Silizium

Silizium (als SiO₂) ist mit einem Anteil von 28,2 % nach Sauerstoff das zweithäufigste Element in der kontinentalen Erdkruste. Elementar kommt Silizium in der Natur nicht vor, wegen seines lithophilen Charakters tritt es in Gesteinen stets vierwertig als Siliziumdioxid (Quarz, SiO₂) oder in Form von Silikaten auf. Silikate bestehen aus SiO₄-Tetraedern, in denen ein Siliziumatom von vier Sauerstoffatomen umgeben ist. Zum Ladungsausgleich werden andere Metall-Kationen eingebaut. In Alumosilikaten ist ein Teil des Siliziums durch Aluminium substituiert. Quarz und Silikate machen zusammen etwa 90 % der Erdkruste aus. Die mit Abstand häufigsten Silikate sind die Feldspäte, weitere Wichtige sind Glimmer, Tonminerale, Amphibole und Pyroxene.

Der flächengewichtete Median für die oberflächennahen Gesteine Baden-Württembergs beträgt 48,57 % SiO₂, entsprechend 22,7 % Si. Für die baden-württembergischen Gesteine zeigt sich damit eine Abreicherung ihres Gehalts an Silizium gegenüber dem CLARKE-Wert für die obere Erdkruste.

Die P 90-Werte für SiO₂ in den dieser Studie zu Grunde liegenden petrogeochemischen Einheiten streuen sehr deutlich zwischen 11,5 % und 94,16 %.

Niedrige Werte (P 90: < 45 %) finden sich in quartären Süßwasserkalken, im Oberjura, im Oberen und im Mittleren Muschelkalk.

Erhöhte Werte (P 90: > 45–65 %) weisen Tertiärschichten des Schichtstufenlandes, tertiäre Magmatite und Impaktgesteine, Unterjura und Unterkeuper auf.

Hohe Werte (P 90: > 65–80 %) treten in Lösssedimenten, im Mitteljura, Unteren Muschelkalk, Zechstein, in Karbon- und Rotliegend-Sedimenten, im gefalteten Paläozoikum, in basisch-intermediären Permokarbon-Magmatiten, variskischen Intrusiva sowie in Migmatiten und Gneisen auf.

Sehr hohe Werte (P 90: > 80 %) wurden in Quartärschichten (Kiese u. Sande), im Tertiär des Molassebeckens, im Ober- und Mittelkeuper, im gesamten Buntsandstein und in den sauren Permokarbon-Magmatiten (insbesondere in Quarzporphyren) angetroffen.

Die niedrigsten 90. Perzentilwerte treten in den weitgehend reinen Kalksteinserien auf. Kleinere SiO₂-Gehalte gehen hier häufig auf biogene SiO₂-Anreicherungen durch Kieselalgen, Schwämme oder Radiolarien zurück. In Sedimenten korrelieren SiO₂-Gehalte mit dem Ton- und Sandanteil. Die höchsten SiO₂-Gehalte weisen (Quarz‑)Sande und ‑Sandsteine auf, beispielsweise quartäre Sande, Molassesandsteine, Keupersandsteine und Buntsandstein.

Magmatische Gesteine werden u. a. durch ihren SiO₂-Gehalt klassifiziert: Gesteine mit 45–52 % SiO₂ werden als basisch, mit niedrigerem SiO₂-Gehalt als ultrabasisch, mit höherem Gehalt als intermediär und über 65 % SiO₂ als sauer bezeichnet. Der saure Rotliegend-Magmatismus hebt sich durch seinen Reichtum an SiO₂ vom basischen tertiären Vulkanismus deutlich ab. In basischen und ultrabasischen Gesteinen kann alles SiO₂ in Silikaten gebunden sein, es kommt dann nicht mehr zur Bildung von freiem Quarz. Im Gegensatz zu Quarz verwittern Silikate unter Oberflächenbedingungen in unterschiedlich starkem Maße. Für die Bodenbildung und dessen Anreicherung mit Nährstoffen besonders wichtig ist der Vorgang der wässrigen Lösung (Hydrolyse) von Feldspäten, bei der es zur Neubildung von Tonmineralen und zur Freisetzung von pflanzenverfügbaren Nährstoff-Kationen kommt. In grober Näherung ist deshalb der SiO₂-Gehalt eines Gesteins ein Anzeiger für den Nährstoffgehalt daraus hervorgehender Böden: Je weniger SiO₂ (= Quarzgehalt), desto mehr Silikate (auch Karbonate u. a.), desto höher der Nährstoffgehalt des künftigen Bodens.

Statistische Kennwerte für Silizium (SiO₂, in%) für die verschiedenen petrogeochemischen Einheiten in Baden-Württemberg: