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Quarzit

Quarzite sind metamorphe Gesteine, die überwiegend oder vollständig aus Quarz bestehen. Sie entstehen bei hoher Temperatur und Druck aus Sandstein. Im Unterschied zum Sandstein enthält ein Quarzit aber keine einzelnen Sandkörner mehr, denn diese wurden bei der Metamorphose lückenlos miteinander verzahnt oder sogar in eine kompakte Quarzmasse umgewandelt.
Um einen Quarzit zu erkennen, muss man mit der Lupe die frische Bruchfläche des Gesteins prüfen. Erkennt man noch einzelne runde Quarzkörner, hat man keinen Quarzit, sondern einen Sandstein vor sich.

Vergleich von Sandstein und Quarzit:

Sandstein
Bild 1: Sandstein enthält runde Quarzkörner,
die beim Zerbrechen des Steins erhalten bleiben

Ein Quarzit dagegen enthält keine rundlichen Körner mehr. Stattdessen besteht er aus neu gebildeten, eng verzahnten Quarzaggregaten, deren Zusammenhalt so groß ist, dass sie beim Bruch quer durchtrennt werden:

Quarzite
Bild 2: Ein Quarzit besteht aus neu kristallisiertem Quarz,
in dem es keine einzelnen runden Quarzkörner mehr gibt

(Die hellen Flächen im Bild sind dünne Schuppen von Quarzit, die sich beim Trennen des Gesteins abgelöst haben.)

Weil man sich die Korngrenzen und das Bruchverhalten genau ansehen muss, braucht man zur Bestimmung in jedem Fall eine starke Lupe.
Quarzite sind extrem hart. Man kann sie nicht ritzen, sondern erzeugt höchstens eine dünne Spur von metallischem Abrieb.1

Bei der Metamorphose kann sich der Quarz auch zu einer kompakten Masse verbinden, die überhaupt keine Korngrenzen mehr aufweist. Der so gebildete massige Quarz lässt sich von anderem Quarz (wie Gangquarz) unterscheiden, wenn man Hinweise auf die sedimentäre Vorgeschichte des Quarzits findet. Dazu sucht man mit der Lupe nach einzelnen, dunklen Körnern in der Quarzmasse. Das sind Schwerminerale, die schon vor der Metamorphose als lose Körner im Sand lagen. Sie überstehen die Metamorphose und bleiben im Quarzit erhalten. Jetzt aber stecken sie nicht mehr zwischen Sandkörnern, die es hier nicht mehr gibt, sondern mitten im neu kristallisierten Quarz.

Quarzite
Bild 3: Massiger Quarzit mit dunklen Mineralen

All die dunklen Körner in den Bildern 3 und 4 sind Schwerminerale, die einst zusammen mit dem Sand abgelagert wurden.

Der Quarz ist hier hellblau. (Die Farbe spielt bei einem Quarzit keine Rolle.)

Quarzit
Bild 4: Mehr dunkle Minerale, die zudem ausgerichtet sind

Wenn Sie sich mit der Lupe den Sand an der Ostsee oder in Flüssen ansehen, finden Sie immer auch solche Schwerminerale. Oft handelt es sich um Magnetit, Ilmenit, Granat und andere.

Ein anderer Hinweis auf eine sedimentäre Vorgeschichte sind Reste von Schichten.
Der Stein im nächsten Bild ist ein Geschiebe, stammt also aus Skandinavien. Die Streifen darin sehen aus wie die im Sand eines Flusses oder in vielen Sandsteinen. Das waren sie auch vor langer Zeit, aber die Schichtung ging bei der Metamorphose dieses ehemaligen Sandsteins verloren.

Boulder of quarzite
Bild 5: Quarzit mit reliktischer Schichtung

Dass dies kein Sandstein sein kann, erkennt man schon aus der Entfernung. Links unten, dort wo ein Absatz im Gestein ist, gibt es den typischen muscheligen Bruch harter feinkörniger Gesteine. Ebenso am rechten Rand des Steins. So bricht kein Sandstein.

Quarzit
Bild 6: Die nasse Oberfläche zeigt die Streifen noch besser

Die Streifen hier sind tatsächlich nur noch blasse Reste ehemaliger Schichten. Helle Quarzkörner haben Streifen helleren Quarzes hinterlassen, aber die Körner selbst sind bei der Metamorphose verschwunden. Die Streifen hier sind nur noch Farbunterschiede.

Das letzte Beispiel ist ebenfalls ein Geschiebe, diesmal aber steckt der Quarzit in Form kantiger Bruchstücke in einem Sandstein. Das ist eine Quarzitbrekzie.

Quarzitbrekzie
Bild 7: Quarzitbrekzie aus Niederlehme bei Berlin

Auch diese Quarzitstücke enthalten einzelne dunkle Körner von Schwermineralen. Das sieht man in der Vergrößerung, wo sich auch gelb-rötliche Flecken zeigen. Das sind Feldspäte im transparenten Quarz.

Quarzitbrekzie
Bild 8: In den Bruchstücken von Quarzit stecken
Schwerminerale und kleine Feldspäte

Die Matrix dieser Brekzie ist ein Sandstein mit gerade noch erkennbaren Quarzkörnern.
Beides, die Matrix und die Einschlüsse, repräsentieren verschiedene Stufen der Neubildung von Gestein aus losem Sediment. Der Sandstein ist bereits ein festes Gestein, aber die Quarziteinschlüsse darin haben eine sehr viel intensivere Metamorphose erlebt.

Abweichender Gebrauch von „Quarzit“

Manche Autoren benutzen „Quarzit“ für sehr feste Sandsteine, also anders, als hier beschrieben. Man muss deshalb aufpassen, wie der Terminus gebraucht wird.
Harte Sandsteine mit Quarz als Bindemittel kann man besser „quarzgebundenen Sandstein“ nennen und sie so vom echten Quarzit unterscheiden, der immer ein metamorphes Gestein ist.

 

Proben und Koordinaten

Bild 1: Hardeberga-Sandstein, Schweden. Probe von Elsbe Kraeft.
Bild 2 - 4: Proben aus der Umgebung von Västervik in Schweden, Sammlung Marc Torbohm
Bild 5, 6: Geschiebe bei Steinitz in der Lausitz
Bild 7, 8: Geschnittenes Geschiebe aus Niederlehme bei Berlin
Alle Fotos: kristallin.de

Literatur:

VINX, R. 2015: Gesteinsbestimmung im Gelände. 4. Auflage, Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg
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Matthias Bräunlich, Juni 2022

Druckfassung (PDF)

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English   Summary Quarzite

Quartzites are metamorphic rocks that consist mainly or entirely of quartz. They are the result of high temperature and pressure from sandstone. In contrast to sandstone, however, a quartzite no longer contains individual grains of sand. During metamorphosis, they were joined together without gaps or even transformed into a compact quartz mass.

To recognise a quartzite, you have to check the fresh fracture surface of the rock with a magnifying glass. If you can still see individual round quartz grains, you are not looking at quartzite but at sandstone. (Figure 1)
A quartzite, on the other hand, no longer contains round grains. Instead, it consists of newly formed, closely joined quartz aggregates. Their cohesion is so great that they are severed when the stone breaks. (Figure 2)
Because you have to look closely at the grain boundaries and the fracture behaviour, you need a magnifying glass to identify quartzite.

Quartzites are extremely hard. You cannot scratch them. At most, one produces a thin trace of metallic abrasion.

During metamorphosis, the quartz can also combine to form a compact mass that no longer has any grain boundaries at all. (Figure 3, 4)

You can distinguish massive quartzite from other quartz if you find evidence of sedimentary prehistory. To do this, look with a magnifying glass for individual, dark grains in the quartz mass. These are heavy minerals that were already in the sand as loose grains before metamorphosis. They survive the metamorphosis and remain in the quartzite. Now, however, they are no longer stuck between grains of sand, but in the middle of the newly crystallised quartz.
The dark grains in figures 3 and 4 are heavy minerals that were once deposited together with the sand.
The quartz here is light blue. (The colour does not matter for a quartzite).

If you look at the sand at the sea or in rivers with a magnifying glass, you will always find such heavy minerals. Often they are magnetite, ilmenite, garnet and others.

Another indication of a former sediment are remains of layers. The stone in figures 5 and 6 has stripes and looks like a sandstone. This layering no longer exists, it was lost during metamorphism. The stripes here are only differences in colour.

You can see that this cannot be sandstone even without a magnifying glass. On the lower left (figure 6) you can see the typical conchoidal fracture of hard fine-grained rocks. The same is true for the right edge of the stone. Sandstone does not break like this.

The last example (picture 7 and 8) is a quartzite breccia. Fragments of quartzite are stuck in a sandstone.
These pieces of quartzite also contain individual dark grains of heavy minerals.

Matrix and inclusions represent different stages of new rock formation from loose sediment. The sandstone is already a solid rock, but the inclusions in it have undergone thorough metamorphism.

Divergent use of "quartzite

Some authors use "quartzite" for solid sandstones, i.e. differently than described here. One has to be careful how the term is used.

Samples and coordinates
Figure 1: Hardeberga sandstone, Sweden, sample from Elsbe Kraeft.
Figure 2 - 4: Samples from the surroundings of Västervik in Sweden, collection Marc Torbohm.
Figure 5, 6: Erratics near Steinitz in Lusatia.
Picture 7, 8: Cut erratic from Niederlehme near Berlin
All photos: kristallin.de

Literature:
VINX R: Gesteinsbestimmung im Gelände. 4. Auflage, Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg 2015

 

Matthias Bräunlich, June 2022

 

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