Unter den erzgebirgischen Erzbergbaugebieten stellt das Berggießhübeler Revier eine geologische Seltenheit dar. Denn während der Bergbau in den meisten anderen Revieren auf Erzgängen (Annaberg, Freiberg, Marienberg, Schneeberg) oder Erzstöcken (Altenberg, Geyer) erfolgte, ging der Berggießhübeler Bergbau auf Erzlagern um. Diese weisen eine komplizierte Entstehungsgeschichte auf.

Im Allgemeinen stellen Erzlager schichtförmige, meist flach geneigte und bis zu mehrere Meter mächtige Erzvorkommen dar. Kennzeichnend ist ihre parallele Einschaltung in die Schichten des Nebengesteins. Erzlager folgen somit der Faltung des Nebengesteins, während Erzgänge diese Schichten quer durchsetzen.

Die Berggießhübeler Eisen- und Kupfererzlagerstätte ist Teil des Elbtalschiefergebirges, eines regionalgeologisch-tektonisch eigenständigen und vielfältigen Gesteinskomplexes. Dieser bildet den Übergangsraum zwischen dem Erzgebirge im Westen und dem Lausitzer Block im Osten und trennt die im Untergrund befindlichen Gneise des Osterzgebirges von den Graniten und Granodioriten der Westlausitz (mit der darauf liegenden bis zu 600 m mächtigen Sandsteindecke des Elbsandsteingebirges).

Blockbild des Elbtalschiefergebirges
(Quelle: Wagenbreth/Steiner: Geologische Streifzüge. Leipzig 1982)

Die geologische Entwicklung der Region reicht bis ins ausgehende Erdaltertum (Paläozoikum) und damit etwa 550 Millionen Jahre zurück. Zu diesem Zeitpunkt war das Gebiet um Berggießhübel Teil eines Meeres, auf dessen Grund sich mächtige Sedimentfolgen ablagerten. Unter dem Druck der aufliegenden Schichten verfestigten sich diese vor allen zu Grauwacken, Hornsteinen, Quarzsandsteinen und Tonsteinen. Untermeerische Vulkanausbrüche führten zum Entstehen von Diabasen und Diabastuffen. Das Meer wurde zudem von einer reichen Lebenswelt bevölkert. Aus den Schalen und Skeletten von Millionen abgestorbenen Organismen entstanden teilweise mehrere Meter mächtige Kalksteinschichten. Die Phase der Meeresbedeckung, Sedimentation und der Sedimentgesteinbildung umfasste mit einigen Unterbrechungen den Zeitraum von etwa 220 Millionen Jahre. Die Gesteine des Elbtalschiefergebirges gehören damit zu den ältesten Gesteinen Sachsens.

Vor etwa 315 Millionen Jahren setzten gebirgsbildende Ereignisse ein, die das Antlitz der Region um Berggießhübel völlig umgestalteten. Damals befand sich Sachsen im Kollisionsbereich zweier benachbarter Edplatten. Durch die Kollision wurden die alten Sedimentgesteinsschichten und die zwischengeschalteten Kalklager stark verformt, gefaltet sowie auf- und übereinandergeschoben. Das variskische Gebirge entstand. Die dabei herrschenden Drücke und Temperaturen waren so hoch, dass sich die sandigen Tonsteine zu kristallinen Schiefern und die Kalksteine zu Marmor umwandelten.

In der Endphase der variskischen Gebirgsbildung drang vor etwa 300 Millionen Jahren glutflüssiges Granitmagma entlang einer tektonischen Schwächezone in die Erdkruste ein und erstarrte zu Granit. Die bei der Erstarrung der Gesteinsschmelze freiwerdenden heißen wässrigen Minerallösungen drangen in Spalten, Risse und Klüfte des darüberliegenden Gesteins ein. Wo sie auf die Kalklager trafen, tauschten sie die Calcium- und Magnesiumkarbonate der Marmorlager gegen Eisen- und Buntmetallminerale aus. Dabei wurde ein Teil der Marmorlager zu Erzlagern insbesondere mit Magnetit (Fe3O4) und Chalkopyrit (CuFeS2 ) umgewandelt. Lokal und untergeordnet wurden die Erzlager und Nebengesteine auch mit schmalen Erzgängen durchsetzt, die unter anderen Silber (Ag) und Zinn (Sn) enthalten.

Durch Kontaktmetamorphose, Metasomatose, pneumatolytische und hydrothermale Prozesse bildeten sich im Berggießhübeler Untergrund eine Vielzahl verschiedenster metallischer und nichtmetallischer Verbindungen. Insgesamt wurden bislang fast 70 Mineralien festgestellt. Dazu zählen neben den bereits erwähnen Erzen insbesondere verschiedene Sulfide (u.a. Bornit (Cu5FeS4), Chalkosin (Cu2S)), Oxide und Hydroxide (u.a. Hämatit (Fe2O3), Cuprit (Cu2O)), Karbonate (u.a. Azurit (2(Cu2[(OH)2|CO3])), Malachit (Cu2[(OH)2|CO3])) und Silikate, aber auch seltenere Verbindungen wie Arsenate und Vanadate. Vereinzelt birgt die Lagerstätte auch auf den ersten Blick eher unerwartete Minerale wie Opal, Topas und gediegene Metalle, allerdings nicht in bauwürdiger Konzentration. Zu den wichtigsten Lagermineralien zählen zweifellos verschiedene Eisen- und Kupfererzverbindungen, die den Bergbau begründeten.

Geologen bezeichnen eine derartige Lagerstätte als Skarn-Lagerstätte. Skarne stellen im engeren Sinne Gesteine dar, die aus Kalkgestein beim Kontakt mit Magma metasomatisch, also durch Stoffwanderung im Sinne von Elementmobilisierung und anschließender Anreicherung entstanden sind. Die Kalkgesteine wirkten dabei als gute Katalysatoren. Die Berggießhübeler Lagerstätte weist somit eine besondere Entstehungsgeschichte auf, die insbesondere mit der Genese der Silber-, Kobalt-, Blei-, Zinn- und Uranerzvorkommen der anderen erzgebirgischen Lagerstätten nicht zu vergleichen ist. Diese Erzvorkommen entstanden nicht durch Stoffwanderungen, sondern in der Regel beim Eindringen einer hydrothermalen Minerallösung in schmale Spalten, Risse und Klüfte. Dabei kam es zum Auskristallisieren der Erzminerale in Form von unterschiedlich mächtigen Erzgängen.

Die Berggießhübeler Erzlager schwanken in ihrer Mächtigkeit meist zwischen etwa 0,1-6 m. Durch den Bergbau wurden bislang mehrere Dutzend verschiedene Erzlager entdeckt, von denen allein der Marie Louise Stolln auf einer Länge von 490 m insgesamt 5 überfährt. Unter ihnen weist das Mutter Gottes Lager abschnittsweise Mächtigkeiten von bis zu 11 m auf. Die hier beim Abbau entstandenen imposanten Weitungen können bei einer Befahrung des Besucherbergwerks besichtigt werden. Den Hauptbestandteil und das wichtigste Erz bilden Vorkommen von Magnetit, die mit einem Eisengehalt von bis zu 67 % äußerst hochwertig und gefragt waren. Hinsichtlich ihrer Reinheit und Ergiebigkeit war die Berggießhübeler Lagerstätte einzigartig in Sachsen.

Allerdings ließ sich das Erz aufgrund seiner Festigkeit bis zur Einführung des maschinellen Sprengens in den 1870er Jahren nur äußerst schwer abbauen. Über Jahrhunderte rangen die Knappen dem Gebirge nur wenige Zentimeter Erz pro Schicht ab. Neben der Hochwertigkeit und der Festigkeit ist es insbesondere der natürliche Magnetismus des Minerals, der bis heute fasziniert. Besucher des Marie Louise Stollns können während einer Befahrung selbst mittels eines Magneten auf Erzsuche gehen.

geologisches Normalprofil des Elbtalschiefergebirges

schematischer Schnitt durch den Marie Louise Stolln