#Geotop 3 – Vulkane in Südniedersachsen – der Hohe Hagen

Der Hohe Hagen ist mit 493,5 m der vierthöchste Berg im Süden Niedersachsens und einer der nördlichsten Vulkane Deutschlands. Er hebt sich mit seinem markanten Gaußturm deutlich aus der Landschaft ab.

Früher war sein Gipfel in 508 m Höhe, aber durch den Basaltabbau hat der Berg einiges eingebüßt, wovon auch heute noch eine deutliche Narbe auf seinem Gipfel zeugt. Der Abbau ist längst eingestellt, der ehemalige Steinbruch beherbergt nun einen geologischen Lehrpfad.

Deutschlands nördlichste Vulkane

Vulkane in Deutschland möchte man sich fragen. OK, die Vulkaneifel fällt einem spontan ein. Mancher mag auch noch den Vogelsberg anbringen. Und letzterer ist schon ein deutlicher Hinweis, gehört er doch zur selben Vulkanregion. Die Vulkane sind schon längst vergessen. Es ist bereits gut 15 Millionen Jahre her, seit sie aktiv Feuer spien.

Damals gab es gut 1000 aktive Feuerberge in dem Gebiet, das heute in Nordhessen und Südniedersachsen liegt. Um die schiere Menge an Feuerbergen hier deutlich zu machen. Heutzutage zählt man weltweit rund 1300 aktive Vulkane.

Das Ganze gehört zu einem vulkanisch aktiven Gebiet, dass sich über Tschechien bis nach Polen reicht.

Wenn man es ganz genau nimmt, ist das hier natürlich nicht Niedersachsens nördlichster Vulkan. Ein paar Kilometer weiter in Richtung Adelebsen liegt die Bramburg. Hier wird noch immer von der Firma Wagner Basalt abgebaut. Wenn man also unbedingt den nördlichsten Vulkan finden will, muss man noch etwas weiter nach Nordrhein-Westfalen. Dort bei der kleinen Stadt Steinheim liegt der Sandebecker Vulkan, von dem allgemein behauptet wird, er wäre der nördlichste Deutschlands.

Basalt als Rohstoff

Der Berg war lange Jahre relativ uninteressant, zumindest das Gestein, aus welchem der Berg aufgebaut war. Das sollte sich erst ändern, als die steigende Mobilität und Transportleistungen die mittelalterlichen Wege überforderte und befestigte Straßen nötig wurden. Ab 1825 ist der Abbau hier am Hohen Hagen belegt.

Basalt ist als relativ hartes und verwitterungsbeständiges Gestein ist dafür recht gut geeignet, und die Stadt Dransfeld verpachtete den Berg zum Zweck der Basaltgewinnung ab Mitte des 19. Jahrhunderts.

Zu Anfang war alles noch sehr Klein, das Gestein wurde zunächst per Hand gewonnen und mit Pferdefuhrwerken zu den Baustellen gebracht, aber als 1857 die Eisenbahn zwischen Göttingen und Hannoversch Münden eröffnet wurde stieg die Nachfrage deutlich an. Mit der Übernahme des Steinbruchs durch die Kieswerke der Provinz Schleswig-Holstein setzte eine deutliche Mechanisierung des Abbaus ein. Es wurde sogar eine Seilbahn zum Dransfelder Bahnhof eingerichtet, die bis ca. 1969 bestand.

Der Abbau des Basalts endete 1971, aber noch bis 1987 wurde hier der sogenannte Kasseler Meeressand abgebaut.

Der Dransfelder Strand

Im Gebiet von Göttingen und Northeim kann man viele Aufschlüsse mit Muschelkalk finden. Das ist ein guter Hinweis, dass damals die Verteilung von Land und Meer deutlich von der heutigen abwich. Erst in der Kreidezeit setzte sich hier das Land immer mehr durch, zumindest für einige Zeit.

Im Mittleren Oligozän, vor ca. 28 Millionen Jahren, drang das Meer von Norden her wieder bis in den Süden Niedersachsens vor. Es entstand eine durchgehende Verbindung durch die Hessische Senke und den Oberrheingraben bis in das, was heute als Mittelmeer bekannt ist.

Damals kam es zu den Ablagerungen, die auch als Dransfelder Strand respektive Dransfelder Feinsande bezeichnet werden, und die als Kasseler Meeressand noch bis Mitte der 1980´er abgebaut wurden. Diese Sande wurden sehr küstennah abgelagert. Vermutlich betrug die Wassertiefe nicht mehr als einige Meter, maximal vielleicht 20 Meter.

In diesen Dransfelder Feinsanden finden sich auch viele Spuren von ehemaligen Lebewesen. Darunter fallen röhrenförmige Bauten, Ophiomorpha, vermutlich von Krebstieren angelegt. Weiterhin kann man Reste von Schwammnadeln sowie Muscheln und Schnecken finden.

Das Klima damals war hier vermutlich subtropisch und gemäßigt warm, auch darauf gibt es einige Hinweise. Im Hangenden der Feinsande befindet sich eine Quarzit Schicht, in der Andrücke von Palmenblättern, aber auch von Zimt, Feigenbäumen und Lorbeer erhalten geblieben sind.

Sand ist keine sehr stabile Ablagerung, warum konnte er sich also ausgerechnet hier auf dem Hohen Hagen halten? Da kommt wieder unser alter Vulkan ins spiel.

Es dauerte einige Zeit nach der Bildung der Sande, bis in dem Gebiet hier eine Hebung einsetzte. Sie fand im Miozän statt, also ziemlich genau zu der Zeit, als auch unser Vulkan aktiv war. Der Basalt des Vulkans lagerte sich über den Sanden ab, durch diese sehr verwitterungsresistente Decke waren sie wirksam vor der Abtragung geschützt.

Vulkane – warum ausgerechnet hier?

Wenn man sich eine geologische Karte vom Landkreis Göttingen, dem südlichen Niedersachsen und Nordhessen anschaut, dann fallen schnell die vielen Punkte ins Auge, die auf Basaltvorkommen deuten.

Dabei fällt auch auf, dass sich die Vulkane asymmetrisch in Bezug auf den nahen Leinetalgraben platziert haben. Sie liegen alle westlich des Grabens, östlich hingegen findet sich nichts.

Der Grund dafür ist vermutlich darin, dass es sich beim Leinetalgraben um einen asymmetrischen Grabenbruch handelt, bei dem diese Form des einseitigen Vulkanismus recht typisch ist.

Der Leinetalgraben

Der Leinetalgraben bringt uns auch auf die Spur der Vulkane, oder besser gesagt, auf die Spur, warum sie hier sind.

Bei dem  Leinetalgraben handelt es sich um den kleinen Bruder des bekannteren Oberrheingrabens. Beide zusammen gehören zu der sogenannten Mittelmeer-Mjösen Zone, einer langen Bruchzone in der Erdkruste, die vom Mittelmeer über das Rhone-Tal, Kattegat und Oslo-Graben bis zum Mjösensee in Südnorwegen reicht.

Ähnlich wie der ostafrikanische Grabenbruch stellt sie eine Dehnungsstruktur in der Erdkruste dar. Im Verlauf der Plattentektonik kann es nicht nur zur Einengung der Erdkruste und damit zur Bildung von Gebirgen kommen (siehe meinen Beitrag zu „30 Sekunden für ein Gebirge”). Die Erdkruste kann auch gedehnt werden, beispielsweise dadurch, dass heißes Mantelmaterial (ein sogenannter Plume) die Lithosphäre erwärmt, anhebt und langsam durch Schmelzen von unten her ausdünnt. Dieses aktive Rifting ist für die Bildung des ostafrikanischen Grabens und den dortigen Vulkanismus verantwortlich.

In unserem Fall sprechen die geophysikalischen Befunde allerdings gegen einen Mantelplume.

Hier war die Erdkruste vor rund 35 Millionen Jahren und der darunter liegende Mantel unter Zugspannung geraten, die ältere Störungszonen wieder aktiviert hat. Durch die Dehnung der Erdkruste senken sich Krustenblöcke ab und die Druckentlastung kann Magma aufsteigen lassen.

Die Ursache lag in der plattentektonischen Situation. Die afrikanische Platte bewegt sich in Richtung Norden und stößt dabei mit der europäischen Platte zusammen. Das führt nicht nur zu den alpidischen Gebirgsketten, sondern setzt den europäischen Kontinent unter Druck. Dieser Druck lässt den Kontinent zerbrechen. Während im Süden des Kontinents Einengung und Gebirgsbildung vorkommt, wird die Kruste nördlich davon gedehnt. Große Blöcke sinken dabei ab, andere werden angehoben. An den so entstehenden Störungszonen kann Magma aufsteigen und zu einem ausgedehnten Vulkanismus führen.

Partielles Schmelzen

Die entstandenen Störungen könne sehr tief reichen und dort zu einer Druckentlastung führen. Wird sehr heißes Gestein, das unter hohem Druck steht, entlastet, kann es zu einer Aufschmelzung kommen. Für die Bildung basaltischer Magmen reicht es aus, wenn nur wenige Prozent des Erdmantels aufgeschmolzen werden.

Dabei muss man wissen, dass Gesteine keinen direkten Schmelzpunkt haben, sondern jedes Mineral einen eigenen. Das Ganze kann man sich ungefähr so vorstellen, wie einen Schokoladenkeks, den man in den Backofen legt und anheizt. Auch hier wird nicht der komplette Keks auf einmal weich. Vielmehr werden zuerst die Schokoladenflocken schmelzen. Sie entsprechen Mineralen mit einem tiefen Schmelzpunkt. Wir erhalten hier also eine Schmelze aus Schokolade und einen Restkeks, der an Schokolade verarmt ist.

So ähnlich verläuft es auch, wenn Mantelmaterial aufschmilzt. Einige Minerale schmelze auf, andere bleiben zurück. Das Magma des Basalts am Hohen Hagen stammt vermutlich aus einer Tiefe von rund 60 bis 80 Kilometern.

Säulen aus Gestein

Wenn man durch den ehemaligen Steinbruch geht, fällt einem die merkwürdige Form des Basalts schnell auf. Es wirkt ein wenig, als hätte sich ein verwirrter Steinhauer hier ausgetobt und das Gestein in eine mehr oder weniger sechseckige Form gebracht.

Diese säulige Form ist für Basalt recht typisch, sie kommt aber auch bei anderen vulkanischen Gesteinen ab und an vor, wenn auch nicht so ausgeprägt. Aber warum ist das so?

Auch wenn uns die mehr oder weniger sechseckigen Säulen entfernt an Kristalle erinnern, sie haben, im Gegensatz zu diesen, nichts mit irgendeiner inneren Ordnung zu tun.

Ähnliche mehr oder weniger sechseckige Phänomene können wir bei austrocknenden Pfützen und tonigem Material beobachten.

Es handelt sich um Schrumpfrisse. Die basaltische Lava hat eine Temperatur von rund 1200 °C, wenn sie flüssig ist. Das flüssige Gestein hat ein größeres Volumen als das spätere feste und kalte.

Das bedeutet, dass das Gestein beim Erkalten schrumpft und dabei unter große Zugspannung gerät. Schließlich kann das Gestein dabei auch zerreißen. Die sechseckige Form ist dabei die energetisch günstigste, sodass diese Form mit ihren regelmäßigen 120° Winkeln angestrebt wird. In der Natur kann sie aber nur selten verwirklicht werden, da die Schmelze selten vollkommen homogen ist, und größere Kristalle, chemische Inhomogenitäten oder Gaseinschlüsse etwa sich störend auswirken.

Außerdem verläuft die Abkühlung und damit die Schrumpfung nicht überall gleich ab, z.B. weil der Lavastrom nicht immer die gleiche Temperatur hat, oder unterschiedliche benachbarte Gesteinsschichten unterschiedlich isolieren. Daher zeigen die realen Säulen meist irgendwo zwischen 5 und 6 Flächen.

Meilerstellung

Auch die Richtung der Säulen ist nicht zufällig. Die Längsachsen der Säulen stehen senkrecht auf den Grenzflächen bzw. der Abkühlungsfront der jeweiligen Lavaströme.

Hier am Hohen Hagen stehen die Basaltsäulen in der sogenannten Meilerstellung. Das heißt, dass sie oben lotrecht stehen, sich aber in der Tiefe zu den Seiten hin auffächern. Also den Holzstämmen in einem alten Holzkohlemeiler nicht unähnlich.

Aus der Tatsache, dass die Säulen immer der Abkühlungsfront folgen, und diese meist der Form des Lavakörpers, kann man auch umgekehrt von der Stellung auf die Form schließen. Im Falle des Hohen Hagens spricht es für einen trichterförmigen Schlot. Dieser hat an der heutigen Oberfläche eine Ausdehnung von 200 bis gut 250 m und fällt mit gut 80° verjüngend in die Tiefe ein. Im oberen Bereich ragt er kuppelförmig über die alttertiären Sande.

Die Meilerstellung ist heute leider nur noch in Ansätzen zu erkennen.

Grenze Basalt – Sand

Den alttertiären Sanden waren wir am Anfang unserer kleinen Exkursion schon begegnet. Hier, näher am Vulkan, finden wir sie wieder. Die enorme Hitze des Basalts, immerhin gut 1200 °C, hat natürlich auch Auswirkungen auf die umgebenden Gesteine.

Wenn wir am Lehrpfadpunkt 7 einen scharfen Blick auf die Kontaktfläche von Basalt und Sand oberhalb der 2. Sohle werfen, können wir verschiedene Farben von gelblich, rötlich bis grünlich sehen.

Die unterschiedlichen Farben deuten auf unterschiedliche Minerale hin. Der eindringende Basalt mit seiner enormen Hitze hat viele Auswirkungen auf die umgebenden Gesteine. So wird zum Beispiel das Porenwasser schlagartig stark erhitzt. Das erhitzte Wasser kann viele Stoffe lösen und zumindest kurzfristig ein hydrothermales System in Gang setzen. In diesem System kommt es zu Mineralneubildungen und Umbildungen. Das gilt ganz besonders für die Bereiche, in denen das überhitzte Wasser nicht nach oben ausweichen konnte, sondern durch den überlagernden Basalt am Entweichen gehindert wurde.

Der Basalt brachte nicht nur Hitze mit, es kam auch zu einem intensiven Stoffaustausch. So war zum Beispiel der im Basalt recht häufige Olivin unter den Bedingungen nahe der Oberfläche alles andere als stabil. Er zersetzte sich rasch, die hydrothermalen Fluide wurden mit den Elementen Magnesium und Eisen versorgt.

Das erklärt die oben angeführten verschieden Farben. Für die rötlichen Farben ist das Mineral Goethit verantwortlich, ein Eisenhydroxid, das auch als Nadeleisenerz bekannt ist. Es bildete sich besonders in Zonen, in denen ausreichend Sauerstoff im Angebot war.

Wenn sich mehrere andere eisenhaltige Hydroxide zusammen bildeten, eine Mischung, die unter dem Namen Limonit bekannt ist, können die Farben ins gelbliche übergehen.

In den grünlichen Zonen findet sich das Mineral Nontronit, ein zu den Tonmineralen gehörendes Schichtsilikat mit der Zusammensetzung Na_0,3(Fe³⁺)₂(Si,Al)₄O₁₀(OH)₂·nH₂O.

Ein schützenswertes Geotop

Heute ist der Hohe Hagen nicht nur ein stillgelegter Steinbruch, er ist auch ein geologischer Lehrpfad, auf dem man immer noch vieles aus der geologischen und bergbaulichen Vergangenheit lernen kann. Nebenbei kann man auch herrliche Blicke auf die umgebende Landschaft genießen. Sollte der Gaußturm jemals wieder eröffnet werden, so sollte man einen Besuch mit einplanen. Der Ausblick ist wirklich lohnend.