An unusually complete suite of eclogite types: Eclogite xenoliths from the Zero kimberlite, South Africa

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden die Eklogitxenolithe des Zero Kimberlites untersucht, die aufgrund ihrer Vielfalt an Paragenesen und ihres Alters eine aussergewöhnliche Xenolithsuite darstellen. Der Zerokimberlit intrudierte zusammen mit 11 weiteren nichtdiamantführenden Kimberliten vor 1.6 Milliarden Jahren am Westrand des Kaapvaal Kratons in der Kurumanprovinz (Südafrika), welche die älteste Kimberlitprovinz auf dem Kaapvaal Kraton ist. Gefördert wurden neben einem aussergewöhnlichen Disthen-Eklogit, bimineralische Eklogite sowie eher selten auftretende Orthopyroxen-führende Eklogite mit und ohne Sanidin. In allen Paragenesen tritt aus Klinopyroxen entmischter Granat auf. In den Orthopyroxen-führenden Eklogiten tritt ebenfalls Orthopyroxen und, wenn vorhanden, auch Sanidin entmischt aus Klinopyroxen auf. Das ungewöhnliche Vorkommen von Quarz-, Klinopyroxen- und Kalifeldspateinschlüssen in ideomorphen Granatkernen der Eklogite erscheint zunächst als Hinweis auf einen krustalen Ursprung, welcher allerdings im Kontrast zu den δ18O-Werten der Eklogite steht. Mit Werten zwischen 5.18 - 5.47 liegen diese, im Bereich des unkontaminierten Mantels und lassen damit auf eine Mantelherkunft schließen. Ohne die Herkunft der Eklogite näher zu betrachten, beschäftigt sich der erste Teil der Arbeit mit dem P-T-t-Pfad, den die Eklogitsuite beschreibt. Mit Hilfe von Thermobarometrie und dem rekonstruierten Kaliumgehalt in Klinopyroxen der präentmischten Sanidin führenden Eklogite, ließen sich zwei verschiedene Stadien der Eklogite im Erdmantel zurückverfolgen. Während die letzte Reequilibrierungsphase, bevor die Eklogite vom Kimberlit eruptiert wurden, bei etwa 950°C und 3.5 GPa (110km Tiefe) stattfand, deutet der ehemalige, erhöhte Kaliumgehalt der Sanidin Eklogite, welcher als Hochdruckindikator gilt, darauf hin, daß die Xenolithe aus einem Druckbereich von mindestens 6 GPa (min. 180 km Tiefe) stammen. Der 2. Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Genese der Zero Eklogitxenolithe. Generell wird die Herkunft von Eklogitxenolithen in der Literatur noch immer kontrovers diskutiert, die dabei entweder als Hochdruck- oder Niedrigdruckkumulate interpretiert werden. Untersuchungen der Spurenelemente an Mineralen aller Eklogitparagenesen ergaben, daß es sich bei den Zero-Eklogiten um fraktionierte Kumulate handelt. Die Eklogite zeigen generell sehr niedrige Spurenelementkonzentrationen, wobei die "Seltenen Erden" entweder sehr nahe am primitiven Mantel liegen, oder dem Mantel gegenüber sogar abgereichert sind. Eine Anreicherung an "Leichten Seltenen Erden", die in vielen Eklogiten zu beobachten ist, läßt sich auf eine Metasomatose zu einem späten Zeitpunkt zurückführen. Positive Eu-Anomalien die durch den Hinweis auf Plagioklas im Protolith als Indikatoren einer Niedrigdruckgenese gelten, treten lediglich im Disthen Eklogit und im bimineralischen Eklogit Z323 auf, nicht aber in den anderen Eklogiten. Demgegenüber liefern erhöhte Cr und Ni Gehalte in einigen Orthopyroxen-führenden Eklogiten, Hinweise auf primären Olivin oder Cr-Spinel im Protolith. Die geringen Spurenelementkonzentrationen, inklusive der niedrigen Nb, Ta, Zr und Hf Gehalte scheinen charakteristisch für die Eklogitsuite zu sein. Um der Frage nachzugehen, ob es sich bei den Eklogiten um Hoch oder Niedrigdruckkumulate handelt, wurden Haupt- und Spurenelementmodellierungen kombiniert, die zeigen, dass die Eklogite durch fraktionierte Kristallisation von einem pikritischen Magma gebildet wurden, dessen maximale Entstehungstiefe bei 1.8 GPa lag. Magmen aus größeren Tiefen sind MgO reicher und damit komatiitisch und führen weder bei fraktionierter Kristallisation bei Hochdruck noch bei niedrigen Drücken zu Kumulaten eklogitischer Zusammensetzung. Die modellierten Kumulate, die mit der Chemie der Zero-Eklogite die größte Übereinstimmung zeigten, wurden bei maximalen Tiefen von 1.0-1.5 GPa fraktioniert. Weiterhin zeigte die Modellierung, daß für eine eklogitische Zusammensetzung zumindest geringe Mengen an Plagioklas notwendig sind und Protolithe von Eklogiten deshalb nicht außerhalb des Plagioklasstabilitätsfeldes gebildet wurden und von daher nicht, wie oft in der Literatur behauptet aus großen Tiefen stammen können. Die Rekonstruktion des P-T-t-Pfades der Eklogite läßt insofern Rückschlüsse auf die Geologische Situation am Westrand des Kaapvaal Kratons zu, als daß der Grund für die Eklogitisierung, bzw. den Versatz der Zero Eklogite von mindestens 150 km in die Tiefe des Erdmantels, die Kollision des Kheis-belts mit dem Westrand des Kaapvaal Kratons im Verlauf der Kheis Orogenese (vor ca. 1.75 Milliarden Jahren) war.