Plattentektonik. Wolfgang Frisch
Читать онлайн книгу.
– wie in Oman (Kap. 5) – obduziert und direkt zugänglich werden.
Die Bildung der Lagerstätten steht mit der Öffnung des Roten Meeres in Zusammenhang. Die Salzlaugen stellen ein ideales Milieu dar, um die Erzgehalte heißer wässriger Lösungen, die aus der Tiefe aufsteigen, zu fällen. Der Salzgehalt stammt aus den miozänen Salzen, die im Zentralgraben zwar fehlen, aber auf der ausgedünnten kontinentalen Kruste am Boden des Roten Meeres abseits des Zentralgrabens liegen. Die basaltischen Laven, die entlang der Achse des Roten Meeres ausfließen, heizen das Tiefenwasser auf und bedingen die hohen Temperaturen, die die Löslichkeit der Metalle erhöhen. Die Metallgehalte stammen vermutlich zum Teil aus den Basalten. Die Isotopenzusammensetzung des Schwefels in den Sulfiden (das Verhältnis der Isotope Schwefel-34 zu Schwefel-32) legt aber nahe, dass die Erz- und Schwefelgehalte zu einem Teil aus der präkambrischen Kruste der angrenzenden Kontinentschollen stammen. Dort gibt es Lagerstätten des Kuroko-Typs, die typischerweise zusammen mit sauren Vulkaniten über Subduktionszonen gebildet werden und reich an Buntmetall-Sulfiden und Gold sind (Kap. 7).
Somit kommen im Roten Meer mehrere Faktoren zusammen, die zur Anreicherung der Erzschlämme führten: die hohen Temperaturen, die einen wichtigen Faktor für die Lösung der Metalle darstellen und durch den Magmatismus der neu gebildeten Spreizungsachse bedingt sind; die Verfügbarkeit von Erzen aus der neu gebildeten ozeanischen bzw. der alten kontinentalen Kruste; das Salz aus dem Grabenstadium, das Laugen mit einem hohen spezifischen Gewicht hervorbringt und zur Erzfällung beiträgt; und die tiefen Senken, die für die Laugen Fallen bilden. Das Meerwasser zirkuliert in den Störungssystemen bis tief in die Krustengesteine hinein, aus denen es die Metalle herauslöst. Die Erzvorräte in einer dieser Senken, der „Atlantis-II-Tiefe“ (Abb. 3.17), werden auf 3 200 000 t Zink, 800 000 t Kupfer, 80 000 t Blei, 4500 t Silber und 45 t Gold geschätzt [Seibold & Berger 1982].
Abb. 3.16: Blockbild der Region des Roten Meeres. Die Grabenin-Graben-Struktur mit den hoch liegenden Grabenschultern an Land und dem zentralen Grabenspalt auf ozeanischer Kruste in der Mitte des Roten Meeres kommt topographisch deutlich zum Ausdruck. Im Schnitt durch die südliche Afar-Senke ist die kontinentale Kruste nicht durchgerissen.
Abb. 3.17: Spreizungsraten im Roten Meer und im Golf von Aden [DeMets et al. 1990]. Der zentrale Grabenspalt im Roten Meer ist grün umrandet. Die Atlantis-II-Tiefe ist eine von mehreren Senken darin, die erzreiche Schlämme enthalten.
Das Dehnungsfeld der Basin-and-Range-Provinz
Kontinentale Grabenbrüche sind lang gestreckte Zonen, die eine auf den Grabenbereich gebündelte Dehnungszone darstellen und den Zerfall eines Kontinents einleiten können. Es gibt aber auch breite Dehnungsfelder, die von hintereinander gestaffelten Gräben gekennzeichnet sind. Dies ermöglicht eine entsprechend größere Gesamtzerrung der kontinentalen Kruste, ohne dass diese auseinander bricht und sich neue ozeanische Kruste bildet. Zwischen den Gräben können Horste entwickelt sein, das sind stehen gebliebene oder infolge geringerer Ausdünnung nur wenig abgesenkte Schollen. Ein solches Graben-Horst-Feld bildet z. B. der Untergrund des Pannonischen Beckens, der im Miozän und Pliozän eine bedeutende West-Ost-Dehnung erfuhr (Kap. 13).
Zum anderen können Metamorphe Dome, das sind buckelförmige Aufbrüche aus tieferen Stockwerken der Kruste, Rücken zwischen Senken bilden. Metamorphe Dome entstehen durch asymmetrische Grabenbildung (Abb. 3.4b). Ein riesiges Dehnungsfeld, das aus Metamorphen Domen und grabenartigen Senken besteht, ist die Basin-and-Range-Provinz in den westlichen USA (Abb. 3.1). Die Basin-and-Range-Provinz, die ebenfalls in West-Ost-Richtung gedehnt wurde und bis zu 600 km breit ist, umfasst eine Fläche, die in etwa der von Frankreich (550 000 km2) entspricht. Auf einer Reliefkarte wie einer geologischen Karte kommt die Basin-and-Range-Provinz sehr deutlich zum Ausdruck, weil die lang gestreckten Aufbrüche und Senken sehr unterschiedliche Gesteine enthalten: der Erosion ausgesetzte metamorphe Gesteine in den Aufbrüchen, angeschwemmte Sedimente mit dem Abtragungsschutt der Hochzonen in den Gräben (Abb. 3.18).
Abb. 3.18: Reliefkarte und geologische Skizze der Basinand-Range-Provinz in Nordamerika. Die Aufbrüche des metamorphen Sockels stellen vielfach Metamorphe Dome dar.
Während die Great Plains und das Colorado-Plateau in den zentralen und westlichen USA eine übernormal dicke Kruste von 40 – 50 km Mächtigkeit aufweisen, besitzt die angrenzende Basin-and-Range-Provinz nur eine um 30 km dicke Kruste. Vor ihrer Bildung war die Basin-and-Range-Provinz Teil des Colorado-Plateaus, das heute ein Hochplateau mit einer durchschnittlichen Höhe von 2000 m darstellt. Im Miozän, vor etwas weniger als 20 Millionen Jahren, kollabierte ein Teil dieses Plateaus, die Kruste dehnte sich und verminderte in einem dramatisch anmutenden geologischen Prozess ihre Mächtigkeit um durchschnittlich etwa 15 km. Schweremessungen und seismische Untersuchungen zeigen, dass die Basin-and-Range-Provinz von einem Kissen anomal leichten, heißen und teilweise geschmolzenen Mantelmaterials unterlagert wird. Sie ist zudem durch einen hohen Wärmegradienten ausgezeichnet.
Die Basin-and-Range-Provinz liegt in der Verlängerung des Ostpazifischen Rückens, der im Golf von Kalifornien an die Nordamerikanische Platte stößt (Abb. 2.10). Die Zone aufsteigender Mantelströme wurde hier vom nordamerikanischen Kontinent überfahren, was zu einer komplexen plattentektonischen Situation führte. Die im mittleren Tertiär überfahrene Wärmequelle des Ostpazifischen Rückens sorgte dafür, dass die Kruste darüber aufgeheizt und in größerer Tiefe aufgeweicht wurde, so dass sie schließlich unter ihrem Eigengewicht kollabieren konnte. Der Kollaps war mit einer erheblichen W-O-Dehnung verbunden. Die Dehnung erfolgte in der tieferen Kruste durch duktiles Fließen, in der Oberkruste (oberhalb ca. 12 – 15 km Tiefe) durch bruchhafte Verformung, die für die Entstehung von zahlreichen Schollen verantwortlich ist, die entlang gekrümmter Störungen verkippt wurden.
Eine andere Deutung geht davon aus, dass die Wärmequelle unter der Basin-and-Range-Provinz von aufsteigenden Mantelströmen stammt, die an der Subduktionszone der Farallon-Platte ausgelöst wurden [Scholz et al. 1971]. Die Farallon-Platte war einst jene Platte, die östlich des Ostpazifischen Rückens anschloss und heute in die Nazca-, Cocos- und Juan-de-Fuca-Platte (Abb. 1.2) zerfallen bzw. großteils subduziert ist. Über einer Subduktionszone bildet sich ein aufsteigender Mantelstrom (Kap. 7). Dieser Strom hätte sich unter der kontinentalen Lithosphäre gestaut. Als der Ostpazifische Rücken an die Subduktionszone stieß und sich die San-Andreas-Störung bildete, hätte der kompressive Druck auf die Nordamerikanische Platte nachgelassen und die starke Krustendehnung über der Wärmequelle ermöglicht. Dieses Modell ist insofern weniger wahrscheinlich, als Magmen, die über Subduktionszonen für längere Zeit aufsteigen, die Lithosphäre durchdringen und einen heftigen und chemisch charakteristischen Vulkanismus auf der Kruste darüber erzeugen.
Das asymmetrische Dehnungsmodell (Abb. 3.4b) kann die Entstehung der Basin-and-Range-Provinz gut erklären. Die Metamorphen Dome zwischen den