Bildung und Zerfall des Kaapvaal Kratons zwischen 3.0 und 2.0 Ga – Neue Einblicke durch U-Pb-Hf Isotopenuntersuchungen von detritischen Zirkonen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projektes wurden umfangreiche U-Pb-Hf Isotopendatensätzen von detritischen Zirkonen (>4000) aus verschiedenen stratigraphischen Einheiten und Becken des Kaapvaal Cratons (KC) - (Pongola Becken, Transvaal Becken) und der Central Zone des Limpopo Belts systematisch erstellt, die neue Hinweise hinsichtlich der Bildung und des Zerfalls des KC und Amalgamierung mit dem Zimbabwe Kraton zwischen 3.4 und 2.0 Ga liefern. Im Einzelnen belegen die Ergebnisse die finale Kollision zwischen dem Kaapvaal und Zimbabwe Kraton zwischen 2.72 und 2.61 Ga unter Schließung eines ozeanischen Beckens nicht älter als 3.05 Ga. Sie belegen ferner, dass die Central Zone des Limpopo Belts ein „composite terrane“ darstellt, dass aus zwei grundlegenden Einheiten besteht. Einheit 1 repräsentiert dabei „reworked“ paläoarchaische Kruste (Hf-Modelalter > 3.3-3.5 Ga), die zwischen 3.40 bis 2.72 Ga eng mit dem Zimbabwe Craton verbunden war, und Einheit 2 „reworked“ mesoarchaische Kruste (Hf-Modelalter <3.05 Ga), die im Rahmen der 2. Limpopo Orogenese (um 2.64-2.61 Ga) bei der Kollision des KC und ZC mit eingefaltete und „granitisiert“ wurde. Zirkon U-Pb-Hf Spektren aus (Meta)sandsteinen des Transvaal Beckens belegen maximale Ablagerungsalter zwischen 2.69 und 2.07 Ga (Wolkburg Gruppe bis Dullstroom Formation), wobei es zu signifikanten Wechseln der Provenanz kam. Die klastischen Sedimente der Wolkburg Gruppe (2.69-2.62 Ga) stammen dabei vom umgebenden KC ab, während die der Duitschland/Rooihooghte bis Timeball Hill Formationen (2.35-2.26 Ga) die Existenz eines bis dato unbekannten, komplexen Hinterlandes belegen, bestehend aus mindestens 3 verschiedenen Terranen (JUNAT, HPCAT und CAT), die zwischen 2.51 und 2.35 Ga gebildet wurden bzw. aktiv waren, jedoch nach 2.22 Ga (Hekpoort bis Dullstroom Formation) kaum noch nachweisbar sind, was auf ein partielles Zerbrechen des proto-KC zwischen 2.26 and 2.22 Ga hindeutet. Ein εHft - Array deutet jedoch an, dass zumindest JUNAT zwischen 2.26 bis 2.07 Ga sukzessive magmatisch überprägt wurde (mit Peaks um 2.22 Ga und 2.10 Ga), und zu ca. 50 % zur Füllung des Transvaal Beckens beigetragen hat, zusätzlich zu Detritus aus dem Pietersburg Block des KC (ebenfalls ca. 50%). Vergleiche von Zirkon-Altersspektren aus der Transvaal Supergruppe mit ähnlich alten Sandsteinen des Pilbara Kratons (W-Australien) zeigen nur eine geringe Übereinstimmung, was ein deutliches Argument gegen die bestehende Vaalbara-Therorie ist. Zirkon U-Pb-Hf Spektren aus (Meta)sandsteinen des Pongola Beckens belegen einen deutlichen Wechsel der Provenanz während der Ablagerung der Mozaan Gruppe (zwischen Thalu und Delfkom Formation), was bisherige Korrelationen zwischen der Pongola und Witwatersrand Gruppe, basierend auf rein sedimentologischen Kriterien, in Frage stellt. Statistische Auswertungen belegen zudem nur geringe Übereinstimmung von Zirkon-Alterspektren aus Sandsteinen der Nsuze Gruppe und unteren Mozaan Gruppe mit solchen des Witwatersrand Beckens (mit Ausnahme der Orange Grove Formation), jedoch generelle Übereinstimmung von Spektren der oberen Mozaan Gruppe (Delfkom bis Ntanyana Formation). Letztere stimmen mit solchen aus der Central Rand Gruppe überein.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2019). Hafnium Isotopic Composition of the Bushveld Complex requires Mantle Melt - Upper Crust Mixing: New Evidence from Zirconology of Mafic, Felsic and Metasedimentary Rocks. Journal of Petrology, 60, 2169-2200
Zeh, A., Wilson, A.H., Gudelius, D., Gerdes, A.
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(2020). Zircon U-Pb-Hf isotope systematics of Transvaal Supergroup – constraints for the geodynamic evolution of the Kaapvaal Craton and its hinterland between 2.65 and 2.06 Ga. Precambrian Research, 345, 105760
Zeh, A., Wilson A.H., Gerdes, A.
