miniatur|hochkant=1.5|Ausdehnung des Zechsteinbeckens vor ca. 255 Millionen Jahren (rot umrandet) im Vergleich zur aktuellen Geographie Mitteleuropas miniatur|Das Tote Meer im Grenzbereich Israel-Jordanien-Westjordanland, ein übersalzenes Gewässer in einer heißen Wüste. So ähnlich könnte es von Zeit zu Zeit vor über 250 Millionen Jahren am Ufer des Zechsteinmeeres ausgesehen haben. Das Zechsteinmeer war ein flaches Epikontinentalmeer, das im späten Perm (Lopingium) vor etwa 258–250 Millionen Jahren im heutigen Mitteleuropa bestand. Es erstreckte sich mit einer Fläche von ungefähr einer Million Quadratkilometern, also mehr als dem Doppelten der Fläche des Schwarzen Meeres, vom heutigen England bis ins heutige Baltikum und vom heutigen nördlichen Nordseeraum bis ins heutige Südwestdeutschland. Das Sedimentbecken, das zu einem Großteil vom Zechsteinmeer bedeckt war, wird Zechsteinbecken genannt. Es repräsentiert die früheste Phase in der Geschichte des Germanischen Beckens.
Entstehung des Zechsteinmeeres miniatur|Aufschluss mit Rotliegend-Sedimenten, die von den untersten Schichten der Werra-Formation („Mutterflöz“, Kupferschiefer und basales Werra-Karbonat)Reinhard E. Gast: Cornberg outcrops revisited (Hessen, Germany): The depositional environment of its saurian tracks and Weissliegend Sandstones. Meyniana. Bd. 46, 1994, S. 67 (Abb. 3) überlagert werden, in der Schiefergasse in Gera-Milbitz, Thüringen miniatur|„Lot’s Wife“ („Lots Weib“), ein Brandungspfeiler in der Marsden Bay nahe Newcastle, Nordost-England. Der Felsen besteht aus dem Dolomit des britischen stratigraphischen Pendants des Staßfurt-Karbonats. Es handelt sich hierbei um eine Wechsellagerung aus sehr feinkörnigen, geringmächtigen Mikriten und grobkörnigeren, mächtigeren Kalkturbiditlagen.Bernard Cooper: A Classic Southern North Sea Analogue. GeoExPro, Bd. 7, 2010, Nr. 5 (HTML-Version) Nach der variszischen Gebirgsbildung im Oberkarbon begann die Abtragung des variszischen Gebirges. Die entsprechenden Sedimente (Molasse), die zwischen Oberkarbon und Mittelperm im nördlichen Gebirgsvorland sowie in kleineren Becken im Inneren des Gebirges abgelagert wurden, rötliche Sandsteine und Konglomerate, werden Rotliegend genannt. Im Oberperm senkten sich dann weite Bereiche des Gebirgsstockes ab und bildeten zusammen mit dem ehemaligen Vorland eine ausgedehnte Ebene, das Germanische Becken bzw. dessen Vorläufer, das Zechsteinbecken. Mehr oder weniger gleichzeitig entstand zwischen Norwegen und Grönland, damals unmittelbar benachbart, weil der Nordatlantik erst mehr als 150 Millionen Jahre später entstehen sollte, ein Grabenbruch. Durch diesen drang das Meer von Norden bis nach Mitteleuropa vor und überschwemmte die Ebene. Dieser Meereseinbruch ist in der Gesteinsabfolge Mitteleuropas als Zechstein-Transgression überliefert. Dabei kommen die frühesten Ablagerungen des Zechsteinmeeres sowohl auf Rotliegend-Sedimenten zum Liegen als auch direkt auf gefalteten vorpermischen Gesteinen des variszischen Gebirges. In letzterem Fall spricht man von der Zechstein-Diskordanz.
Namensgebend für Meer und Becken sind die darin hinterlassenen bzw. enthaltenen Ablagerungen, die lithostratigraphisch unter der Bezeichnung Zechstein zusammengefasst werden. Sie bestehen zu einem Großteil aus Gips und Steinsalz (Halit), die zur Sedimentklasse der Evaporite gehören, und sind heute im Untergrund Mitteleuropas weit verbreitet. Die evaporitreichen Ablagerungen des Zechsteins werden auch als Zechstein-Salinar bezeichnet. Demgegenüber stehen klastische Ablagerungen der Küstenebene des Zechsteinmeeres (Randfazies), die keine Evaporite enthalten.
Zechstein-Transgression und Kupferschiefer
Traditionell wurde das sogenannte Zechstein-Konglomerat, ein Sediment, das durch die Aufarbeitung (Erosion und Wiederablagerung) älterer (vor-oberpermischer) Gesteine im Bereich der vorrückenden Küstenlinie des Zechsteinmeeres entstanden ist, als erstes geologisches Zeugnis der Zechstein-Transgression betrachtet. Da es aber bereits im Ablagerungszeitraum des Rotliegend kleinere Meereseinbrüche in Mitteleuropa gab und ein Zechstein-Konglomerat dort, wo Rotliegend-Ablagerungen in Zechstein-Ablagerungen übergehen, von unterlagernden Rotliegend-Konglomeraten schwer zu unterscheiden ist, gilt formal nunmehr der Kupferschiefer als älteste Ablagerung des Zechsteinmeeres.M. Menning, B. Schröder, E. Plein, T. Simon, J. Lepper, H.‐G. Röhling, C. Heunisch, K. Stapf, H. Lützner, K.‐C. Käding, J. Paul, M. Horn, H. Hagdorn, G. Beutler, E. Nitsch: Beschlüsse der Deutschen Stratigraphischen Kommission 1991–2010 zu Perm und Trias von Mitteleuropa. Zeitschrift der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften, Bd. 162, 2011, Nr. 1, S. 1–18, DOI:10.1127/1860-1804/2011/0162-0001 ( [PDF; 2,2 MB] des Manuskripts beim GFZ Potsdam)Josef Paul: Weißliegend, Grauliegend und das Zechstein-Konglomerat: die Rotliegend/Zechstein-Grenze. In: Deutsche Stratigraphische Kommission (Hrsg.; Koordination und Redaktion: H. Lützner und G. Kowalczyk für die Subkommission Perm-Trias): Stratigraphie von Deutschland X. Rotliegend. Teil I: Innervariscische Becken. Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften, Bd. 61, 2012, S. 707–714 (Abstract) Der Kupferschiefer, ein Schwarztonstein, der vor allem wegen seiner Erz- und Fossilführung bekannt ist, repräsentiert eine Phase des raschen Anstiegs des Meeresspiegels (engl.: maximum flooding) mit sehr geringen SedimentationsratenFrank Becker, Thilo Bechstädt: Sequence stratigraphy of a carbonate-evaporite succession (Zechstein 1, Hessian Basin, Germany). Sedimentology. Bd. 53, 2006, Nr. 5, S. 1083–1120, DOI:10.1111/j.1365-3091.2006.00803.x (d. h., es dauerte relativ lange, bis eine relativ geringe Menge an Sediment abgelagert war). Erst nachdem sich der Meeresspiegelanstieg verlangsamte und die Ablagerung des Zechstein-Salinars einsetzte, erhöhten sich die Sedimentationsraten z. T. drastisch.
Entstehung des Zechstein-Salinars Die Evaporit-Ablagerungen konnten sich bilden, weil in der Region des Zechsteinbeckens sehr trockenes und warmes Klima herrschte (→ arides Klima). Durch hohe Verdunstungsraten und aufgrund der nur schmalen Verbindung des Meeres zum Ozean im Norden erhöhte sich allmählich die Konzentration der im Meerwasser gelösten Salze. Diese Salze fielen entsprechend ihrer Löslichkeit aus, zunächst die schwer löslichen Karbonate (Kalkstein, vermutlich nachfolgend diagenetisch in Dolomit umgewandelt) und Gips (diagenetisch in Anhydrit umgewandelt), dann das mengenmäßig dominierende Natriumchlorid (als Halit) und zuletzt die Kalium- und Magnesiumchloride und -sulfate (allgemein als Kalisalze oder Edelsalze bezeichnet). Hin und wieder erfuhr das Meerwasser z. B. aufgrund einer vorübergehenden Abschwächung der Trockenheit eine Aussüßung und die progressive Ausfällung (Ausfällung von schwer löslich zu leicht löslich) kehrte sich um (rezessive Ausfällung: von leicht löslich zu schwer löslich) oder brach ganz ab, um nach erneuter Zunahme der Trockenheit wieder einzusetzen. Der Zeitraum zwischen Einsetzen und Unterbrechung der Ausfällung bzw. die dementsprechende Gesteinsabfolge heißt Eindampfungszyklus. Durch fortwährende, allmähliche Absenkung des Beckengrundes (Subsidenz) und den Wechsel zwischen trockeneren und feuchteren Perioden entstand so über die Jahrmillionen eine stellenweise mehr als 1500 Meter mächtige Abfolge, in der mehrere Eindampfungszyklen dokumentiert sind. Da sie die extremsten Bildungsbedingungen haben, sind die heute als Rohstoff besonders begehrten Schichten aus Kalisalz (Kali-Flöze) nicht mächtiger als drei bis acht Meter. Die Ablagerungen zweier Eindampfungszyklen sind im Idealfall durch Tonsedimente voneinander getrennt, die dem jeweils jüngeren Eindampfungszyklus zugerechnet werden und vermutlich in besonders starken Aussüßungsphasen abgelagert wurden. mini|links|Generalisiertes, schematisches Profil des Zechsteins des nördlichen Harzvorlandes. Man beachte, dass die Werra-Folge (Werra-Formation) hier nur Anhydrit und kein Stein- oder Kalisalz führt und dass die Zyklen z5-z7 keine nennenswerten Evaporitmengen enthalten.
Klassisch werden vier Haupt-Eindampfungszyklen, repräsentiert durch vier Salinar-Folgen, unterschieden:Gerhard Richter-Bernburg: Stratigraphische Gliederung des deutschen Zechsteins. Zeitschrift der Deutschen Geologischen Gesellschaft. Bd. 105 (Jahrgang 1953), 1955, S. 843–859 ()
Aller-Zyklus (z4) bzw. Aller-Formation (zA) Leine-Zyklus (z3) bzw. Leine-Formation (zL) Staßfurt-Zyklus (z2) bzw. Staßfurt-Formation (zS) Werra-Zyklus (z1) bzw. Werra-Formation (zW)
Vor allem im Untergrund Norddeutschlands und der Nordsee lassen sich noch drei weitere Salinar-Zyklen nachweisen: Ohre-Zyklus/-Formation (z5/zO), Friesland-Zyklus/-Formation (z6/zFr) und Fulda-Zyklus/-Formation (z7/zFu), die aber in Mächtigkeit und Evaporitführung bei weitem nicht an die vier Haupt-Zyklen/-Formationen heranreichen. Der Zyklus z7 wurde vormals erachtet durch die Mölln-Folge repräsentiert zu sein.Gerhard Best: Die Grenze Zechstein/Buntsandstein in Nordwest-Deutschland nach Bohrlochmessungen. Zeitschrift der Deutschen Geologischen Gesellschaft. Bd. 140, 1989, S. 73–85 () Mittlerweile ist letztere als Mölln-Subformation in den oberen Teil der Friesland-Formation integriert worden und somit Bestandteil des 6. Zyklus (der tiefere Teil der Friesland-Formation wird als Eider-Subformation bezeichnet). Der 7. Zyklus wird nunmehr durch die Fulda-Formation repräsentiert, die wiederum weitgehend identisch mit der Bröckelschiefer-Folge älterer Literatur ist.
Wie die weitgehende Beschränkung der Folgen z5-z7 auf Norddeutschland und den Nordseeraum zeigt, ist nicht überall im Zechsteinbecken die Zechstein-Serie gleich mächtig oder gleichartig ausgebildet. So wird des Weiteren während des ersten Eindampfungszyklus die Edelsalz-Phase nur im Werra-Becken (daher auch als Werra-Formation oder Werra-Zyklus bezeichnet) im heutigen Hessen und Thüringen, im Niederrhein-Becken (Nordrhein-Westfalen) und im sogenannten Peribaltischen Becken im Bereich der russischen Exklave Kaliningrad erreicht. Hingegen werden in den folgenden Zyklen (Staßfurt und Leine) Kalisalze in diesen Teilbecken nicht mehr abgelagert, sondern in ausgedehnten Bereichen des zentralen Zechsteinbeckens. Ursache hierfür könnte sein, dass zum einen diese drei Teilbecken während des Werra-Zyklus jeweils durch eine relativ stark ausgeprägte Schwelle vom Rest des Zechsteinmeeres, wo die Konzentration der gelösten Stoffe offenbar geringer war, abgegrenzt waren, und zum anderen, dass während der nachfolgenden Zyklen die Subsidenz in den drei Teilbecken geringer war, sodass diese bereits vor Erreichen der Kalisalz-Phase weitgehend verlandet waren. In frühen Phasen der Eindampfungszyklen bildeten sich Karbonate (z. T. mit Riffen) vorwiegend in den flachsten Meeresteilen, nahe den Beckenrändern sowie in den Schwellenbereichen.
Leben im Zechsteinmeer miniatur|300px|Wodnika (Lebendrekonstruktion), eine Hai-Gattung, die auch im Zechsteinmeer lebte Mehrzellige Lebewesen gab es im Zechsteinmeer wohl nur während der Phasen, in denen das Meerwasser nicht extrem übersalzen war. Fossilien treten daher nur in den jeweils untersten Schichten der Eindampfungszyklen auf, in den Ton- und Karbonatgesteinen.