Die Fachleute (Geologen) teilen die Erdgeschichte in Zeitalter mit eigenen Namen ein. Die Gesteine in der Liether Kalkgrube stammen aus dem Erdzeitalter Perm. Die ältere Gesteinsschicht des Perms heißt Rotliegende, die jüngere Gesteinsschicht heißt Zechstein. Die roten Gesteine in der Liether Kalkgrube gehören zum Rotliegenden. Es gibt aber auch graue bis gelbliche Abschnitte im Rotliegenden. Der Zechstein in der Liether Kalkgrube ist niemals rot. Er ist hellgrau bis schwarz. Normalerweise liegt das Rotliegende unter dem Zechstein. In der Liether Kalkgrube ist es aber zumeist umgekehrt. Dies hat mit dem komplizierten inneren Aufbau in einem Salzstock zu tun. Weiter unten ist das erklärt.
In der Liether Kalkgrube findet man viele verschiedene Arten von Gesteinen.
Zum Beispiel:
Warum findet man in der Liether Kalkgrube so viele verschiedene Gesteinsarten?
Wir wissen: in der Erdgeschichte wurden immer wieder neue dicke Schichten gebildet. Diese liegen normalerweise übereinander.
Unsere Erde ist sehr, sehr alt. Die Landschaften der Erde haben sich in der Erdgeschichte ständig verändert. Das haben Sonne, Wind, Temperaturen und auch Bewegungen der Erdteile gemacht. Manchmal war es sehr trocken. Dann wehte der Wind viel Sand an. Der Sand bildete eine Schicht. Anschließend konnte die Sandschicht vom Meer überflutet werden. Ein Beispiel genau dafür zeigt die Ostwand der Liether Kalkgrube. Geologen können die Stelle zeigen. Man kann sie von unten aus gut sehen. Die erste vom Meer abgelagerte Schicht bestand aus zusammengeschwemmtem Sand. Er ist zu festem Sandstein geworden. Aus Faulschlamm vom Meeresboden wurde Kupferschiefer. Im Kupferschiefer sind versteinerte, urtümliche Fische gefunden worden. Später wurde Kalkschlamm vom Meer abgelagert. Daraus wurde der Zechsteinkalk. Das Klima war heiß und trocken. Das Meerwasser verdunstete stark. Immer neues salziges Wasser floss vom Ozean nach. Das Meer wurde so immer salziger. Große Mengen von Salz sammelten sich am Meeresboden an. Schließlich trocknete das Meer aus. Das geschah mehrfach. Es entstanden mächtige Salzschichten von zusammen mehr als einem Kilometer Dicke. Zwischendurch floss wieder neues Meerwasser nach. Zuerst wurde dann meistens Schlamm über dem Salz abgelagert. Der Schlamm wurde zu harten Felsschichten oder zu Ton. So ist eine Schicht entstanden, und noch eine, und noch eine, und noch eine. In Lieth kann man mindestens 8 Schichten zählen, die zum Teil in noch weitere Schichten aufgeteilt sind.
Um die in der Liether Kalkgrube freiliegenden Schichten an anderen Orten in Schleswig-Holstein, Mecklenburg-Vorpommern oder Nordniedersachsen finden zu können, müsste man normalerweise mehrere Kilometer tief bohren. Das ist sehr kompliziert und sehr teuer.
Doch in der Liether Kalkgrube ist alles anders. Dort ist etwas Besonderes passiert. Dort sind die Schichten von selbst und kostenlos nach oben geschleppt worden. Dies hat das im Elmshorner Salzstock aufsteigende Salz gemacht.
Der Aufstieg funktionierte nicht so einfach wie in einem Fahrstuhl. Innerhalb eines Salzstocks kann das Salz mit abschnittweise sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten aufsteigen. Dadurch wurden die vom Salz mitgeschleppten Schichten zerrissen, steil aufgerichtet, überkippt und gefaltet. An manchen Stellen in der Kalkgrube sehen die Gesteine aus wie durchgeknetet.
Im Elmshorner Salzstock gibt es im Zechstein und im Rotliegenden in der Tiefe viel Salz. Zusammen ist das besonders viel Salz. Salz ist leichter als andere Gesteine. Normale, schwerere Gesteine sinken deshalb ganz langsam in die unten liegenden Salzschichten ein. Hierbei weicht das Salz aus. Es kann ganz langsam fließen. So bewegt es sich ganz allmählich zum nächsten Salzstock hin und quillt dort langsam und über viele Millionen Jahre nach oben. Die schweren Gesteine in der Umgebung sinken ein und das Salz steigt auf. Über und in dem Salz liegende Gesteine werden dabei mit nach oben gerissen. Genau das ist im Bereich der Liether Kalkgrube passiert.
So sind besonders alte Schichten aus ganz großer Tiefe nach oben gekommen. Die ältesten Schichten in der Liether Kalkgrube sind rot und gehören zum Rotliegenden. Aus Ton des Rotliegenden kann man Ziegelsteine machen. In Lieth gab es dafür eine Ziegelei. Die Ziegelei ist heute geschlossen und fast vollständig abgerissen.
Die Felswände im Ostteil der Liether Kalkgrube zeigen eine Abfolge von Gesteinen vom Rotliegenden (ca. 265 Mio. Jahre vor heute) bis zum Mittleren Zechstein (ca. 255 Mio. Jahre). Die aufgeschlossenen Ablagerungen des Erdaltertums sind durch den Aufstieg aus mehreren tausend Metern Tiefe teilweise sehr intensiv verfaltet worden. Dieses führt örtlich sogar dazu, dass die Gesteine örtlich überkippt, d. h. "auf den Kopf gestellt" wurden. Die Ablagerungen des Oberrotliegenden bestehen aus Tonen, Schluffen, Sanden und Sandsteinen. Steinsalz ist unterhalb von ca. 100 m Tiefe vorhanden, oberhalb ist es durch das Grundwasser aufgelöst. Der Ablagerungsraum des Oberrotliegenden im südlichen Perm-Becken, welches von Mitteldeutschland bis nach Dänemark reichte, war durch wüstenartige Bedingungen gekennzeichnet, ähnlich den heutigen Verhältnissen in Zentralaustralien. Periodisch austrocknende Seen, Dünenbildungen und Einträge durch periodisch wasserführende Flüsse prägten die Ablagerungsgebiete und -prozesse. Lokal reichten von zu Zeit zu Zeit Meeresarme in den Kontinent hinein.
Die Zechstein-Schichten in der Liether Kalkgrube repräsentieren sehr unterschiedliche Ablagerungsbedingungen im damaligen Meer. Die Abfolge beginnt mit dem auffällig schwarzen Kupferschiefer. Hierbei handelt es sich um einen unter weitgehendem Sauerstoffabschluss am Boden des damaligen Meeres abgelagerten ehemaligen, nun verfestigten Faulschlamm. Er ist im Ostteil der Liether Kalkgrube als Leithorizont in den Steilwänden auszumachen. Der Kupferschiefer ist regional reich an bestimmten Metallen, u. a. an Kupfer (Name). Der in Lieth aufgeschlossene Kupferschiefer enthält im Vergleich zu den mitteldeutschen Bergbaurevieren nur sehr geringe Metallkonzentrationen. Eine Besonderheit stellen Fischfunde im Kupferschiefer dar. Oberhalb findet sich u. a. der Stinkschiefer, der durch bituminöse Bestandteile eine dunkle Farbe besitzt. Beim Anschlagen lässt sich ein deutlicher Geruch nach Bitumen/Schwefelwasserstoff ausmachen. Die sogenannte Zechsteinasche, die bis 1993 in der Liether Kalkgrube als Düngekalk gewonnen wurde, ist hinsichtlich ihrer Entstehungsgeschichte noch diskutierbar. In Analogie zu ähnlichen Vorkommen z. B. im Stadtgebiet von Halle/Saale ist mit größter Wahrscheinlichkeit von einer Entstehung als Lösungsrückstand von Zechsteinsalz und -gips auszugehen. Der Gipsfelsen im Zentrum der Grube gehört wahrscheinlich dem ersten Salzabscheidungszyklus des Zechsteins an, der Werra-Serie. Der Gipsfelsen zeigt abschnittweise einen feinschichtigen Aufbau.
Die Rotliegendablagerungen dienten über viele Jahrzehnte zur Ziegelherstellung (die alte Ziegelei liegt nördlich der Kalkgrube), deren Verwendung in vielen alten Gebäuden von Elmshorn noch heute zu erkennen ist. Der Aufstieg des Salzstocks Elmshorn hat vor ca. 200 Millionen Jahren begonnen, seine Aufwärtsbewegung hält heute noch an. Durch solche Hebungen wurden örtlich die überlagernden Schichten nach oben gedrückt, wie z. B. der Buntsandstein in Helgoland. In Elmshorn war die Aufwärtsbewegung so stark, dass kaum jüngere Ablagerungen oberhalb des Rotliegenden und des Zechsteins zu finden sind.
Manche der im Salzstock aus großer Tiefe aufgestiegenen Gesteine, besonders Gips und Salz, sind anfällig für unterirdische Auflösung (Subrosion) durch fließendes Grundwasser. Hierbei entstehen Hohlräume im Untergrund, die einbrechen können (Verkarstung). Kleinere, vermutlich einige Dezimeter mächtige Hohlräume wurden z. B. am Grauen Esel im Südosten Elmshorns in Bohrungen angetroffen. Generell werden entsprechende Hohlformen langsam, d. h. über Jahrzehnte oder über noch längere Zeiträume, gebildet und zeitgleich mit jüngeren Ablagerungen verfüllt. Es existieren jedoch auch Hinweise auf plötzlich einbrechende Subrosionssenken, so genannte Erdfälle. Auf Lösung zurückzuführende Verkarstungs-Strukturen sind von wissenschaftlicher, aber auch praktischer Bedeutung. Teilweise sind in ihnen ältere Sedimente von einer Abtragung verschont geblieben, wie z. B. die altpleistozäne Braunkohlensequenz an der Nordwand der Liether Kalkgrube. Zahlreiche entsprechende kleinere Hohlformen im Elmshorner Bereich sind mit Torfen gefüllt, die Probleme bei der Anlage von Straßen und anderen Bauwerken bereiten können. Torfe sind setzungsempfindlich, so dass es bei Belastung zu Sackungen kommen kann.
Beim Abbau der Zechsteinablagerungen in der Liether Kalkgrube wurde 1980 an der Sohle des Abbaus ein in der Kalkasche eingelagerter Gipsfelsen freigelegt. Dieser Gips ist ein relativ schwer löslicher Anteil einer der Salzabfolgen. Gips (CaSO4 • 2 H2O) entsteht durch verwitterungsbedingte Aufnahme von Wasser bis in einige Meter Tiefe aus Anhydrit (CaSO4). Die Oberflächengestalt des Gipsfelsens in der Kalkgrube ist durch Verkarstung geprägt. Schachtartige Löcher mit bis zu wenigen Metern Durchmesser in der Oberfläche (Schlotten) waren ehemals mit Zechsteinasche ausgefüllt. Erkundungsbohrungen haben den Gips bis in eine Tiefe von einigen Dekametern nachgewiesen.
Die im Zentrum des Salzstocks vorhandene große Hohlform in der heutigen Oberfläche, in der sich später das Esinger Moor bilden konnte, wurde am Ende der letzten Kaltzeit von einem großen flachen See eingenommen. Vermutlich geht diese Einsenkung auf Subrosion im Untergrund zurück. Die ursprüngliche Ausdehnung des Sees kann anhand fossiler Seeablagerungen (Mudden) ermittelt werden, die auch den Ostrand der Liether Kalkgrube erreichen. An den Rändern des Sees siedelten steinzeitliche Jäger und Sammler. Werkzeuge aus Flintstein, die im Bereich des ehemaligen See-Ufers gefunden wurden, werden der Hamburger Kultur zugeordnet. Es handelt sich um den ältesten norddeutschen Federmesserfundplatz (ca. 14.000 Jahre vor heute).
Liether Kalkgrube - Gemeinschaft zur Erhaltung von Kulturgut in Tornesch von 1985 e.V.
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