaltigen vulkanischen Eruption, bei der die Gesteine der Rochlitz-Formation gefördert wurden (Eigenfeld 1978). Geochemisch werden die Gesteine als Rhyolithe oder Trachydazite klassifiziert (Hübner et al. 2020). Genetisch gesehen handelt es sich um Ignimbrite. Das sind Vulkanite, die in einer Glutwolke gefördert werden. Der Rochlitz-Ignimbrit ist durch einen hohen Anteil an Fiamme (verschweißte Bimssteinpartikel) charakterisiert. Diese weisen linsenförmige Strukturen von Milli- bis Zentimetergröße auf. Sie sind in dem rötlichen Gestein durch ihre bräunliche bis violette Färbung zu erkennen und geben dem Gestein seine typische Maserung.

Während des Ausbruchs brach das Dach der Magmenkammer ein, und es entstand eine riesige Caldera Benek (1995). Sie hat eine Ost-West-Erstreckung von 54 Kilometern. Ihre Nord-Süd-Erstreckung ist unklar, da sie im Norden von jüngeren Ablagerungen verdeckt ist. Bohrungen weisen eine Mächtigkeit der Ignimbrite von mindestens 400 Metern nach, wobei von keiner Bohrung der komplette Vulkanit durchteuft wurde, sodass eine größere Mächtigkeit anzunehmen ist. Für die Rochlitz-Caldera wurde ein Vulkanexplosivitätsindex (VEI) von 8 ermittelt, deshalb wird die Eruption der Gesteine als supervulkanisches Ereignis eingestuft (Newhall and Self 1982). 

Nach der Supereruption des Rochlitz-Vulkans folgten mindestens 4 Millionen Jahre Ruhezeit, in welcher nur kleine Vulkanzentren und Thermalquellen aktiv waren. In dieser Zeit wurden 50 bis 250 Meter mächitge klastische Sedimente, vor allem Konglomerat, Sandstein und Siltstein, abgelagert. Diese Gesteine werden als Oschatz-Formation bezeichnet und als alluviale Schuttfächer interpretiert, welche Abtragungsprodukte des variszischen Gebirges und der Vulkanbauten enthalten (Walter 2006). In topographischen Tieflagen bildeten sich Seen. Besonders berühmt ist der versteinerte See von Börtewitz mit seinen zahlreichen Fossilien. 

Vor 290 Millionen Jahren (Hoffmann et al. 2013) bildete sich die zweite Ignimbrit-Decke im Nordsächsischen Becken. Sie wird als Wurzen-Formation bezeichnet. Sie umfasst Trachydazite und Rhyolithe (Hübner et al. 2020). Charakteristisch für diese Vulkanite ist, dass sie sehr homogen aufgebaut sind. Solche Gesteine werden als monotonous rhyolites bezeichnet, da sich der Kristallgehalt vom Liegenden zum Hangenden nicht verändert. Sie sind das Resultat einer einzigen Eruption und mehrere hundert Meter mächtig.

Bei der Glutwolkeneruption brach wieder eine Caldera ein, was an der Form der Gesteinsverbreitung des Wurzen-Ignimbrits gut zu erkennen ist (Benek 1995). Die Wurzen-Caldera nimmt eine Fläche von 30 x 25 Kilometern ein. Der Ignimbrit erreicht eine Mächtigkeit von mindestens 700 Metern (Röllig 1969, Repstock et al. 2018). Das entspricht einem Vulkanexplosivitätsindex (VEI) von 8. Somit handelt es sich auch bei der Wurzen-Caldera um einen Supervulkan. 

In die Ignimbrite beider Vulkansysteme drangen subvulkanische Gesteine ein. Darunter versteht man Gesteine, die sich bilden, wenn ein Magma nahe der Erdoberfläche auskristallisiert ohne an diese auszutreten. Die Grundmasse dieser Gesteine ist meist durch Korngrößen von 1 – 3 Millimetern charakterisiert (Vinx 2015), weshalb sie mit der Vorsilbe »Mikro« und dem plutonischen Gesteinsbegriff benamt werden (Le Maitre et al. 2002). Sind in der feine Grundmasse grobe Einsprenglinge vorhanden, werden die subvulkanischen Gesteine als Porphyre bezeichnet. Im Nordsächsischen Becken findet man Mikrogranit bzw. Granitporphyr und Mikrosyenit bzw. Syenitporphyr.

Nach dem Ende der vulkanischen Aktivität wurden die vulkanischen Gesteine so weit erodiert, dass heute die Wurzen-Formation nur noch innerhalb der Caldera erhalten ist. Die vulkanischen Gesteine wurden mit mesozoischen und känozoischen Sedimenten überdeckt.