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Ophiolithe

Ophiolith
Ophiolith

Semail-Ophiolith des Hajar-Gebirges, nahe Muskat in Oman

Thomas Krassmann


Terminologie

Ophiolithe

  • sind eine Abfolge ultramafischer und mafischer Magmatite. Es wird angenommen, dass sie die Äquivalente ehemaliger ozeanischer Lithosphärenbereiche (insbesondere der ozeanischen Kruste) darstellen.
  • sind auf verschiedene Weise durch Obduktion auf kontinentale Kruste aufgebrachte Fragmente ozeanischer Lithosphäre (spezifisch der ozeanischen Kruste), deren vor allem basische und ultrabasische Gesteinsserien des Ozeanbodens im Zuge einer Ozean-Kontinent-Kollision (Bsp. Anden) auf das Festland geschoben („obduziert“) wurden. Der Begriff ophiolithisch wird allerdings auch für Deckenkomplexe verwendet, die keinen direkten Bezug mehr zur ozeanischen Kruste haben, sondern nur typisch für Ozean-Kontinent-Kollisionen sind. Ophiolithkomplexe sind damit grundsätzlich allochthon.
  • treten weltweit auf, sind aber in ihrem Vorkommen eng mit Orogenbildungen assoziiert. Zeitlich können sie rund 2 Milliarden Jahre bis ins Paläoproterozoikum zurückverfolgt werden.
  • In Kollisionsorogenen liegen als Decken auftretende Ophiolithkomplexe meist polymetamorph vor, da sie subduktionsbedingt zunächst einer Hochdruck-Niedrigtemperatur-Metamorphose (aus den basischen Anteilen können so z.B. Blauschiefern entstehen) unterworfen waren, auf die bei der orogenen Einengung eine Regionalmetamorphose folgte.
  • führen häufig wirtschaftlich bedeutende Erzlagerstätten mit z.B. hohen Konzentrationen an Chrom, Kupfer oder Nickel.

Ethymologie

Die Wortschöpfung Ophiolith leitet sich ab vom Altgriechischen und ist zusammengesetzt aus ὄφις (ophis) = Schlange und λίθος (lithos) = Stein, um grüngefärbte Gesteine mit schlangenähnlicher Textur (vorwiegend Serpentinite, aber auch Spilite) zu bezeichnen. Sie wurde 1813 zum ersten Mal von Alexandre Brongniart für eine Vergesellschaftung von Grüngesteinen in den Alpen verwendet (für Serpentin-haltige Gesteine mit Diabasen). Später (1905 und 1927) modifizierte der deutsche Geologe Gustav Steinmann den Begriff dahingehend, dass neben den Serpentiniten von nun an auch Kissenlaven und Radiolarite mit enthalten waren (die so genannte Steinmann-Trinität).


Stratigraphie und Definition

Die stratigraphische Sequenz, welche wir an Ophiolithen beobachten, hängt ab von den Lithosphäre-bildenden Prozessen an mittelozeanischen Rücken (MOR). Ein Ophiolithkomplex besteht im Idealfall aus den großen Gesteinseinheiten der ozeanischen Kruste. Ihre Abscherung und der tektonische Transport erfolgen meist an serpentinisierten Zonen des ultrabasischen Komplexes, da das Mineral Serpentin leicht zergleitet.

Vom Hangenden zum Liegenden einer vollständigen Ophiolithabfolge gehören

  • Marine Sedimentgesteine (rote Tone, pelagische Kalke oder Radiolarite) seit der Krustenbildung. Die marinen Sedimente bestehen aus den für hochmarine Ablagerungen typischen, pelagischen Gesteinen – vorwiegend Tiefseetone, feine Kalkschlämme, Cherts, Radiolarite und Turbidite.
  • Extrusive Sequenz

    • Basische Vulkanite (meist als spilitisierte (Spilitisierung) Laven im unteren Teil stark von feinkörnigen Gabbro-Gängen durchsetzt). Unter den Sedimenten liegen magmatische Gesteine der ozeanischen Kruste (Kissenlaven einer Ophiolithsequenz im nördlichen Apennin, Italien). Im Hangenden extrusive Lagen aus Kissenlaven, deren Zwischenräume durch Meerwasserkontakt mit Hyalit bzw. Hyaloklastit (den Bruchstücken der Glashaut der einzelnen Kissen) und marinen Sedimenten gefüllt sind, wobei der Anteil der Sedimentverfüllung zum Liegenden hin abnimmt.
Ophiolith - Idealisierte Sequenz
Ophiolith - Idealisierte Sequenz

Ophiolith-Sequenz am Beispiel des Samail Ophiolite (Oman); Zeichnung nach C. Coleman, 1981;
Journal of Geophysical Research, v. 86, p. 2497-2508

C. Coleman
  • Intrusive Sequenz
  • Basische Intrusivgesteine wie gebänderte oder massige Gabbros und Norite (die plutonitischen Äquivalente der Basalte)

Sie sind wesentlich grobkörniger, da sie aufgrund der langsameren Erstarrung mehr Zeit hatten, große Kristalle auszubilden. Sie lassen sich in zwei Typen unterteilen: in höheren Lagen isotrope, fraktionierte Gabbros, die ihrerseits Geschichtete Gabbros (engl. layered gabbros), gebildet durch Kumulatkristallisation einer Magmakammer, überlagern. Ein Kuriosum stellt in diesem Bereich das Auftreten einzelner saurer Intrusiva wie beispielsweise Plagiogranite, Diorite oder Tonalite dar, zumal keine intermediären Gesteine vorliegen.

    • Ultrabasische Komplexe mit häufig stark tektonisierten Harzburgiten, Duniten und Lherzolithen (Mantelgesteine), oft durchsetzt von basischen Gängen.

Mineralogisch gesehen bestehen die basischen Gesteine der ozeanischen Kruste vorwiegend aus Plagioklas und Pyroxenen (Klino- und Orthopyroxen). Unter den Magmatiten, die lithologisch noch zur ozeanischen Kruste gehören, folgen die Gesteine des lithosphärischen Erdmantels. Die Grenze zwischen beiden Einheiten wird als lithologische Moho bezeichnet.

Zur Abfolge im Einzelnen: Die meisten Ophiolithkomplexe sind jedoch nur selten vollständig entwickelt und weisen daher nur Teile der klassischen Abfolge auf. Infolge tektonischer Zerscherung (ophiolithische Mélange) können Teile der Abfolge fehlen. Sie kann auch primär unvollständig sein, so dass Tiefseesedimente stratigraphisch über Serpentinit oder Ophicalcit liegen, wie im Falle tektonischer Denudation des Mantels bei der Entwicklung des Rifts zum Ozean.

Während der Penrose-Ophiolith-Feldkonferenz 1972 wurde der Begriff "Ophiolith" dahingehend redefiniert, dass unter Ophiolith nur die o.a. magmatischen Gesteine beinhaltet sind, jedoch nicht die Sedimente der Kruste, auf welcher sie aufliegen.

Kissenlava
Kissenlava

Kissenlava (pillow basalt); nahe dem Bahnhof von Zbraslav SE von Prag, CZR;
Die Lava ist ca. 600 Ma.

Chmee2
Gabbro
Gabbro

Charakteristischer Gabbro

James St John
Flacher Basalt-Dyke
Flacher Basalt-Dyke

Sheet basalt dykes;
Lord Howe Island

Granitethighs
Dunit
Dunit

Dunit (grünlich) und Hornblende-/Pyroxen-Peridotite in einem typischen Ultramafit-Komplex Carratraca, Provinz Malaga, Spanien

Collector

Problematische Zuordnung des Bildungsraumes

Im Zuge der Entwicklung der Plattentektonik gegen Ende der 1950er und Anfang der 1960er Jahre setzte sich die Vorstellung durch, dass Ophiolithe mit dem durch die magnetischen Arbeiten von Frederick Vine und Drummond Matthews 1963 untermauerten Prinzip der Ozeanbodenspreizung an mittelozeanischen Rücken (MOR) in unmittelbarer Verbindung stehen. Hinzu kam, dass auch die Untersuchungen im Jahr 1968 von Ian Graham Gass an den vertikalen Gangscharen des Troodos-Ophioliths in Zypern eine Ozeanbodenspreizung nahelegten. Diese von E. M. Moores und F. Vine 1971 erneut aufgegriffene Schlussfolgerung wurde bis in die 1980er Jahre allgemein akzeptiert.

Die konvergenten Suprasubduktions-Ophiolithe lassen sich in zwei Typen unterteilen:

  • Alpinotype Ophiolithe (Tethys-Ophiolithe) hervorgegangen aus dem Tethysraum
  • Kordilleren-Ophiolithe des Pazifikraumes

Diese beiden Ophiolithtypen unterscheiden sich grundlegend durch die Art ihrer Platznahme: die alpinotypen Ophiolithe wurden auf einen passiven, teils verdünnten Kontinentalrand obduziert, wohingegen ein Großteil der Kordilleren-Ophiolithe durch den unterschobenen Akkretionskeil passiv herausgedrückt wurden (engl. accretionary uplift).

Natürlich bilden sich Ophiolithe auch an divergenten ozeanischen Spreizungszentren, an Hotspots und an Tiefseebergen, sowie im Interarc- und im Backarc-Bereich, sie werden aber nur in seltenen Fällen obduziert und bleiben daher auch nur selten erhalten. Als Beispiele für ozeanische Spreizungszentren können der Ligurische Ophiolith und der Franziskanische Ophiolith angesehen werden.

Entscheidend dürfte letztendlich das Ausmaß des partiellen Aufschmelzens im oberen Erdmantel sein, wobei das Spektrum von einem relativ niedrigen Schmelzgrad an Spreizungszentren (Ligurischer Typus mit Lherzolith als Mantelgestein) zu wesentlich höheren Graden bei Suprasubduktionsophiolithen (Yakuno-Typus mit Klinopyroxen-führendem Harzburgit und Papua-Typus mit Klinopyroxen-freiem Harzburgit) reicht. Hierzu parallel geht die Entwicklung der abgesonderten basaltischen Magmen einher: sie verläuft von Alkalibasalten oder Aluminium-reichen Basalten (MORB) über Aluminium-arme Basalte (Inselbogentholeiite) hin zu Boniniten und Magnesium-reichen Andesiten. ?>


Zeitliche Entwicklung


Im Verlauf der Erdgeschichte erfolgte die Subduktion von ozeanischer Kruste und somit die Bildung von Ophiolithen nicht gleichmäßig sondern pulsartig. So treten Ophiolithpulse statistisch gehäuft im Neoproterozoikum (Cryogenium) um 750 Ma, im Paläozoikum an der Wende Ordovizium/Silur um 450 Ma und im Mesozoikum an der Wende Jura/Kreide um 150 Ma auf.

Jeder dieser Ophiolithpulse kann mit großen Gebirgsbildungsphasen korreliert werden. So ereignete sich in etwa zeitgleich zum Maximum des Cryogeniums die Panafrikanische Orogenese; die frühpaläozoischen Ophiolithe erscheinen zeitgleich mit den kaledonischen Gürteln der Appalachen, Kaledoniden und des Urals, wohingegen die mesozoischen Ophiolithe im Alpen-Himalaya-Gürtel dominieren. Die zirkumpazifischen Gürtel enthalten Ophiolithe, die den letzten beiden Pulsen angehören. Dokumentiert werden somit lang anhaltende, kontinuierliche Gebirgsbildungsprozesse im Pazifikraum, die auf Subduktion ozeanischer Kruste mit einhergehender Akkretion beruhen. Sie stehen im Gegensatz zu den relativ kurzlebigen, episodisch verlaufenden Kontinentkollisionen.


Vorkommen

Ophiolithe können meist in Suturzonen angetroffen werden. Hierbei werden nach abgeschlossener Subduktion ozeanische Krustenabschnitte zwischen kollidierende Kontinente, Kontinentfragmente oder Inselbögen eingelagert. Das wohl berühmteste Beispiel für Ophiolithe (Semail-Ophiolith) liegt im Oman und in den Vereinigten Arabischen Emiraten, wo die ehemalige ozeanische Platte des Neotethysraums auf die Arabische Platte geschoben wurde. Weitere bedeutende Vorkommen finden sich in Zypern, Südspanien, der Schweiz, Marokko, Neuguinea, Neufundland und in Kalifornien.


Troodos in Zypern

Das Troodos-Gebirge, auch Troodos (griechisch Τρόοδος, türkisch Troodos Dağları) liegt auf der Insel Zypern. Die höchste Erhebung ist der Olympos - auch Chionistra genannt - mit 1.952 m. Das Gebirge ist vulkanischen Ursprungs. Troodos ist das am gründlichsten erforschte ophiolithische Bergmassiv der Welt. Wie kaum ein anderes Gebirge hat es die geologischen Theorien über die Entstehung der Ozeane und die lithosphärischen Platten beeinflusst. Vor etwa 90 Millionen Jahren am Grund eines riesigen Ozeans entstanden, bildet das ophiolithische Massiv heute das Fundament der Insel und damit auch des Troodos. Plutonite aus Tiefen von zwei bis sechs km unter dem Grund des Ur-Ozeans sind häufig zu finden.

Troodos-Ophiolith
Troodos-Ophiolith

Troodos-Ophiolith; vor etwa 92 im Thethys -Meer
Lisa Tauxe , Scripps Institution of Oceanography

Lisa Tauxe

Semail-Ophiolith in Oman

Der Semail-Ophiolith des Hajar-Gebirges in Oman und in den Arabischen Emiraten ist ein großes Stück Plattenrand ozeanischer Kruste (arabische Platte), welches aus vulkanischen und ultramafischen Gesteinen des oberen Erdmantels besteht, welche als Ophiolith auf die kontinentale Kruste überschoben wurde. Sie liegt in der östlichen Ecke der Arabischen Halbinsel und hat eine Ausdehnung von ca. 100.000 km2. Mittels U-Pb-Datierungsmethoden fand man, dass der Semail-Ophiolith in der späten Kreide gebildet wurde. Der Semail-Ophiolith ist wegen seiner reichen Kupfer- und Chrom-Erzkörper eine wichtige Rohstoffquelle.

Semail-Ophiolith im Oman
Semail-Ophiolith im Oman

Karte des Semail-Ophioliths im Oman

Archiv: Peter Seroka
Ophiolith-Gürtel im Oman
Ophiolith-Gürtel im Oman

Jebel Shams, Al Hajar-, im Ophiolith-Gürtel von Oman

Andries Oudshoorn

Bou Azzer in Marokko

Bou Azzer liegt auf einem präkambrischen Grundgebirge mit einer silikatisch-karbonatischen Decke, welche an eine tektonisch remobilisierte und rekonzentrierte meteorische Verwitterung gebunden ist. Der Bou Azzer Inliner zeigt einen Ausschnitt eines Panafrikanischen Orogengürtels, der umlagert wird von paläozoischen Hüllserien. Die hydrothermal gebildeten Co-As(-Au)-Vererzungen sind innerhalb von Quarz-Karbonat-Gängen entlang der Grenzen, bzw. grundsätzlich an steilstehenden Störungen im Kontakt zu neoproterozoischen Mantelperidotiten (serpentinisierte Harzburgite und Dunite), Quarz-Dioriten und präkambrischen sedimentären und vulkanischen Gesteinen konzentriert.

Antigorit-Serpentinit  aus der Ophiolit-Sequenz von Bou Azzer
Antigorit-Serpentinit aus der Ophiolit-Sequenz von Bou Azzer

Antigorit-Serpentinit mit oberflächlichem gelben Antigorit; Alter: Präkambrisch (600-3.900 Ma; Fundort: Bou Azzer, Jebel Saghrao-Ausläufer, Marokko

Collector
Ophiolith von Bou Azzer Bou Azzer
Ophiolith von Bou Azzer Bou Azzer

Ausschnitt aus dem sich fast 70 km erstreckenden;
Kobalt-Nickel-Lagerstättenbezirk Bou Azzer;
im Anti-Atlas, Marokko

Tom Spirifer

Alpinotype Ophiolithe

Zu den alpinotypen Ophiolithen des Oberen oder Hoch-Penninikum (Piemont, Ligurien) zählen die südpenninischen, die zusammen mit Bündnerschiefern und Radiolariten (ein typisches Tiefseesediment) vorkommen. Ein weiteres charakteristisches Gestein des Penninikums ist der Helminthoiden-Flysch. Bei den Ophiolithen handelt es sich um die nicht der Subduktion zum Opfer gefallenen Reste der Tethys, daher kommt ihnen große Bedeutung als Beweis der Existenz ozeanischen Lithosphärenmaterials zu. Solche größeren Ophiolithmassen bilden in den Alpen auch einige Gipfel, der bekannteste ist der Großglockner in den Hohen Tauern in Österreich

Ophiolith-Komplex
Ophiolith-Komplex

Ophiolith - Kissenlava in den nördlichen Apenninen, Italien

Qfl247
Großglockner
Großglockner

Der Großglockner in den Hohen Tauern

Tomasz Muszer

Literatur

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Einordnung