Petrologisch-isotopengeochemische Charakterisierung (prä)archaischer Zirkonpopulationen des Kalahari Kratons (südliches Afrika)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projektes wurden umfangreiche U-Pb-Hf Isotopendatensätzen (sowie untergeordnet Spurenelementdaten und O-Isotopendaten) an Zirkonen aus magmatischen, metamorphen und insbesondere sedimentären Gesteinen verschiedener Terrane des Kalahari Kratons erstellt, insbesondere aus dem Swaziland, Witwatersrand, Pietersburg und Limpopo Belt „Terrane“. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen, dass die Sedimente des Limpopo Belts die ältesten detritischen Zirkone auf dem afrikanischen Kontinent enthalten. Diese wurden vor ca. 3.95 Ga, wahrscheinlich im Zuge der internen Aufarbeitung einer 4.4 Ga alten, hadaischen mafischen Protokruste irgendwo im Hinterland (Quelle unbekannt) gebildet. Die meisten detritschen Zirkone des Limpopo Belts entstanden aber erst bei der Aufarbeitung einer wesentlich jüngeren mafischen Kruste (maximum Alter 4.05 Ga). Die Aufarbeitung dieser jüngeren Kruste ist auch in den ältesten Granitoiden des Kalahari Kratons (im Swaziland Block) nachweisbar. Diese haben Intrusionsalter von 3.66 Ga und Hafium-Modellalter bis zu ca. 4.0 Ga. Eine weltweite Kompilation von Zirkon-Daten weist auf eine Lücke in der hadaischen Krustenentwicklung zwischen 4.4 und 4.1 Ga hin. Ob diese Lücke geologisch real ist, oder auf einen mangelnden Erhaltungszustand beruht, bleibt ungeklärt. Kombinierten U-Pb-Hf Datensätze weisen auch darauf hin, dass die Krustenbildung des Kalahari Kratons periodisch erfolgte, wobei eine deutliche Zonierung festgestellt werden kann. Untersuchungen an Granitoiden und Sedimentgesteinen zeigen eine deutliche Verjüngung in der Krusten-Entwicklung von Süd (Swaziland Block) nach Nord (Pietersburg Block) an. Unterschiedliche krustale „εHft-age arrays“, mit deutlich verschiedenen Modellaltern, weisen zudem auf eine zunächst eigenständige Entwicklung einzelner „Terranes“ hin, und dass diese wahrscheinlich erst nach Ihrer Bildung im Zuge horizontaler Krustenbewegungen (Plattentektonik) zusammengeschweißt wurden, wobei wenigstens 3 Kollisionsereignisse stattfanden, um ca. 3.2 Ga (Kollision zwischen Swaziland und Witwatersrand Block zum Proto-Kaapvaal Kraton), um 2.97 Ga (Akkretionierung vornehmlich juveniler Kruste des Pietersburg Terranes an den Proto-Kaapvaal Kraton), und um 2.7 Ga (Kollision des Limpopo Belts, Central Zone, mit dem Kaapvaal Kraton). Der Swaziland Block wurde wahrscheinlich durch die Akkretionierung von zumeist juvenilen Krustensegmenten zwischen 3.55 und 3.30 Ga gebildet. (Ultra)mafische Gesteine des Bushveld Komplexes enthalten Zirkone in interkumulus Domänen. Diese entstanden spätmagmatisch aus hochdifferenzierten Interkumulus-Schmelzen, bei der Abkühlung der jeweiligen Gesteine von 950 nach unter 670°. Die Zonierungsmuster weisen ferner darauf hin, dass die Zirkonbildung sowohl in geschlossenen als auch in offene magmatischen Systemen erfolgte. Die kombinierten Ergebnisse von detaillierter Petrologe, hochpräziser Altersdatierungen, und einer thermischen Modellierung belegen zudem, dass die Bildung und Abkühlung des Bushveld Komplexes (unter ca. 750°C) innerhalb von 1.02 ± 0.63 Millionen Jahre (zwischen ca. 2055.9 und 2054.9 Ma) erfolgt sein muß. Die Intrusion der >350.000 km^3 erfolgte dabei in weniger at 100 ka.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
(2014). The oldest zircons of Africa - Their U–Pb–Hf–O isotope and trace element systematics, and implications for Hadean to Archean crust–mantle evolution. Precambrian Research, 241, 203– 230
Zeh, A., Stern, R. & Gerdes, A.
-
(2011). Hafnium isotope record of the Ancient Gneiss Complex, Swaziland, southern Africa: evidence for Archaean crust-mantle formation and crust reworking between 3.66 and 2.73 Ga. Journal of the Geological Society of London, 168, 953-963
Zeh, A., Gerdes, A. & Millonig, L.
-
(2012). U-Pb and Hf isotope record of detrital zircons from gold-bearing sediments of the Pietersburg Greenstone Belt (South Africa) – Is there a common provenance with the Witwatersrand Basin? Precambrian Research, 204-205, 46-56
Zeh, A. & Gerdes, A.
-
(2013). Juvenile crust formation in the northeastern Kaapvaal Craton at 2.97 Ga—Implications for Archean terrane accretion, and the source of the Pietersburg gold. Precambrian Research, 233, 20– 43
Zeh, A., Jaguin, J., Poujol, M., Boulvais, P., Hallot, E., Block, S., Paquette, J.-L.
-
(2013). The Murchison Greenstone Belt, South Africa: accreted slivers with contrasting metamorphic conditions. Precambrian Research, 227, 77-98
Block, S., Moyen, J.-F., Zeh, A., Poujol, M., Jaguin, J., Paquette. J.-L.
-
(2013). Timing of deposition and deformation of the Moodies Group (Barberton Greenstone Belt, South Africa). Veryhigh-resolution of Archaean surface processes. Precambrian Research, 231, 236– 262
Heubeck, C., Engelhardt, J., Byerly, G. R., Zeh, A., Sell, B., Luber, T. & Lowe, D. R.
-
(2013). U-Pb and Hf isotope data of detrital zircons from the Barberton Greenstone Belt: Constraints on provenance and Archaean crustal evolution. Journal of the Geological Society of London. 170, 215-223
Zeh, A., Gerdes, A. & Heubeck, C.
-
(2014). HFSE-transport and U-Pb-Hf isotope homogenization mediated by Cabearing aqueous fluids at 2.04 Ga: constraints from zircon, monazite, and garnet of the Venetia Klippe, Limpopo Belt, South Africa. Geochimica et Cosmochimica Acta, 138, 81-100
Zeh, A. & Gerdes, A.
-
(2015). The Bushveld Complex was emplaced and cooled in less than one million years - results of zirconology and geotectonic implications, Earth and Planetary Science Letters, 418, 103-114
Zeh, A., Schaltegger, M., Wilson, A.H. & Schaltegger, U.
