K-Ar-Datierungen an detritischen Muskoviten und Sm-Nd-Modellalter prä- und synorogener schwach metamorpher Sedimente im Rhenoherzynikum - Grundlegende Daten zur Quantifizierung orogener Prozesse am Beispiel der Varisziden

Abstract

Die Kombination aus K-Ar-Abkühlaltern detritischer Muskovite, Sm-Nd-Modellaltern und geochemischen Untersuchungen ermöglicht die Unterscheidung von vier Krustensegmenten, die die klastischen Sedimente der mitteleuropäischen Varisziden lieferten. Es können für das Rhenoherzynikum und für Teile des Saxothuringikums Aussagen getroffen werden, ab wann und über welchen Zeitraum die Liefergebiete aktiv waren. Die isotopengeochemische Typisierungen geben grobe Auskünfte über die petrographische Komposition der Liefergebiete. Mit Hilfe dieser Daten sind weitreichende paläogeographische Rekonstruktionen möglich.In den Prä-Flysch-Serien des parautochthonen Rhenoherzynikums konnten silurische Abkühlalter von ca. 440 bis 420 Ma an detritischen Muskoviten vom tiefen Unterdevon bis in das Visé nachgewiesen werden. Isotopengeochemisch lassen diese Sedimente auf ein erstaunlich homogenes Liefergebiet schließen, das als verjüngte obere Kruste charakterisiert werden kann. Die Sedimente mit kaledonischen K-Ar-Altern werden als Schelfablagerungen am Südrand des Old-Red-Kontinentes angesehen, die den Abtragungsschutt spätkaledonischer Einheiten repräsentieren.Ab dem Oberdevon treten in den Flyschen der allochthonen Einheiten zwei unterschiedliche Alterssignaturen auf. Cadomisch/panafrikanisch geprägter Detritus mit K-Ar-Abkühlaltern von ca. 750 bis 500 Ma und frühvariszischer Detritus mit K-Ar-Altern von ca. 390 bis 370 Ma. In den Flyschen des Parauthochton konnten frühvariszisch geprägte K-Ar-Abkühlalter ab dem Unterkarbon bis in das Westfal nachgewiesen werden. Als Liefergebiet der Muskovite mit cadomischen Abkühlaltern wird Gondwana oder ein verwandtes Terrane angenommen. Anhand der isotopengeochemischen Untersuchungen ist es dabei möglich zwei Typen zu unterscheiden. Ein Liefergebiet entspricht durchschnittlicher oberer Kruste, wohingegen der zweite Typ von juvenilem Material beeinflußt ist. Der frühvariszisch geprägte Detritus ist isotopengeochemisch durch seine Heterogenität gekennzeichnet. Die Charakterisierung seines Liefergebietes reicht von stark verjüngter Kruste bis zu Arc-Magmatiten. Ein denkbares Liefergebiet wären Deckeneinheiten, die bei der Kontinent-Kontinent Kollision von Avalonia mit Armorika, möglicherweise schon bei der Subduktion angelegt und darauf sehr schnell gehoben wurden. Mit der Hebung werden auch Teile der cadomische Bedeckung erodiert und zusammen mit den frühvariszischen Einheiten überschoben.Die Post-Flysch-Sedimentation von spätvaristischen Muskoviten beginnt im Ruhrkarbon ab dem Namur B, wohingegen der Wechsel von früh- zu spätvariszischen K-Ar-Altern im Norddeutschen Oberkarbonbecken erst etwa im Westfal C stattfindet. Mit ca. 350 bis 330 Ma sind die K-Ar-Alter im Ruhrkarbon signifikant höher als im Norddeutschen Oberkarbonbecken mit ca. 330 bis 320 Ma. Isotopengeochemisch fällt diese Gruppe durch ihr enges Spektrum auf, das als deutlich verjüngte Oberkruste beschrieben werden kann. Das Liefergebiet könnte zu weiten Teilen aus syntektonischen Graniten bestanden haben die durch Krustenstapelung entstanden sind. Aus heutiger Sicht würde die Böhmische Masse als potentielles Liefergebiet in Frage kommen.Vergleichende Untersuchungen im Saxothuringikum haben gezeigt, daß dort nur drei tektonometamorphe Einheiten als Liefergebiete unterschieden werden können, da noch kein kaledonisch geprägter Detritus nachgewiesen wurde. Demnach muß zwischen dem Rhenoherzynischen und Saxothuringischen Becken bis in das Unterkarbon eine Barriere gelegen haben oder das Rhenoherzynische Becken hat den gesamten Abtragungsschutt der Kaledoniden aufgefangen. Die Prä-Flysch-Serien des Saxothuringikums bestehen spätestens seit dem Neoproterozoikum aus cadomisch/panafrikanisch geprägten Sedimenten. Die Flysch-Sedimentation mit frühvariszischen K-Ar-Altern setzt im Saxothuringikum etwa zeitgleich im Oberdevon bzw. Unterkarbon mit der im Rhenoherzynikum ein, konnte jedoch im Saxothuringikum nur bis in das hohe Visé und nicht wie im Rhenoherzynikum bis in das Oberkarbon nachgewiesen werden. Die Molasse des Saxothuringikums tritt mit spätvariszischen K-Ar-Altern im Visé deutlich früher auf als im Rhenoherzynikum (Namur bis Westfal). Sowohl über ihre K-Ar-Alter als auch anhand isotopengeochemischer Daten, lassen sich die drei tektonometamorphen Einheiten nicht von denen aus dem Rhenoherzynikum unterscheiden. Aus diesem Grund werden auch die selben Liefergebiete angenommen.