10 Subduktionszonen Metamorphose Kollisionsorogene.pdf

Metamorphose im Bereich vonKonvergenten Plattenrändern

Da im Bereich von Subduktionszonen kalte Krustesubduziert wird, liegt ein gegenüber der Umgebungniedriger geothermischer Gradient vor(i.d.R. < 10° C/km).Dieser Gradient bedingt eine für Subduktionszonencharakteristische Hochdruck/ Niedertemperatur-Metamorphose (HP/LT-Metamorphose).

Würden wir im Bereich der abgebildetenSubduktionszone eine Bohrung abteufen, sohätten wir in 100 km Tiefe eine Temperaturvon ca. 400° CGeothermischer Gradient = 4° C/kmFrisch and Meschede, 2005

Würden wir im Bereich der Subduktionszoneein Loch bohren, so hätten wir in 100 kmTiefe ca. 400° CGeothermischer Gradient = 4° C/kmBohren wir in die kontinentale Kruste, unterdie subduziert wird (Oberplatte), so habenwir 400°C schon in ca. 20 km TiefeGeothermischer Gradient = 20° C/kmFrisch and Meschede, 2005

Würden wir im Bereich der Subduktionszoneein Loch bohren, so hätten wir in 100 kmTiefe ein Temperatur von ca. 400° CGeothermischer Gradient = 4° C/kmBohren wir in die kontinentale Kruste, unterdie subduziert wird (Oberplatte), so habenwir 400°C schon in ca. 20 km TiefeGeothermischer Gradient = 20° C/kmBohren wir in die Oberplatte im Bereich desVulkanischen Bogens, so haben wir 400°Cschon in ca. 10 km TiefeGeothermischer Gradient = 40° C/kmFrisch and Meschede, 2005

40°C/km40°C/km20° C/km7° C/km20° C/km7° C/km

40°C/km40°C/km20° C/km7° C/km20° C/kmJe nachdem, welcher geothermischeGradient vorhanden ist, liegen andereDruck/Temperatur- (P/T)-Verhältnissevor, und danach richten sich diemetamorphen Mineralparagenesen.7° C/kmWir unterscheiden neben derKontaktmetamorphose- Hochdruck (HP)-Metamorphose- Mitteldruck (MP)-Metamorphose(Barrow-Metamorphose)- Niederdruck (LP)-Metamorphose(Abukuma-Metamorphose)

Gabbro/BasaltZeoPP GlauEklogitLP-MetamorphoseMP-MetamorphoseHP-MetamorphoseHochdruck (HP)-Metamorphose tritt im Bereich der abtauchenden Platte auf.Mit zunehmender Versenkungstiefe treten auf (a) anchimetamorphe Gesteinemit Zeolithen (Laumontit, Lawsonit) (b) schwach metamorphe Gesteine mitZoisit, Prehnit und Pumpellyit, (d) Glaukophanschiefer, (e) EklogitMitteldruck (MP)-Metamorphose tritt in der Oberplatte, abseits desMagmatischen Bogens, und im Rahmen der Kollision von Kontinenten aufNiederdruck (LP)-Metamorphose tritt im Bereich des Magmatischen Bogensauf

GabbroPlagioklasKlinopyroxen±OlivinBetrachten wir uns in denfolgenden Bild-Sequezen, welcheMinerale und Gesteine aus einemGabbro (oder Basalt) durchMetamorphose entstehen

GabbroPlagioklasKlinopyroxen±OlivinGlaukophanKyanit±Granat±JadeitGlaukophanschiefer, Ile de Groix, Frankreich

GabbroPlagioklasKlinopyroxen±OlivinLaumontitPumpellyitChloritZoisitGlaukophanKyanit±Granat±JadeitPyrop-GranatOmphacit±Kyanit±Phengit±Rutil

GabbroPlagioklasKlinopyroxen±OlivinLaumontitPumpellyitChloritZoisitChloritEpidotAlbitGlaukophanKyanit±Granat±JadeitPyrop-GranatOmphacit±Kyanit±Phengit±Rutil

GabbroPlagioklasKlinopyroxen±OlivinLaumontitPumpellyitChloritZoisitChloritEpidotAlbitHornblendePlagioklas(An>15)GlaukophanKyanit±Granat±JadeitPyrop-GranatOmphacit±Kyanit±Phengit±Rutil

Ultra-HP-Metamorphite kommenvor allem dann wieder zurOberfläche, wenn Kontinentemiteinander kollidieren.

α-QuarzCoesittrigonalDichte: 2,65 g/cm³monoklinDichte: 2,91 g/cm³Eckverknüpfte SiO 4 -Tetraeder bilden3 1 -Schraubenachsen um die trigonalec-Achse von Quarz. Jedes dieserTetraeder weist zusätzlich eineVerknüpfung zu zwei benachbartenSchrauben auf.Coesit besteht aus 4er-Ringen von SiO 4 -Tetraedern, die zu Ketten verknüpft sind.Diese Ketten (unterschiedliche farbigdargestellt!) sind weiter zu Schichtenverknüpft, so dass weitere 4-Ringe entstehen.

Hinweise auf UltrahochdruckmetamorphoseRelikte von Coesit nebenQuarz in Pyrop-Granat(Alpen, Dora-Maira-Massiv)Mikrodiamanteinschlüssein Zirkon(Erzgebirge)Chopin, 2003

Vorkommen von UltrahochdruckmetamorphitenChopin, 2003

Gabbro/BasaltZeoPP GlauEklogitLP-MetamorphoseMP-MetamorphoseHP-MetamorphoseDas Nebeneinander vonHochdruck (HP)-Metamorphose imBereich der eigentlichenSubduktionszone undNiederdruck (LP)-Metamorphoseim Bereich des MagmatischenBogens führt dazu, dass heuterund um den Pazifik metamorpheDoppelgütel (paired metamorphicbelts) vorliegen.HP-Gürtel (blau) liegt seewärtsLP-Gürtel (rot) liegt im Bereich desMagmatischen Bogens.Entfernung zwischen beidenGürteln = 100 – 250 km.Miyashiro, 1972

Da ein Teil der unterschiedlich tief subduzierten Gesteine wiederexhumiert wird, tritt innerhalb der metamorphen Gürtel häufig eineMetamorphosezonierung auf, die einen metamorphen Feldgradientenwiderspiegelt. Das Beispiel zeigt eine Zonierung im Sanbagawa-HP-Gürtel Japans

Akkretionsorogene

Inselbogen-Subduktion.mov

AccretionOfFragments.mov

An der Westküste von Nord-Amerikasind während der letzten 200 Mio. J.etliche Terranes (farbige Areale) nacheiner langen Reise durch den Pazifik‚gestrandet‘.Der alte Nordamerikanische Kraton isthierdurch gewachsen.Dargestellt ist auch die Ostgrenze desLaramischen Orogens, das vor 80 –40 Ma aktiv war (Kreide – Känozoikum).Die Terranes enthalten meistOzeanische Kruste.Ozeane und Kontinente, 1985

Plummer and McGearey, 1991

Kollisionsorogene

CollisionMountainRangeInt.mov

Bei Kontinent/Kontinent-Kollision trifft ein aktiver auf einen passivenKontinentalrand. Es trifft ein Akkretionsorogen mit allem was dazugehört (Trench,Magmat. Bogen) auf einen passiven Kontinentalrand.Sedimente der Tiefseerinee (Flysch, Grauwacken) treffen zusammen mitFlachwassersedimenten (Deltasedimente, Karbonatplattformen) des passivenKontinentalrandes.Es kommt zu Deckenüberschiebungen, Allochthon/AutochthonTektonischer Transport in Richtung Passiver Kontinentalrand (auf das Vorland),wo sich meist ein Vorlandbecken und ein Vorland-Falten/Überschiebungsgürtelmit thin-skinned-Tektonik entwickelt.Man kann diesen Teil des Orogens auch als Externzone oder Externidenbezeichnen. Die Krustenverdickung ist hier moderat.Im Gegensatz dazu in der Internzone des Orogens, wo thick-skinned-Tektonikdominiert. Hier ist die Krustenverdickung wesentlich intensiver als im Vorland.Nicht selten kommt es im finalen Stadium der Orogenese zur Bivergenz desOrogens.Ophiolithe, d.h. eingeklemmte Ozean-Kruste, die nicht subduziert, sondernobduziert wurde, dekorieren die Sutur zwischen den beiden Kontinenten. Häufigspricht man auch von der Wurzelzone des Orogens.Sutur = duktile Scherzone , meist steil bis subvertikal, entlang der Ozeane‚verschwunden‘ sind. In der Scherzone treten Gesteine auf von (a) passivemKontinentalrand, (b) aktivem Kontinentalrand (Arc-Vulkanite) und (c) Ophiolithe

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/a/af/India_topo_big.jpg

T i b e t – P l a t e a u

Blick nach Süden aus der International Space Station über das Tibet Plateau (Vordergrund) über den Himalaya.Makalu [links (8462 m)], Everest [Mitte (8848 m)] , Lhotse [Mitte (8516 m)] und Cho Oyu [rechts (8201 m)].http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/79/Himalayas.jpg

Frisch and Meschede, 2005

60 MaPaläozänSubduktion mit magmatischemBogen am KontinentrandEozänInitiale Kollision. Entstehung derMain central Thrust60-40 Ma30 MaOligozänAnhalten der Kollision.Steilstellung des Akkretionskeiles.ErosionMiozänHeraushebung des Hochgebirges,Magmatismus. Orogener Kollapsbei anhaltender N-S-Einengung20-10 Ma Molnar, 1986

60 MaPaläozänSubduktion mit magmatischemBogen am KontinentrandEozänInitiale Kollision. Entstehung derMain central Thrust60-40 Ma30 MaOligozänAnhalten der Kollision.Steilstellung des Akkretionskeiles.ErosionMiozänHeraushebung des Hochgebirges,Magmatismus. Orogener Kollapsbei anhaltender N-S-Einengung20-10 Ma Molnar, 1986

60 MaPaläozänSubduktion mit magmatischemBogen am KontinentrandEozänInitiale Kollision. Entstehung derMain central Thrust60-40 Ma30 MaOligozänAnhalten der Kollision.Steilstellung des Akkretionskeiles.ErosionMiozänHeraushebung des Hochgebirges,Magmatismus. Orogener Kollapsbei anhaltender N-S-Einengung20-10 Ma Molnar, 1986

60 MaPaläozänSubduktion mit magmatischemBogen am KontinentrandEozänInitiale Kollision. Entstehung derMain central Thrust60-40 Ma30 MaOligozänAnhalten der Kollision.Steilstellung des Akkretionskeiles.ErosionMiozänHeraushebung des Hochgebirges,Magmatismus. Orogener Kollapsbei anhaltender N-S-Einengung20-10 Ma Molnar, 1986

Nelson et al., 1996

Nelson et al., 1996

Frisch and Meschede, 2005

Rezenter Orogener Kollaps im Tibet-Himalaya-Orogen wird sichtbar anhand N-SverlaufenderGräben im Tibet-Plateau und Extensionsbewegungen (rote Striche)

Shockwave FlashObject

chaine_classNew.swf

Frisch and Meschede, 2005

http://pages.unibas.ch/earth/tecto/Members/Schmid/alps/schmid_html/Text_Schmid.html

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Die Grenze zwischen Afrikanischer und Eurasischer Platte befindet sich südlichvon Kreta (man beachte die unterschiedliche Wassertiefe)

Die konvergentePlattengrenze desHellenischen Bogens istdurch zahlreicheErdbeben dekoriert

Der rezente Magmatische Bogen liegt nördlich von Kreta.Hier liegen vulkanische Inseln wie Santorin oder Milos20°EGREECEA e g e a nS e a40°NTURKEYPeloponneseAthensV O L C A N I CA R CRhodesC r e t a n S e aC R E T E35°NR I D G ELIBYAP L A T E250 km

Rezente Plattendrift im ägäischen Raum20°EGREECEA e g e a nS e a40°NTURKEYPeloponneseAthensV O L C A N I CA R CRhodesC r e t a n S e aC R E T E35°N20 mm/yrMeijer and Wortel andreferences thereinLIBYAR I D G EP L A T E250 km

N-S verlaufendes Profil durch den konvergenten Rand imostmediterranen RaumFassoulas, 2000

Vulkanruine SantoriniKreta und Inselnder Kykladen

Romano et al., 2006

Ä g ä i s c h e sM e e rIraklionL i b y s c h e sM e e r30 40 kmNeogenedRocks without post-Eocene Metamorphisma'Ophiolite' Flysch FlyschbHigh-PressureLow-TemperatureMetamorphic Rocks?Flyschb cb b?crystallineUppermostUnitPindosUnitTripolitzaUnitPhyllite-QuartziteUnitPlattenkalkUnit

Deckenbahn zwischen Phyllit-Quarzit-Serie (unten, rotgefärbte Schiefer)und Tripolitza-Serie (oben, massige Karbonate) in Ostkreta

Gefaltete Kalkstein/Chert-Lagen der Pindos-Serie (Mittelkreta

Boudinierter blauer Amphibol (Magnesio-Riebeckit) in Scherzone desPlattenkalk-Flysch (Ostkreta) zeigt HP-Metamorphose an0.5 mm

Geodynamische Entwicklung im östlichen mediterranenRaum seit der späten TriasSPK Try PQ Ty Tr Pi Pgca. 200 MaNca. 170 MaPgca. 100 Maca. 40 Maca. 30 Maca. 15 MaKCC = Kalavros crystalline complex, MCC = Mirsini crystalline complex, NA = northern Africa, Pg = Pelagonian unit,Pi = Pindos, PK = Plattenkalk/Talea Ori, PQ = Phyllite-Quartzite unit, Tr = Tripolitza, Try = Trypali, Ty = Tyros basin, VCC = Vai crystalline complexZulauf et al., 2007

Geodynamische Entwicklung im östlichen mediterranenRaum seit der späten TriasSPK Try PQ Ty Tr Pi Pgca. 200 MaNca. 170 MaPgca. 100 Maca. 40 Maca. 30 Maca. 15 MaKCC = Kalavros crystalline complex, MCC = Mirsini crystalline complex, NA = northern Africa, Pg = Pelagonian unit,Pi = Pindos, PK = Plattenkalk/Talea Ori, PQ = Phyllite-Quartzite unit, Tr = Tripolitza, Try = Trypali, Ty = Tyros basin, VCC = Vai crystalline complexZulauf et al., 2007

Geodynamische Entwicklung im östlichen mediterranenRaum seit der späten TriasSPK Try PQ Ty Tr Pi Pgca. 200 MaNca. 170 MaPgca. 100 Maca. 40 Maca. 30 Maca. 15 MaKCC = Kalavros crystalline complex, MCC = Mirsini crystalline complex, NA = northern Africa, Pg = Pelagonian unit,Pi = Pindos, PK = Plattenkalk/Talea Ori, PQ = Phyllite-Quartzite unit, Tr = Tripolitza, Try = Trypali, Ty = Tyros basin, VCC = Vai crystalline complexZulauf et al., 2007

Geodynamische Entwicklung im östlichen mediterranenRaum seit der späten TriasSPK Try PQ Ty Tr Pi Pgca. 200 MaNca. 170 MaPgca. 100 Maca. 40 Maca. 30 Maca. 15 MaKCC = Kalavros crystalline complex, MCC = Mirsini crystalline complex, NA = northern Africa, Pg = Pelagonian unit,Pi = Pindos, PK = Plattenkalk/Talea Ori, PQ = Phyllite-Quartzite unit, Tr = Tripolitza, Try = Trypali, Ty = Tyros basin, VCC = Vai crystalline complexZulauf et al., 2007

Geodynamische Entwicklung im östlichen mediterranenRaum seit der späten TriasSPK Try PQ Ty Tr Pi Pgca. 200 MaNca. 170 MaPgca. 100 Maca. 40 Maca. 30 Maca. 15 MaKCC = Kalavros crystalline complex, MCC = Mirsini crystalline complex, NA = northern Africa, Pg = Pelagonian unit,Pi = Pindos, PK = Plattenkalk/Talea Ori, PQ = Phyllite-Quartzite unit, Tr = Tripolitza, Try = Trypali, Ty = Tyros basin, VCC = Vai crystalline complexZulauf et al., 2007