Petrologie und Geochronologie von Granuliten der Central Zone des Limpopo Belts (Südafrika)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die kombinierten petrologischen, isotopengeochemischen und geochronologischen Ergebnisse an den verschiedenen Xenolithen weisen darauf hin, dass es im Bereich der Kruste-Mantel Grenze des Limpopo Belts (Tiefe >40 km) Granat-Pyroxenite (Eklogite) gibt. Bei diesen handelt es sich wahrscheinlich um Relikte einer sehr alten ozeanischen Kruste, die bereits im Paläoarchaikum >3.3 Ga gebildet wurde (Hafnium-Modellalter TDM=3.3 Ga). Niedrige Na- und Al-Gehalte der Pyroxene der Eklogit Proben deuten jedoch darauf hin, dass die ursprüngliche MORB Kruste durch nachfolgende Schmelzprozesse verändert wurde (möglicherweise im Zuge von „slab melting“ unter Bildung von TTG’s um 3.26 Ga = Sand River Gneise). Im Neoarchaikum, um 2.65 Ga, wurden dann ein Teil der modifizierten MOR-Basalte (Eklogite) mit inkompatiblen Elementen (Zr, Hf, K, Ba, LREE, S, u.a.), sowie mit großen Mengen Phosphor erneut angereichert, was sich in enormen Apatitgehalten (ca. 8 vol.%) sowie im Auftreten der akzessorischen Phasen Zirkon, Monazit, Allanit I, Biotit, Pyrrhortin und Baryt widerspiegelt. Eine teilweise Zufuhr der inkompatiblen Elemente durch wässrige fluide Phasen kann dabei nicht ausgeschlossen werden. Hinweise für eine Schmelzphase gibt es nicht. Nach bzw. während der Anreicherung mit inkompatiblen Elementen, wurde dann das beobachtete Gleichgewichtsgefüge mit der Paragenese gebildet. Das Timing der (Wieder)Anreicherung ist klar durch das U-Pb Zirkon Alter von 2.65 Ga (Zirkon- Generation I) festgelegt. Dieser Zirkon wurde nach seiner Bildung jedoch durch pseudomorphe Alterationsprozesse z.T, stark verändert (Domänen II und III), wobei das U-Th-Pb System gestört, die Hf Isotopie jedoch erhalten blieb. Im Zuge der strukturell-metamorphen Aufarbeitung des Limpopo Belts im Paläoproterozoikum, um 2.06 bis 2.02 Ga, wurden die angereicherten „Eklogite „ erneut überprägt, was zur partiellen Bildung von Zirkon-Rändern mit erhöhten 176Hf/177Hf Werten führte. Damit verbunden erfolgte wahrscheinlich ein intensiver „reset“ der U-Th-Pb Alter vieler Zirkone (Domänen I bis III) und möglicherweise auch von Monazit und Thorit. Dieser Prozess erfolgte offenbar zeitgleich mit der amphibolitfaziellen Metamorphose, die an den anstehenden Gesteine im Bereich der Venetia Kimberlit-Grube festgestellt wurde. Die Wärmezufuhr hängt möglicherweise mit der Intrusion des Bushveld Komplexes um 2.06 Ga zusammen. Zwischen der paläoproterozischen Überprägung, um 2.0 Ga, und der Platznahme der Kimberlite um 530 Ma, kam es anscheinend zu weiteren Veränderung der „Eklogite“, wobei sich entlang von Korngrenzen, Andradit, Hämatit und Kupferkies, sowie Ilmenit um Rutil, und neue Generationen von Allanit und Monazit und schließlich Brabantit bildeten. Die Alterscluster der Monazite weisen dabei auf Ereignisse um 1.72, 1.42 und um 0.89 Ga hin, wobei die geologische Signifikanz dieser Ereignisse bislang unklar ist. Um 530 Ma, wurden die „Eklogit“Xenolithe dann mit dem Kimberlit-Magma Richtung Erdoberfläche transportiert, und dabei frakturiert. Diese Frakturen wurden anschließend mit Dolomit verfüllt, und es kam zur abschließenden Reaktion von Dolomit + Zirkon zu Diopsid + Baddeleyit, sowie zur Bildung von Perowskit um Rutil.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2008). Paleoarchean (3.3 Ga) mafic magmatism and Paleoproterozoic (2.02 Ga) amphibolite-facies metamorphism in the Central Zone of the Limpopo Belt: New geochronological, petrological and geochemical constraints from metabasic and metapelitic rocks from the Venetia area. South African Journal of Geology, 111, 387-408
Chudy, T., Zeh, A., Gerdes, A., Klemd, R. & Barton, J. M. Jr.
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(2008). U-Pb and Lu-Hf isotope record of detrital zircon grains from the Limpopo Belt – evidence for crustal recycling at the Hadean to early-Archean transition. Geochimica et Cosmochimica Acta, 72, 5304–5329
Zeh, A., Gerdes. A., Klemd, R., Barton, J. M. Jr.
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(2009). Archean Accretion and Crustal Evolution of he Kalahari Craton – the Zircon Age and Hf Isotope Record of Granitic Rocks from Barberton/Swaziland to the Francistown Arc. Journal of Petrology, 50, 933-966
Zeh, A., Gerdes. A., Barton, J. M. Jr.
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(2009). Zircon formation versus zircon alteration – new insights from combined U-Pb and Lu-Hf in-situ LA-ICP-MS analyses, and consequences for the interpretation of Archean zircon from the Limpopo Belt. Chemical Geology 261, 230-243
Gerdes, A. & Zeh, A.
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(2010). Decompressional heating of the Mahalapye Complex (Limpopo Belt, Botswana): A Response to Paleoproterozoic Magmatic Underplating? Journal of Petrology, 51, 703-729
Millonig, L., Zeh, A., Gerdes, A., Klemd, R. & Barton, J. M. Jr.
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(2010). U-Th-Pb and Lu-Hf systematics of zircon from TTG’s, leucosomes, anorthosites and quartzites of the Limpopo Belt (South Africa): constraints for the formation, recycling, and metamorphism of Paleoarchean crust. Precambrian Research, 179, 50-68
Zeh, A., Gerdes. A., Barton, J. M. Jr., Klemd, R.
