Travertin -Travertine

Travertinterrassen in Mammoth Hot Springs , Yellowstone National Park , im Jahr 2016
Mit Kalziumkarbonat verkrustetes, wachsendes Moos in einer Niedrigtemperatur-Süßwasser-Travertinformation (Münze für Waage)

Travertin ( / ˈ t r æ v ər ˌ t n / TRAV -ər-teen ) ist eine Form von terrestrischem Kalkstein , der um Mineralquellen , insbesondere heiße Quellen , abgelagert wird . Es hat oft ein faseriges oder konzentrisches Aussehen und existiert in weißen, braunen, cremefarbenen und sogar rostigen Sorten. Es entsteht durch einen Prozess der schnellen Ausfällung von Kalziumkarbonat , oft an der Mündung einer heißen Quelle oder in einer Kalksteinhöhle. In letzterem kann es Stalaktiten , Stalagmiten und andere bildenSpeläotheme . Es wird in Italien und anderswo häufig als Baumaterial verwendet .

Ähnliche (aber weichere und extrem poröse) Ablagerungen, die aus Wasser mit Umgebungstemperatur gebildet werden, sind als Tuffstein bekannt .

Definition

Travertin ist ein Sedimentgestein , das durch die chemische Ausfällung von Kalziumkarbonatmineralien aus Süßwasser gebildet wird, typischerweise in Quellen, Flüssen und Seen; das heißt, aus Oberflächen- und Grundwasser. Im weitesten Sinne umfasst Travertin Ablagerungen sowohl in heißen als auch in kalten Quellen, einschließlich des porösen, schwammigen Gesteins, das als Tuffstein bekannt ist, und auch der Höhlenmerkmale , die als Tropfsteine ​​bekannt sind (zu denen Stalaktiten und Stalagmiten gehören ). Calcrete , bei dem es sich um als Horizont im Bodenprofil abgelagerte Calciumminerale handelt , wird nicht als Travertin angesehen.

Travertin wird oft im engeren Sinne als dichtes Gestein definiert, manchmal massiv, aber häufiger gebändert oder mit einer faserigen inneren Struktur, das in heißen Quellen abgelagert wird. In diesem engeren Sinne unterscheidet sich Travertin von Tropfsteinen und Tuff. Travertin wird manchmal auch durch seine Entstehungsart definiert, als Gestein, das durch anorganische Ausfällung von Kalziumkarbonatmineralien auf einer Oberfläche nach dem Austausch von Kohlendioxid zwischen der Atmosphäre und dem Grundwasser gebildet wird. Kalkstein, Seemergel und Seeriffe sind von dieser Definition ausgenommen, aber sowohl Speleotheme als auch Tuff sind eingeschlossen.

Frischer Travertin variiert stark in seiner Porosität, von etwa 10 % bis 70 %. Alte können aufgrund der Kristallisation von sekundärem Calcit in den ursprünglichen Porenräumen Porositäten von nur 2 % aufweisen, während einige der frischen Aragonit-Travertine in Mammoth Hot Springs eine Porosität von mehr als 80 % aufweisen. Eine Porosität von etwa 50 % ist typisch für Travertin aus kalten Quellen, während Travertin aus heißen Quellen eine mittlere Porosität von etwa 26 % hat. Höhlensteine ​​haben geringe Porositäten von weniger als 15 %.

Landschaftsformen

Travertin bildet unverwechselbare Landschaftsformen:

  • Quellhügel sind Kuppeln aus Travertin mit einer Höhe von weniger als einem Meter bis über 100 Meter (330 Fuß), die eine Quellöffnung umgeben. Da sich die Quellöffnung über dem Boden befindet, erfordert die Bildung von Erdhügeln entweder eine artesische Quelle oder einen Geysir. Travertinhügel findet man auch unter Wasser, oft in Salzseen.
  • Risskämme bilden sich durch Quellentladung entlang von Klüften oder Verwerfungen. Diese können über 15 Meter (49 Fuß) hoch und 0,5 Kilometer (0,31 Meilen) lang sein. Diese zeigen im Allgemeinen Anzeichen einer fortschreitenden Erweiterung der Spalte, die durch die Ablagerung von Travertin an der Spaltwand ausgeglichen wird.
  • Kaskadenablagerungen werden durch eine Reihe von Wasserfällen gebildet.
  • Dammablagerungen ähneln Kaskaden, haben jedoch eine lokalisierte vertikale Ansammlung von Travertin, die einen Teich oder See hinter der Travertinansammlung bildet.
  • Travertin bildet verschiedene Arten von Fluss- und Seeablagerungen.
  • Paludal ( Sumpf ) Ablagerungen sind flache Ansammlungen in schlecht entwässerten Gebieten.
  • Speläotheme sind die charakteristischen "Formationen" von Höhlen.

Etymologie

Das Wort „Travertin“ leitet sich vom italienischen Travertino ab , das selbst eine Ableitung des lateinischen Tiburtinus ist , was „von Tibur“ bedeutet (heute bekannt als Tivoli , in der Nähe von Rom, Italien).

Geochemie

Die Bildung von Travertin beginnt, wenn Grundwasser ( H 2 O ), das eine erhöhte Konzentration an gelöstem Kohlendioxid ( CO 2 ) enthält, mit Kalkstein oder anderem Gestein, das Calciumcarbonat ( CaCO 3 ) enthält, in Kontakt kommt . Das gelöste Kohlendioxid wirkt als schwache Säure, Kohlensäure , die einen Teil des Kalksteins als lösliches Calciumbicarbonat ( Ca+2+ 2HCO3):

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 → Ca 2+ + 2HCO3

Dies ist eine reversible Reaktion , was bedeutet, dass mit zunehmender Konzentration von gelöstem Calciumbicarbonat das Calciumbicarbonat beginnt, sich wieder in Calciumcarbonat, Wasser und Kohlendioxid umzuwandeln. Solange das Kohlendioxid nirgendwohin entweichen kann, wird ein Gleichgewicht erreicht, bei dem die Auflösung von Calciumcarbonat durch Ausfällung von Calciumcarbonat ausgeglichen wird.

Wenn das Grundwasser in eine Umgebung mit einer niedrigeren Kohlendioxidkonzentration gelangt (gemessen an seinem Partialdruck pCO 2 ), entweicht ein Teil des Kohlendioxids in die Umgebung, stört das Gleichgewicht und ermöglicht eine Nettoausfällung von Calciumcarbonat :

Ca 2+ + 2HCO3 → CaCO 3 + H 2 O + CO 2

Das Calciumcarbonat fällt am leichtesten auf festen Oberflächen aus, die vom Grundwasser umspült werden, und bildet schließlich dicke Travertinablagerungen. Aufgrund der Rolle von CO 2 beim Auflösen und Transportieren von Calciumcarbonat wird es manchmal als Träger CO 2 oder einfach als Träger bezeichnet.

Die wichtigsten Quellen für erhöhte Kohlendioxidkonzentrationen im Grundwasser sind Boden und vulkanische Aktivität. Wasser, das durch den Boden fließt, nimmt Kohlendioxid aus Pflanzenwurzeln und zerfallenden organischen Stoffen auf. Dieses CO 2 wird als meteorischer Träger und der durch diesen Mechanismus gebildete Travertin als meteogener Travertin bezeichnet . Dies ist der Hauptmechanismus für die Bildung von Speleothemen. Grundwasser mit einer erhöhten Konzentration von aus dem Boden absorbiertem CO 2 dringt in den darunter liegenden Kalkstein ein und löst einen Teil des Kalksteins auf. Wenn dieses Grundwasser dann in eine Höhle mit einer geringeren CO 2 -Konzentration gelangt , entweicht ein Teil des CO 2 , wodurch Kalziumkarbonat ausfallen und Stalaktiten, Stalagmiten und andere Speleothermen aufbauen kann.

Vulkanische Aktivität ist die Quelle von Kohlendioxid im Grundwasser, das aus heißen Quellen austritt. Wenn das Wasser die Mündung der Quelle erreicht, gibt es schnell Kohlendioxid an die Außenluft ab und fällt um die Mündung der Quelle herum Kalziumkarbonat aus. Auf diese Weise gebildeter Travertin wird als thermogener Travertin bezeichnet . Dies kann spektakuläre Travertinablagerungen bilden, wie die von Pamukkale oder Mammoth Hot Springs . Das Kohlendioxid kann aus Quellen tief in der Erde stammen, wie z . B. der Metamorphose von tief vergrabenem Gestein. Das Kohlendioxid wird durch Magma an die Oberfläche getragen und ist ein Hauptbestandteil vulkanischer Gase. Kohlendioxid kann auch durch Magmakörper erzeugt werden, die festes Gestein nahe der Oberfläche erhitzen, durch thermische Zersetzung von organischem Material oder durch Reaktionen von Quarz oder anderen Silikamineralien mit Karbonatmineralien .

Der Niederschlag kann durch Faktoren verstärkt werden, die zu einer Verringerung des pCO 2 führen , beispielsweise können erhöhte Luft-Wasser-Wechselwirkungen an Wasserfällen wichtig sein, ebenso wie die Photosynthese.

Selten kann sich Travertin aus stark alkalischem Wasser bilden, das gelöstes Calciumhydroxid ( Ca+2+ 2OH ) entsteht bei der Serpentinisierung von ultramafischem Gestein. Wenn dieses alkalische Wasser die Oberfläche erreicht, absorbiert es Kohlendioxid aus der Luft, um Calciumcarbonat auszufällen:

Ca 2+ + 2OH + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O

Während durch vulkanische Aktivität kohlensäurehaltiges Wasser normalerweise mit heißen Quellen in Verbindung gebracht wird, kühlt sich solches Wasser gelegentlich auf nahezu Umgebungstemperatur ab, bevor es an der Oberfläche austritt. Ebenso wird Wasser, das durch den Durchgang durch den Boden mit Kohlensäure versetzt wurde, gelegentlich so tief zirkulieren, dass es ziemlich warm ist, wenn es an der Oberfläche wieder auftaucht. Wasser, das durch vulkanische Aktivität mit Kohlensäure versetzt wurde, weist dennoch tendenziell einen höheren Gehalt an gelöstem Calciumbicarbonat auf und ist im Allgemeinen stärker mit dem schwereren 13 C-Isotop angereichert .

Beide wichtigen Calciumcarbonat-Mineralien, Calcit und Aragonit , werden in Travertinen von heißen Quellen gefunden; Aragonit wird bevorzugt bei heißen Temperaturen ausgeschieden, während Calcit bei kühleren Temperaturen dominiert. Wenn es rein und fein ist, ist Travertin weiß, aber oft ist es aufgrund von Verunreinigungen braun bis gelb.

Auftreten

Travertin wird an Hunderten von Orten auf der ganzen Welt gefunden. Hier sind nur einige nennenswerte Vorkommnisse aufgeführt.

Die abgestuften Travertin-Terrassenformationen von Badab-e Surt . Dieser Travertin verdankt seine roten Farbterrassen Eisenkarbonat .
Mausoleum untergetaucht in einem Travertinbecken in den heißen Quellen von Hierapolis , Türkei

Travertin wird in Tivoli, 25 Kilometer (16 Meilen) östlich von Rom, gefunden, wo der Travertin seit mindestens zweitausend Jahren abgebaut wird. Der Travertin hier wurde in einem Körper mit einer Fläche von 20 Quadratkilometern und einer Dicke von 60 Metern (200 Fuß) entlang einer nach Norden verlaufenden Verwerfung in der Nähe des ruhenden Vulkans Colli Albani abgelagert. In dieser Travertinlagerstätte befindet sich auch der Guidonia-Steinbruch. Der alte Name für diesen Stein war Lapis Tiburtinus , was Tibur-Stein bedeutet , der allmählich zu Travertino (Travertin) verfälscht wurde. Detaillierte Studien der Travertin-Lagerstätten Tivoli und Guidonia zeigten rhythmische Bänder und Schichten im Tages- und Jahresrhythmus, die potenziell in der Geochronologie verwendet werden können . Travertinvorkommen werden an etwa 100 anderen Orten in Italien gefunden, darunter Rapalino in der Nähe von Pisa . Der Hafen von Paestum wurde auf einer Tuffsteinplatte errichtet.

Kaskaden natürlicher Seen, die sich hinter Travertindämmen gebildet haben, sind in Pamukkale in der Türkei zu sehen , das zum UNESCO-Weltkulturerbe gehört . Andere Orte mit solchen Kaskaden sind Huanglong in der chinesischen Provinz Sichuan (ein weiteres UNESCO -Weltkulturerbe), die Mammoth Hot Springs in den USA , Egerszalók in Ungarn, Mahallat , Abbass Abad, Atash Kooh und Badab-e Surt im Iran , Band- i-Amir in Afghanistan , Lagunas de Ruidera , Spanien, Hierve el Agua , Oaxaca, Mexiko und Semuc Champey , Guatemala .

Im letzten postglazialen paläoklimatischen Optimum Mitteleuropas ( Atlantikzeit , 8000–5000 v. Chr.) bildeten sich aus Karstquellen riesige Tuffablagerungen . In kleinerem Maßstab funktionieren diese Karstprozesse immer noch. Bedeutende Geotope finden sich auf der Schwäbischen Alb vor allem in Tälern am vordersten Nordwestgrat der Cuesta ; in vielen Tälern der erodierten Peripherie der verkarsteten Fränkischen Alb ; und im nördlichen Alpenvorland .

Travertin hat in einem Tal in Kroatien , das als Nationalpark Plitvicer Seen bekannt ist, sechzehn riesige, natürliche Dämme gebildet . Der an Moos und Felsen im Wasser haftende Travertin hat sich über mehrere Jahrtausende zu Wasserfällen mit einer Höhe von bis zu 70 m (230 ft) aufgebaut.

In den USA ist der bekannteste Ort für Travertinbildung der Yellowstone-Nationalpark , wo die geothermischen Gebiete reich an Travertinvorkommen sind. Wyoming hat auch Travertine im Hot Springs State Park in Thermopolis . Oklahoma hat zwei Parks, die diesem Naturwunder gewidmet sind. Turner Falls , der höchste Wasserfall in Oklahoma, ist eine 23 m hohe Kaskade aus Quellwasser, die über eine Travertinhöhle fließt. Honey Creek speist diesen Wasserfall und schafft sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts kilometerlange Travertinregale. Viele kleine Wasserfälle flussaufwärts in den dichten Wäldern wiederholen den Effekt der Travertinbildung. Die Stadt Davis besitzt jetzt Tausende Morgen dieses Landes und hat es zu einer Touristenattraktion gemacht. Eine weitere Travertinressource befindet sich in Sulphur, Oklahoma , 10 Meilen (16 km) östlich von Turner Falls. Der Travertine Creek fließt durch ein Quellwasser-Naturschutzgebiet innerhalb der Grenzen des Chickasaw National Recreation Area .

In Texas sind die Stadt Austin und das sie umgebende „Hill Country“ im Süden auf Kalkstein gebaut. In der Gegend gibt es viele Travertinformationen, wie die an den Gorman Falls im Colorado Bend State Park .

Der Hanging Lake im Glenwood Canyon in Colorado wurde von Travertindämmen über einem von einer Quelle gespeisten Bach gebildet. Travertinbetten in der Gegend sind bis zu 12 m dick. Der Rifle Falls State Park in Colorado verfügt über einen dreifachen Wasserfall über einem Travertindamm.

Soda Dam, Jemez Mountains, New Mexico

Das Thermalquellensystem des Soda Dam in den Jemez Mountains in New Mexico wurde wegen seiner Verbindung zum geothermischen System der Valles Caldera intensiv untersucht . Hier hat sich heißes Grundwasser aus der Caldera entlang der Jemez-Verwerfung bewegt und sich mit kühlerem Grundwasser vermischt, bevor es an die Oberfläche tritt. Die radiometrische Datierung der Travertine zeigt, dass die Ablagerung fast unmittelbar nach dem Ausbruch der Valles-Caldera begann und dass das Gebiet jetzt eine weitere Episode der Ablagerung erlebt, die vor 5000 Jahren begann. Eine neue Art der extremophilen Grünalge Scenedesmus wurde erstmals aus dem Travertin von Soda Dam isoliert.

In Arizona , an der Südseite des Grand Canyon , befindet sich das Havasupai-Reservat . Durch ihn fließt der Havasu Creek , der umfangreiche Travertinvorkommen aufweist. Drei große Wasserfälle, Navajo Falls, Havasu Falls und Mooney Falls, befinden sich alle stromabwärts der Stadt Supai. Es gibt zahlreiche kleinere Katarakte, die von Travertindämmen gebildet werden. Diese Merkmale befinden sich etwa 3,2 km vom Dorf Supai (auf dem Boden der Schlucht) entfernt und sind zu Fuß oder zu Pferd erreichbar.

In Island wurde der Hvanná-Fluss an der Nordflanke des Eyjafjallajökull nach den Eruptionen von 2010 stark mit CO 2 belastet . Travertin fiel entlang des Flusses aus.

In Nordost-Sulawesi, Indonesien , befindet sich der Wawolesea-Karst . Ein bemerkenswertes Merkmal dieser Gegend ist ein Teich, mehrere Meter vom Strand entfernt, der aus einer salzigen, heißen Wasserfontäne besteht, die seit der Neogenzeit existiert.

Verwendet

Sacré-Cœur, Paris , (1875-1914)

Travertin wird häufig als Baumaterial verwendet . Ihm fehlen normalerweise Schwachstellen, und seine hohe Porosität macht es trotz seiner Festigkeit leicht, verleiht ihm gute thermische und akustische Isoliereigenschaften und macht es relativ einfach zu bearbeiten. Dichter Travertin ist ein ausgezeichneter dekorativer Stein, wenn er poliert wird.

Die Römer förderten Travertinvorkommen für den Bau von Tempeln, Denkmälern, Aquädukten, Badekomplexen und Amphitheatern wie dem Kolosseum , dem größten Gebäude der Welt, das hauptsächlich aus Travertin gebaut wurde. In Italien gibt es bekannte Travertinsteinbrüche in Tivoli und Guidonia Montecelio , wo sich die wichtigsten Steinbrüche seit der Römerzeit befinden. Die Tivoli-Steinbrüche lieferten den Travertin, aus dem Gian Lorenzo Bernini 1656–1667 Material für den Bau der berühmten Kolonnade des Petersplatzes in Rom (colonnato di Piazza S. Pietro) auswählte. Michelangelo wählte Travertin auch als Material für die Außenrippen der Kuppel des Petersdoms . Travertin aus Trivoli wurde während der Barockzeit für die Bildhauerei des größten Teils des Trevi-Brunnens in Rom verwendet.

Im Mittelalter gewann Travertin als Baumaterial wieder an Popularität. Die mitteldeutsche Stadt Bad Langensalza hat eine erhaltene mittelalterliche Altstadt, die fast vollständig aus lokalem Travertin gebaut wurde. Zu den Gebäuden des 20. Jahrhunderts, in denen Travertin in großem Umfang verwendet wurde, gehören die Basilika Sacré-Cœur in Paris , das Getty Center in Los Angeles , Kalifornien, und das Shell-Haus in Berlin . Der im Getty Center und im Shell-Haus verwendete Travertin wurde aus Tivoli und Guidonia importiert.

Travertin ist einer von mehreren Natursteinen, die zum Pflastern von Terrassen und Gartenwegen verwendet werden. Es wird manchmal als Travertin-Kalkstein oder Travertin-Marmor bezeichnet; Dies sind die gleichen Steine, obwohl Travertin richtig als eine Art Kalkstein und nicht als Marmor klassifiziert wird . Der Stein zeichnet sich durch narbige Löcher und Mulden in seiner Oberfläche aus. Obwohl diese Vertiefungen natürlich vorkommen, deuten sie auf Anzeichen von erheblichem Verschleiß im Laufe der Zeit hin. Es kann auch zu einem glatten, glänzenden Finish poliert werden und ist in einer Vielzahl von Farben von grau bis korallenrot erhältlich. Travertin ist auch in Fliesengrößen für Bodeninstallationen erhältlich.

Travertin ist einer der am häufigsten verwendeten Steine ​​in der modernen Architektur . Es wird häufig für Fußböden im Innenbereich von Wohn- und Geschäftsräumen, Terrassenböden im Freien, Spa-Wände und -Decken, Fassaden und Wandverkleidungen verwendet . Die Lobbywände des modernistischen Willis Tower (1970) (ehemals Sears Tower) in Chicago bestehen aus Travertin. Der Architekt Welton Becket integrierte häufig Travertin in viele seiner Projekte. Das Ronald Reagan UCLA Medical Center ist mit über 3 Millionen Pfund (etwa 1360 Tonnen) Ambra Light Travertin aus den Tivoli-Steinbrüchen verkleidet. Der Architekt Ludwig Mies van der Rohe verwendete Travertin in mehreren seiner Hauptwerke, darunter das Toronto-Dominion Centre , die SR Crown Hall , das Farnsworth House und der Barcelona Pavilion .

Die Rotunde des New Mexico State Capitol wurde mit Travertin fertiggestellt, das aus einer Lagerstätte westlich von Belen, New Mexico, abgebaut wurde . Stein aus diesem Steinbruch wird auch in Gebäuden der Universität von New Mexico verwendet .

Liefern

Bis in die 1980er Jahre hatte Italien fast ein Monopol auf dem Weltmarkt für Travertin; jetzt werden bedeutende Vorräte in der Türkei, Mexiko, China, Peru und Spanien abgebaut. Die US-Importe von Travertin im Jahr 2019 beliefen sich auf 17.808 Tonnen, davon 12.804 aus der Türkei.

Siehe auch

  • Alabaster  – Hell gefärbte, durchscheinende und weiche Kalziummineralien, typischerweise Gips – siehe die Sorte namens „Onyx-Marmor“, eigentlich ein Travertin
  • Kalksinter  – Eine Süßwasser-Kalziumkarbonat-Ablagerung
  • Calthemit  – Sekundäre Calciumcarbonat-Ablagerung, die unter künstlichen Strukturen wächst
  • Karsttopographie  – Topographie aus gelösten löslichen Gesteinen
  • Liste der Kalksteinarten  – Kalksteinvorkommen nach Standort aufgelistet

Verweise

Quellen

Externe Links