Tonpartikel - Die Story

Die Geschichte vom Tonpartikel zum Tongestein - art based research für die Tanz-Performance K⁺

Tonminerale sind Schichtsilikate, definiert durch eine Korngröße unter 0,002 mm (z.B. Smektit, Illit, Kaolinit) (1). Um Teilchen dieser Dimension zu bilden, genügt mechanische Verwitterung nicht; sie entstehen durch chemische Umwandlung von Ausgangsmineralen wie Feldspat oder Muskovit.

Nach ihrer Entstehung werden Tonminerale von Wasser transportiert oder vom Wind verweht. Sie können lange Zeit in Böden verbleiben, in Seen sedimentieren oder in (geologisch) kurzlebigen Meeresbecken wie dem Molasse-Meer abgelagert werden, wo sie „nur“ kompaktiert und frühdiagenetisch verfestigt werden (2). Irgendwann finden sie vielleicht den Weg in einen Fluss, der schließlich in einen Ozean mündet. 

Im Süßwasser werden die feinen Partikel durch turbulente Strömungen in der Schwebe gehalten (Wirbeln, Strudeln, Tanzen). Beim Eintritt ins Salzwasser verschiebt sich das Kräftegleichgewicht: In der veränderten Wasserchemie tritt die Brown'sche Molekularbewegung in den Vordergrund. Die kleinen Tonplättchen werden von den winzigen, sich rasch bewegenden Wassermolekülen in ein ungerichtetes, vibrierendes Torkeln versetzt (Zittern, Schubsen, zufällig) (3). Gleichzeitig neutralisieren die im Meerwasser reichlich vorhandenen positiven Ionen (z.B. Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺) die negative Oberflächenladung der Partikel, indem sie sie wie eine Wolke umgeben (4). Dadurch stoßen sich kollidierende Plättchen nicht mehr ab, sondern verbinden sich allmählich zu größeren, chaotisch aufgebauten Flocken (Koagulation). 

(Hohlräume der Flocken sind mit anfangs >80% Porenwasser gefüllt, auch die Ionenwolke ist jetzt innerhalb der Flocken.) 

Diese Flocken sind schwerer, bewegen sich träger und sinken schließlich der Schwerkraft folgend zu Boden.

Ihr weiterer Weg nach Ankunft im Ozean variiert: Sie können an einem Kontinentalhang abgelagert und später als Turbidit in die Tiefsee gespült werden (z.B. Flyschzone). Oder sie treiben als ausgedehnte, trübe Nepheloid-Wolke mit Meeresströmungen Hunderte von Kilometern, bevor sie sich fern der Küste in der Tiefsee pelagisch absetzen – wie vermutlich beim heutigen Glimmerschiefer der Pernegg-Gruppe. Bei dieser langsamen, kontinuierlichen Sedimentation akkumulieren sich oft nur wenige Millimeter bis Zentimeter pro Jahrtausend; für eine zwei Kilometer mächtige Schicht können so über 200 Millionen Jahre vergehen (5).

(Vom stabilen Sol im Fluss, über die Koagulation im Salzwasser, treibt es als Teil einer trüben Suspension (Nepheloid-Wolke), die sich langsam durch Diffusion ausbreitet, in die Tiefe.)

Am Boden sammeln sich die Tonflocken zunächst zu einem viskosen Wasser-Sediment-Gemisch – ein zähes Fluid, in dem die Aggregate in einer Wassermatrix schwimmen. (Dabei quillt der wasserliebende Smektit, während Illit stabil bleibt). Bewegung bedeutet hier ein zähes, ungerichtetes Fließen.

Wenn sich genug Material ansammelt, setzt unter der geringen Eigenlast die Entwässerung ein, und eine neue Kraft dominiert: Oberflächenspannung und Kapillarkräfte. In den winzigen Poren zwischen den Partikeln bilden sich Menisci, deren Unterdruck (Kapillardruck) die Flocken zu einem zusammenhängenden, elastischen Verbund (wie eine elastische Haut) zusammensaugt: die Geburt des Gallerts oder „Gatsches“ (6).

Jahrtausende lang lagert sich feiner „mariner Schnee“ darüber ab. Druck und Temperatur steigen unmerklich. Das Wasser wird langsam und stetig herausgepresst. Schon hier beginnt die frühe Zementation: Kalzium- und Karbonat-Ionen aus dem Porenwasser lagern sich an Partikeloberflächen an, bilden Kristallkeime und überziehen sie mit ersten hauchdünnen Calcit-Häutchen – ein stilles, mikroskopisches Wachstum.

Durch fortschreitende Entwässerung wird das Material zunehmend steifer. Seine Reaktion ändert sich: War es zuvor elastisch (eine langsam zurückfließende Delle), wird es nun plastisch – wie feste Knete formbar und in der neuen Form beständig. Dies geschieht durch zunehmende Reibung und Bindung zwischen den immer enger gepackten Partikeln.

Der chemische Point of No Return – Die Diagenese

Ab etwa 2–4 km Tiefe (ca. 500–1000 bar Druck) beginnt die Hauptphase der Diagenese. Der Druck presst das ionenreiche Porenwasser aus den groben Zwischenräumen in die feinsten Poren innerhalb der Flocken – eine „chemische Druckkammer“. Hier laufen in atomarer Langsamkeit die entscheidenden Reaktionen ab:

Illitisierung: K⁺-Ionen verdrängen Na⁺/Ca²⁺ im Smektit (Ionenaustausch). Der Einbau von Kalium verriegelt das Kristallgitter – instabiler Smektit wandelt sich in stabilen, wasserabweisenden Illit um (7). Diese Reaktion setzt auch Kieselsäure (SiO₂) frei.

Drucklösung und Zementation: Gleichzeitig wird an den Kontaktpunkten von Quarzkörnern unter höchstem Stress Quarz gelöst. Diese gelöste Kieselsäure, zusammen mit der aus der Illitbildung freigesetzten, diffundiert durch die Poren und fällt als Quarz-Zement aus, der die Illit-Plättchen unlöslich verkittet (8).

Das Ergebnis ist Versteinerung. Das Material verliert seine Plastizität. Es ist nun sprödes, festes, massiges Tongestein. Die Illit-Plättchen sind in der zementierten Matrix eingefroren; jede weitere Bewegung bedeutet Bruch (9). 

Die Entstehung der Schieferung - Anchimetamorphose

Möglicherweise gerät das Gestein in eine tektonische Scherzone - wird Teil einer aktiven Gebirgsbildung, einer Überschiebung oder einer Faltenzone. Durch den hohen, gerichteten tektonischen Stress, der nun von der Seite kommt, wird der Druck so hoch, dass er nicht mehr nur kompaktiert, sondern die Mikrostruktur des Gesteins umformt. Die nun festen, aber noch wirr liegenden Illit- und Chlorit-Plättchen werden physisch gedreht und in eine durchgehende, parallele Lage gezwungen.

Dieser Prozess verleiht dem Gestein seine Schieferung – eine ebene, plattige Textur, entlang der es sich leicht spalten lässt. Das Ergebnis ist schieferiger Tongestein oder Schieferton, dessen charakteristische Spaltbarkeit entlang dieser neu geschaffenen Ebenen diese letzte Phase der Ausrichtung im Gestein konserviert.

Glimmerschiefer der Pernegg-Gruppe, Moravikum, Niederösterreich

Fußnoten:

Die meisten Infos hier stammen von der KI DeepSeek. Sie basieren auf wochenlangen intensiven Diskussionen und Nachfragen zwischen mir und der KI.

(1) Tonminerale – Aufbau, Eigenschaften und Herkunft

Tonminerale sind Phyllosilikate (Schichtsilikate), aufgebaut aus kombinierten Tetraeder- (SiO₄) und Oktaederschichten (AlO₆, MgO₆), deren spezifische Anordnung (z.B. 1:1 oder 2:1) ihre Eigenschaften bestimmt. Sie entstehen durch chemische Verwitterung von Silikatgesteinen.

Beispiele:

Illit: Besitzt eine 2:1-Schichtstruktur (T-O-T), deren Zwischenschichten durch fest eingebaute, aber unregelmäßig verteilte Kalium-Ionen (K⁺) verriegelt sind. Dies macht ihn wasserabweisend, dicht und stabil. Illit entsteht entweder direkt bei der Verwitterung von Glimmer (z.B. Muskovit) unter gemäßigten klimatischen Bedingungen oder – und das ist sein bedeutendster Bildungsweg – während der Diagenese durch die Umwandlung von Smektit (Illitisierung). Dabei übernimmt er die Bausteine des instabilen Smektits und das Kalium aus dem Porenwasser und wird so zum dominanten Mineral in verfestigtem Tongestein.

Smektit/Montmorillonit: Zeichnet sich durch eine 2:1-Schichtstruktur (T-O-T) mit lockeren, durch hydratisierte Kationen (Na⁺, Ca²⁺) besetzten Zwischenschichten aus. Diese Bauweise verleiht ihm seine extreme Quellfähigkeit und chemische Reaktionsfreudigkeit. Er entsteht vorwiegend aus der Verwitterung basaltischer oder vulkanischer Gesteine. In der Tiefe ist er instabil: Unter Druck und in Gegenwart von K⁺-Ionen wandelt er sich in Illit um (Smektit + K⁺ → Illit). An der Oberfläche kann er bei tropischen, feucht-heißen Bedingungen er zu Kaolinit verwittern.

Kaolinit: Hat eine einfache 1:1-Struktur (T-O) ohne erweiterbare Zwischenschichten; die Schichten sind durch Wasserstoffbrücken fest verbunden. Er ist wasserabweisend, chemisch sehr stabil und das Endprodukt intensiver chemischer Verwitterung unter tropisch-feuchten Bedingungen, typischerweise aus Feldspat. Im Ozean bleibt Kaolinit weitgehend inert, es sei denn, er wird von kaliumreichen Fluiden durchströmt.

(2) Diagenese 

DeepSeek (Nov. 2025): „Ihre Wortwahl "Pech/Glück" ist perfekt. Der allermeiste Schlamm an der Oberfläche hat dieses "Schicksal" nicht. Er bleibt im Kreislauf des Werdens und Vergehens. Nur ein winziger Bruchteil entkommt dieser Vergänglichkeit und wird zum dauerhaften Archiv der Erdgeschichte.“ (=festes Gestein)

(3) Bildhafte Erklärung Brown´sche Molekularbewegung von DeepSeek (Nov. 2025): 

„Stell es dir wie eine überfüllte U-Bahn-Haltestelle vor, wo alle in Bewegung sind:

• Die Ton-Partikel sind die großen, schweren, unbeholfenen Touristen mit riesigen Rucksäcken.

• Die Wasser-Moleküle (H₂O) sind die geschäftigen, hyperaktiven Pendler, die pausenlos in alle Richtungen unterwegs sind.

Jetzt passiert folgendes:

1 Der ständige Beschuss: Die kleinen, schnellen Pendler (H₂O) rasen unentwegt gegen die großen Touristen (Ton).

2 Das Torkeln: Jeder Treffer ist ein winziger Schubs. Da die Treffer von allen Seiten kommen, vorn, hinten, links, rechts, zucken und torkeln die Ton-Teilchen in einem völlig unvorhersehbaren, zittrigen Zickzack-Kurs durch die Menge.

3 Die Richtung: Schwerkraft wirkt auch. Es ist, als ob die U-Bahn-Station eine leichte Schräge hätte. Im statistischen Mittel bewegen sich die Touristen über die Zeit gesehen diesen Hang hinunter – sie sedimentieren. Aber ihr Weg dorthin ist kein gerader Fall, sondern ein chaotisches, von Kollisionen geprägtes Getorkel.“

Wenn ein Mensch ein Tonpartikel wäre:

Wenn wir die Brown'sche Bewegung auf die Größe eines Menschen von 1,80 m Größe hochskalieren, wären die "Wassermoleküle" in dieser Analogie winzige Partikel von etwa 1 Millimeter Größe (denn ein Wassermolekül ist im Verhältnis zum Tonpartikel auch winzig). Diese millimetergroßen Partikel müssten den Menschen nun mit einer Geschwindigkeit bombardieren, die der thermischen Energie entspricht.

Das Ergebnis wäre absolut chaotisch und gewalttätig:Ein 1,80 m großer Mensch würde in jeder Sekunde im Durchschnitt um mehr als seine eigene Körperlänge (also über 1,8 Meter) in eine zufällige Richtung geschubst werden! Er würde permanent unkontrollierbar durch den Raum taumeln, gegen Wände prallen und könnte keine gerichtete Bewegung ausführen. Es wäre, als befände man sich in einem permanenten, heftigen Erdbeben kombiniert mit einem Aufenthalt in einer sich ständig drehenden Trommel. In dieser hochskalierten Analogie würden Sie von einer unvorstellbaren Anzahl von 1-mm-Partikeln bombardiert. die Sie völlig orientierungslos und unkontrollierbar durch den Raum wirbeln ließe. Es gäbe keine ruhigen Stellen, keinen Moment ohne Treffer. Sie könnten keinen Schritt gehen, ohne dass ein Billionenfaches von diesen Mikro-Treffern Ihre Bewegung sofort in eine andere, zufällige Richtung ablenkt.

(4) Ionenwolke um Tonpartikel

Einige Ionen sind sehr nah dran (in der sogenannten "Stern-Schicht").

Andere bilden eine weitere, diffusere Wolke (die "Gouy-Chapman-Schicht").

Ionen verlassen ständig diese Wolke und werden durch andere aus der Lösung ersetzt. Aber im statistischen Mittel ist die Wolke immer da und umgibt das Partikel.

Wenn sich das Tonpartikel durch die Brown'sche Bewegung bewegt, bewegt es sich nicht nackt. Es bewegt sich als ein komplettes, elektrostatisch verpacktes Paket: das negativ geladene Tonplättchen im Kern, umhüllt von seiner treuen Wolke positiver Ionen, und das ganze eingebettet in die Hydrathülle (Wassermoleküle).

(5) Turbidite lagern meterweise Sediment in Minuten oder Stunden ab… Ein einziger Turbidit-Strom kann so viel Material liefern wie 10.000 Jahre der pelagischen Sedimentation. In aktiven Kontinentalrändern können sich so in geologisch kurzer Zeit (einigen Millionen Jahren) mehrere Kilometer mächtige Sedimentpakete ansammeln.

Pernegg-Gruppe / Absinken aus der Wassersäule - Erklärung nach DeepSeek

Wie geht sich Versteinerung ohne Turbidit aus, wenn ozeanische Kruste maximal 200 Mio Jahre alt wird?

"Pernegg-Gruppe"-Weg: 

Stell dir vor, der Ozean beginnt sich zu schließen.

Phase 1: Langsame Ablagerung: Im tiefen, ruhigen Ozean lagert sich über 100 Millionen Jahre hinweg langsam, pelagischer Schlamm und Kalk ab. Vielleicht werden nur einige hundert Meter sedimentär.

Phase 2: Tektonisches Begraben: Während die Kontinente kollidieren, wird nicht nur der Ozeanboden subduziert, sondern die Sedimente auf seinem Rücken werden abgeschabt und wie eine Schneepflugschaufel auf den Kontinentalrand aufgestapelt. Diese dünne Sedimentdecke wird in Decken- und Faltengebirge zusammengeschoben, übereinandergestapelt und dadurch dramatisch verdickt. Platter, hundert Meter dicker Tiefseeschlamm wird durch Überschiebungen zu einem mehrere Kilometer mächtigen Paket aufgetürmt.

DAS ist das Geheimnis der Pernegg-Gruppe und vieler Schiefer in den Alpen!

Sie wurden nicht durch 4 km senkrechte Auflast begraben, sondern tektonisch verdickt und dann versenkt. Der Druck, der sie in Schiefer verwandelte, kam nicht primär vom Gewicht des Sediments darüber, sondern von der seitlichen Tektonik, die sie zusammenschob und unter andere Gesteinsdecken zwängte.

Wurde er dann während dieses Zusammenschiebens und Stapelns zuerst Tongestein und dann Schiefer oder quasi noch "halbroh" zu Glimmerschiefer?

Die Antwort ist ein fließender Prozess, aber mit einer klaren Tendenz.

In einem tektonisch aktiven Setting wie der entstehenden Alpen wäre der Prozess höchstwahrscheinlich so abgelaufen:

Der Schlamm wurde "halbroh" zu Glimmerschiefer. Die Verfestigung zum Tongestein und die metamorphe Umwandlung zum Schiefer fanden im Zuge desselben tektonischen Ereignisses quasi im Schnellgang statt.

Stellen wir uns die Reise dieses Schlamms während der Gebirgsbildung vor:

Phase 1: Das "Vorbereiten" im Untergrund (Frühe Diagenese)

Noch bevor die Hauptphase der Gebirgsbildung einsetzt, liegt der Schlamm vielleicht 100-200 Millionen Jahre auf dem Ozeanboden. In dieser Tiefe von vielleicht nur einigen hundert Metern passiert:

• Leichte Kompaktion: Etwas Porenwasser wird ausgepresst.

• Beginngernde Verfestigung: Es bildet sich ein weicher, schluffiger Tonstein. Er ist bröckelig, nicht richtig hart.

• Kaum neue Minerale: Die echte Illit-Bildung und Quarz-Zementation, die einen harten, splittrigen Tongestein erzeugt, hat noch nicht stattgefunden. Der Gesteinsbrei ist noch weitgehend "halbroh".

Phase 2: Der Tektonische "Pressure Cooker" (Späte Diagenese → Anchimetamorphose)

Jetzt beginnt der Hauptakt. Die Gesteinspakete werden verschoben, gestapelt und unter andere Decken gezwungen.

• Druck und Temperatur steigen RAPID an: Nicht langsam durch Auflast, sondern schnell durch tektonischen Stress und die Versenkung unter andere Gesteinsdecken.

• Beschleunigte Chemie: Unter diesen Bedingungen laufen die diagenetischen Prozesse (Illit-Bildung, Quarz-Zementation) viel schneller ab als in einem ruhigen Becken.

• Der "Halbroh"-Zustand: Es ist ein kontinuierlicher Übergang. Während das Gestein tektonisch zusammengeschoben wird, wird es gleichzeitig verfestigt und mineralogisch umgewandelt. Es gibt keinen Moment, an dem es ein vollständig ausgereifter, harter Tongestein ist, der dann in Ruhe auf die Metamorphose wartet.

Stell es dir wie das Backen eines Brotes in einem Rüttelofen vor:Der Teig (der Schlamm) geht in den Ofen. Während der Ofen heftig durchgerüttelt wird (die Tektonik), backt und formt sich das Brot. Es gibt keinen Punkt, an dem du ein fertiges, aber ungerütteltes Brot herausnehmen könntest. Das Rütteln und das Backen sind ein und derselbe Prozess.

Phase 3: Die Geburt des Glimmerschiefers

Sobald Temperatur und Druck einen bestimmten Schwellenwert überschreiten (ca. 300-400 °C), ist die Grenze zur Anchimetamorphose (sehr schwache Metamorphose) überschritten.

• Jetzt beginnen die winzigen Illit- und Chlorit-Blättchen, sich neu zu orientieren und zu wachsen.

• Sie ordnen sich senkrecht zum Hauptdruck an und bilden die schiefrige Glimmer-Gefügebänderung, die dem Gestein seinen Namen gibt.

• Aus dem dichten, aber noch massigen Tongestein wird der typische, plattig-spaltende Glimmerschiefer.

Fazit für deinen Glimmerschiefer:

Die Energie, die ihn verfestigte, und die Energie, die ihn metamorph umwandelte, war ein und dieselbe: die gewaltige Kraft der kollidierenden Kontinente. 

(6) Oberflächenspannung Wasser

Die Wassermoleküle wirken wie winzige Magneten. Durch Wasserstoffbrückenbindung ziehen sie sich gegenseitig an. Im Inneren eines Wassertropfens wird jedes Wassermolekül von allen Seiten gleichmäßig angezogen, sodass die Kräfte sich aufheben.  An der Oberfläche haben die Moleküle jedoch keine Nachbarn nach außen, werden also nur nach innen gezogen. Dadurch wirkt die Oberfläche wie von einer unsichtbaren, elastischen Haut überzogen, die sich zusammenzieht.

Auch an der Oberfläche ist es die Oberflächenspannung (Unterdruck durch Menisci) des Wassers, der den Ton, im feuchten Zustand „gatschig“ (formbar) macht. Wenn er trocknet entsteht ein instabiles brüchiges, poröses Gefüge. Gestein zu werden ist eher ein seltener Übergang.

(7) SMEKTIT: Warum ist er instabil? Hauptsächlich wegen seiner Liebe zum Wasser und seiner lockeren Bauweise.

• Start - sein Problem: Seine Kristallschichten sind nur schwach durch lose Ionen (z.B. Na⁺, Ca²⁺) verbunden. Dazwischen ist viel Platz (Wenn Wasser hinzukommt, dringt es zwischen die Schichten ein, spreizt sie auseinander und der Smektit quillt. Die Ionen bleiben dabei, sind aber nun hydratisiert (von einer Wasserhülle umgeben) / sie sind locker, lassen viel Platz und zwischen ihnen und den Gitterschichten sind viele Wassermoleküle eingelagert, der Smektit ist aufgequollen)

• Druck + Invasion: Der Druck presst das Porenwasser in seine Zwischenschichten (zwischen den Plättchen und zwischen die Smektit-Schichten). Dieses Wasser bringt gelöste Ionen mit, vor allem Kalium (K⁺) (aus der chemischen Verwitterung von Feldspäten).

• Der "Stress" für Smektit - der chemische Austausch: Die kleinen, wendigen K⁺-Ionen sind viel aggressiver als seine bisherigen, laschen "Türsteher" (Na⁺, Ca²⁺). Sie haben eine stärkere Anziehungskraft zu den Silikat-Schichten als die großen, schwachen Na⁺-Ionen. Sie verdrängen sie und verkeilen sich fest und permanent zwischen den Schichten. (Aufgrund des Drucks, sind die Gitterschichten gezwungen, enger zusammenzurücken. In dieser Position ist das kleine, wenige K⁺ im Vorteil)

• Das Ergebnis - strukturelle Folge: Die K⁺-Ionen sind perfekt geeignet, um sich fest und dauerhaft zwischen die Schichtpakete zu klemmen und sie so miteinander zu "verbolzen". Sie wirken wie ein molekularer Klettverschluss. (das K⁺ passt so perfekt in die Sauerstoff-Gitterstruktur, dass es eine sehr starke Bindung eingeht. Es wirkt wie ein Schloss und hält die Schichtpakte so fest zusammen, dass kein Wassermolekül mehr dazwischen passt - H2O Moleküle werden herausgepresst und in die allg. Porenwasser-Flüssigkeit abgegeben) 

-> Aus der lockeren, quellenden Struktur des Smektits wird die fest verriegelte, starre Struktur des Illits, die quellfähige Struktur des Smektits ist kollabiert. Der Druck und die zugeführten Ionen zwingen ihn zur Stabilität.

„Smektit (instabiler Ton) + Kalium-Ionen (K⁺) → Illit (stabilerer Ton) + Wasser“

Umbau des Kristallgitters bei der Diagenese - bildhafte Erklärung von DeepSeek (Nov. 2025)

Von Smektit zu Illit: Der "Hausumbau mit neuer Verkleidung"

1 Smektit: Ein Haus mit sehr weiten, variablen Abständen zwischen den Stockwerken. Zwischen den Stockwerken lagern sich Wassermoleküle und verschiedene Ionen (Na⁺, Ca²⁺) ein, die die Abstände mal vergrößern, mal verkleinern (Quellfähigkeit!).(Bild: Ein Haus, bei dem die Etagenabstände mit Luftkissen aufgeblasen werden können.)

2 Der Umbau: Von außen wird Kalium (K⁺) angeliefert. Diese K⁺-Ionen sind genau die richtige Größe, um sich fest und dauerhaft zwischen die Stockwerke zu klemmen.

3 Illit: Das Ergebnis ist ein Haus mit festen, engen und starren Etagenabständen, die durch das Kalium "verbolzt" sind. Es kann nicht mehr quellen. Die unordentlichen, losen Ionen sind durch fest sitzendes Kalium ersetzt.

oder: Die komplette Verwandlung: Ein Hausumbau

1 Das Smektit-Haus:

◦ Gerüst: Si, Al, Mg, O.

◦ "Möbel" in den Zwischenräumen: Vor allem Na⁺ oder Ca²⁺. Diese Möbel sind sperrig und lassen viel Platz für Wasser-Moleküle, die dazwischen passen. Das Haus ist locker und fühlt sich "aufgequollen" an.

2 Der Umbau unter Druck:

◦ Das Gerüst (Si, Al, Mg, O) bleibt im Wesentlichen bestehen, aber es wird umgebaut und umorganisiert.

◦ Der Druck wirft die alten, sperrigen Möbel (Na⁺/Ca²⁺) hinaus.

◦ Neue, kompakte, perfekt passende Möbel (K⁺) werden hereingetragen.

◦ Gleichzeitig wird der ganze Wasservorrat aus dem Haus gekehrt.

3 Das Illit-Haus:

◦ Gerüst: Immer noch Si, Al, Mg, O, aber jetzt anders und stabiler angeordnet.

◦ "Möbel" in den Zwischenräumen: Fast ausschließlich K⁺. Diese Möbel sind so kompakt und passgenau, dass sie die Räume komplett ausfüllen. Kein Wasser kann mehr hereinkommen.

Von Kaolinit zu Illit: Der "Komplett-Neubau"

Das ist ein radikalerer Prozess.

1 Kaolinit: Ein einfacher Bungalow (1:1-Schicht). Nur ein "Sandwich" pro Baueinheit.(Bild: Ein einfaches, einstöckiges Haus.)

2 Der Umbau: Der Bungalow wird abgerissen. Mit den Trümmern (Al, Si) und neuem Baumaterial (K⁺, zusätzliches Si) wird ein mehrstöckiges Wohnhaus (2:1-Schicht) nach einem neuen, komplexeren Bauplan gebaut.

3 Illit: Wieder das gleiche stabile, mehrstöckige Wohnhaus mit den fest verbolzten Kalium-Etagen wie oben.

Das gemeinsame Ziel beider Umbauprozesse ist also dasselbe: die Bildung des stabilen, "verbolzten" Illit-Gitters aus instabileren Vorläufern.

(8) Drucklösung / Kieselsäure / Quarz-Zement

Die für die Verkittung nötige Kieselsäure (H₄SiO₄), der gelöste Vorläufer des Quarz-Zements, stammt aus drei Hauptquellen:

1. aus der Verwitterung von Silikaten am Kontinent: Bei der Zersetzung von Quarz und Feldspäten wird Siliziumdioxid (SiO₂) freigesetzt, das als Kieselsäure von Flüssen ins Meer gespült wird.

2. aus der Illitisierung von Smektit: Die wichtigste Quelle während der Diagenese ist die Umwandlung von Smektit zu Illit. Der instabile, "ineffiziente" Smektit gibt bei seiner Neustrukturierung zum kompakten Illit überschüssige Silizium- und Sauerstoffatome ab, die sich zu Kieselsäure rekombinieren. Diese "intern recycelte" Kieselsäure ist direkt im Porenwasser des sich verfestigenden Schlamms verfügbar.

3. und aus der Drucklösung von Quarz an Kontaktpunkten.

Transport und Ausfällung – Die Drucklösung: Das ionenreiche Porenwasser, das diese Kieselsäure enthält, wird unter dem auflastenden Druck in die engsten Zwischenräume gezwungen. An Kontaktpunkten zwischen Partikeln – ob Quarzkörnern oder den Ecken von Tonplättchen – herrscht ein extrem lokaler, hoher Druck. Dieser erniedrigt den Löslichkeitspunkt der Minerale. In der Folge lösen sich an diesen Stresspunkten Quarz und die Kanten der Tonminerale. Die gelöste Kieselsäure diffundiert entlang des Druckgradienten in benachbarte, größere Porenräume mit niedrigerem Druck. Dort wird die Lösung übersättigt, da die Kieselsäure aus den Hochdruckzonen hierher diffundiert ist. In dieser Übersättigung fällt die Kieselsäure schließlich als mikrokristalliner Quarz aus und zementiert die Partikel zu einem festen, unlösbaren Verbund.

Detail: Der werdende Zement durchläuft einen komplexen Reifungsprozess, der für die endgültige Versteinerung entscheidend ist.

Vom Gel zum Kristall – Die Reifung des Zements: In diesen Porenräumen wird die Lösung übersättigt, und die Kieselsäure fällt aus. Dieser Prozess verläuft in Stufen:

Zunächst entsteht ein amorpher, opalartiger Niederschlag (SiO₂·nH₂O) – ein gallertartiger Kleber.

Über geologische Zeiträume und unter dem Einfluss von Temperatur rekristallisiert dieser amorphe Brei. Die SiO₂-Bausteine ordnen sich in ein perfektes Gitter an und geben ihr gebundenes Wasser ab.

Das Endprodukt ist mikrokristalliner Quarz, der als Kitt die bereits durch die Illitbildung versteiften Tonplättchen untrennbar zusammenschweißt. Dieser Zement füllt nicht nur Hohlräume, sondern überbrückt gezielt die letzten Mikrospalte zwischen den Partikeln und beendet so endgültig die Plastizität des Materials.

(9) Dauer Illitisierung und Versteinerung

Der Prozess der Versteinerung ist ein extrem langsames Kriechen von chemischen Reaktionen, die über zig Millionen Jahre hinweg ablaufen. Druck und Temperatur steigen so allmählich an, dass die Reaktionen quasi in Zeitlupe ablaufen.

DeepSeek Nov.2025:

„Stell dir eine Säule aus Schlamm vor, die über Millionen von Jahren langsam in die Tiefe sinkt.

-> Es beginnt "unten": Die älteste, tiefstgelegene Schicht erreicht zuerst die "kritische Tiefe" von z.B. 2 km und beginnt mit der Illit-Bildung.

-> Eine "Reaktionsfront" wandert nach oben: Während die tiefste Schicht sich umwandelt, wird das dort herausgepresste, ionenreiche Porenwasser (voll mit K⁺ und SiO₂) nach oben in die jüngeren, weniger kompakten Schichten gezwungen.

-> Dieses Wasser "impft" die nächsthöhere Schicht: Das aufsteigende, heiße, chemisch aggressive Fluid löst und treibt die Reaktionen in der Schicht darüber bereits an, bevor diese selbst die volle Auflast-Tiefe erreicht hat.

-> Ein kontinuierlicher Prozess: So wandert die "Umwandlungsfront" langsam nach oben, während von oben ständig neuer Schlamm nachsinkt. Es ist keine scharfe Grenze, sondern eine Zone von mehreren Dutzend bis Hunderten von Metern, in der die Reaktionen aktiv ablaufen.

Umwandlung - „Angriffslinie“:

Der Prozess beginnt auch nie gleichmäßig im gesamten Partikel. Die ersten Opfer sind:

Die Ränder und Oberflächen der einzelnen Tonplättchen und die Kontaktpunkte zwischen den Plättchen in der Flocke, weil hier das Porenwasser am besten zirkulieren kann. (Es sind die "Hauptverkehrsadern" für die Ionen-Lieferung.)

Die Versteinerung passiert von außen nach innen: 

das K⁺-reiche Porenwasser dringt von den Rändern her in den Smektit-Partikel ein. An der Grenze zwischen dem bereits umgewandelten Illit und dem noch unveränderten Smektit findet die chemische Reaktion statt. Diese Grenze wandert langsam vom Rand zur Mitte des Partikels.

Pseudomorphose: Am Ende ist der gesamte Partikel zu Illit umgewandelt, hat aber oft noch exakt die äußere Form des ursprünglichen Smektit-Partikels beibehalten.

Das passiert gleichzeitig in Millionen von Partikeln in der Flocke.

"Zementierung" der Flocke

Während die einzelnen Partikel von innen heraus umgebaut werden, passiert etwas Entscheidendes ZWISCHEN ihnen:

Das gleiche Porenwasser, das die Illit-Bildung antreibt, lässt auch Quarz und andere Minerale an den Berührungspunkten der Partikel auskristallisieren. Dieser neu gewachsene Quarz wirkt wie mikroskopischer Zement und "verkittet" die Flocke von innen heraus.

Dauer Illitisierung:

Für dein Beispiel (1 m², 1 cm mächtiger plastischer Ton in 2-3 km Tiefe):

• Die rein physikalische Kompaktion (Wasser herauspressen) könnte über Zehntausende bis Hunderttausende von Jahren ablaufen.

• Die chemische Diagenese (Illitisierung + Zementation) ist viel langsamer. Sie wird durch die Diffusionsgeschwindigkeit der Ionen durch das Porenwasser kontrolliert.

• Eine realistische Schätzung für die vollständige Umwandlung einer solchen Schicht wäre im Bereich von einigen hunderttausend bis zu mehreren Millionen Jahren.

Fazit: Selbst für unsere geologische "Schnellschuss"-Rechnung von 1 cm Ton braucht die Versteinerung mindestens Hunderttausende von Jahren. Das unterstreicht, warum die oberflächennahen Tone (wie in Laa/Thaya - Laa-Fm.) nach 10 Millionen Jahren immer noch weich sind – sie hatten einfach nicht genug Zeit und Druck.“

© Andrea Nagl

Danke an Reinhard Roetzel fürs Korrekturlesen!