Ein Neues Magmatisch-Tektonisches Modell Zur Asthenosphärendynamik Im Bereich Der Zentralandinen Subduktionszone Südamerikas
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Institut für Geowissenschaften Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät der Universität Potsdam Ein neues magmatisch-tektonisches Modell zur Asthenosphärendynamik im Bereich der zentralandinen Subduktionszone Südamerikas Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades "doctor rerum naturalium" (Dr. rer. nat.) in der Wissenschaftsdisziplin Mineralogie/Geochemie eingereicht im März 2008 an der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam von Dipl.-Geol. Peter Pilz Online veröffentlicht auf dem Publikationsserver der Universität Potsdam: http://opus.kobv.de/ubp/volltexte/2008/2020/ urn:nbn:de:kobv:517-opus-20206 [http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-20206] Gegen Mittag begannen wir den mühseligen Aufstieg der Peuquenes-Kette und erlebten zum ersten Mal ein wenig Schwierigkeiten mit der Atmung. Die Maultie- re hielten alle fünfzig Yard an, und nachdem sie sich einige Sekunden ausgeruht hatten, liefen die armen willigen Tiere von allein weiter. Die Kurzatmigkeit durch die dünne Luft wird von den Chilenen puna genannt, und sie haben ganz lächer- liche Vorstellungen von ihrem Ursprung. Manche sagen: „Hier haben alle Was- ser puna“, andere: „Wo Schnee liegt, da ist puna“ – und das ist zweifellos richtig. ...Die Bewohner empfehlen gegen die puna allesamt Zwiebeln, und da dieses Gemüse in Europa zuweilen gegen Brustbeschwerden verabreicht wird, kann es möglicherweise wirklich von Nutzen sein. Als wir die Kuppe erreichten und zurückblickten, bot sich uns ein prachtvoller Blick. Die Luft strahlend klar, der Himmel ein intensives Blau, die tiefen Täler, die wilden, zerklüfteten Formen, die Trümmerhaufen, angehäuft im Vergehen der Zeit, das buntfarbene Gestein, abgesetzt von den stillen Schneebergen – dies alles erzeugte eine Szene, wie sie sich niemand hätte vorstellen können. Weder Pflanzen noch Vögel, bis auf einige Kondore, welche um die höheren Spitzen ihre Kreise zogen, lenkten meine Aufmerksamkeit von der unbelebten Masse ab. Ich war froh, dass ich allein war: Es war, als betrachte man ein Gewitter oder lauschte bei vollem Orchester einem Chor des Messias. Charles Darwin (1839) in: „Die Fahrt der Beagle“ INHALTSVERZEICHNIS Kurzfassung ......................................................................................................... 1 Abstract ............................................................................................................... 4 Resumen ............................................................................................................... 7 1 Einleitung ..................................................................................................... 10 1.1 Forschungsgegenstand ............................................................................................... 10 1.2 Problemstellung .......................................................................................................... 10 2 Geologie ........................................................................................................ 13 2.1 Die andine Geologie im Überblick ............................................................................ 13 2.2 Die Zentralanden ........................................................................................................ 16 2.2.1 Das Altiplano-Puna-Plateau ................................................................................... 18 2.2.1.1 Die Mechanismen der Plateau-Bildung ........................................................... 19 2.2.1.2 Die tektonische Entwicklung der Puna ............................................................. 22 2.2.1.3 Die geologische Entwicklung der Puna............................................................ 23 2.2.2 Die zentralandine magmatische Entwicklung ........................................................ 25 3 Gesteinsprobennahme ................................................................................. 29 3.1 Beschreibung der einzelnen Vorkommen................................................................. 29 3.1.1 Vulkansysteme und monogenetische Zentren in der N-Puna ................................. 29 3.1.2 Monogenetische Zentren in der Arizaro-Region .................................................... 29 3.1.3 Monogenetische Zentren in der Antofalla-Region ................................................. 30 3.1.4 Mono- und polygenetische Zentren nahe Antofagasta de la Sierra ........................ 31 3.1.5 Mantelxenolithe im Bereich des Salta-Beckens ..................................................... 31 4 Petrologie ...................................................................................................... 34 4.1 Petrographie ................................................................................................................ 34 4.2 Mineralchemie ............................................................................................................ 38 4.2.1 Angewandte Untersuchungsmethoden ................................................................... 38 4.2.2 Ergebnisse der Olivin-Analysen ............................................................................. 38 5 Gesamtgesteinsgeochemie ........................................................................... 44 5.1 Einleitung .................................................................................................................... 44 5.2 Angewandte Untersuchungsmethoden ..................................................................... 44 5.2.1 Gesteinsaufbereitung .............................................................................................. 44 5.2.2 Bestimmung der Haupt- und Spurenelemente mittels RFA ................................... 45 5.2.3 Bestimmung der Spurenelemente mittels ICP-MS ................................................ 45 5.2.4 Bestimmung der Seltenen-Erden-Elemente mittels ICP-OES ............................... 46 5.2.5 Bestimmung der Sr-, Nd- und Pb-Isotopenverhältnisse mit TIMS ........................ 46 5.3 Hauptelemente ............................................................................................................ 46 5.4 Spurenelemente .......................................................................................................... 51 5.4.1 Kompatible Elemente ............................................................................................. 51 5.4.2 Inkompatible Elemente .......................................................................................... 53 5.4.3 Die Strontium-, Neodym- und Blei-Isotopie.......................................................... 59 5.4.3.1 Das Rb-Sr-System als geochemischer Tracer .................................................. 59 5.4.3.2 Das Sm-Nd-System als geochemischer Tracer ................................................ 60 5.4.3.3 Die Sr-Nd-Signatur der Back-arc-Laven ......................................................... 61 5.4.3.4 Das U/Th-Pb-System als geochemischer Tracer ............................................. 63 5.4.3.5 Die Pb-Signatur der Back-arc-Laven .............................................................. 63 5.5 Diskussion der geochemischen Untersuchungsergebnisse ..................................... 67 5.5.1 Der Ursprung und Umfang der Kontamination ..................................................... 67 5.5.2 Die Magmenquelle der Back-arc-Vulkanite .......................................................... 69 5.5.3 Der Einfluss subduktionsgenerierter Fluide ........................................................... 72 5.5.4 Die geotektonische Differenzierung der Back-arc-Vulkanite ................................ 74 6 Edelgasgeochemie ........................................................................................ 77 6.1 Einleitung .................................................................................................................... 77 6.1.1 Die Edelgase und ihre Isotope ............................................................................... 78 6.1.1.1 Helium .............................................................................................................. 78 6.1.1.2 Neon ................................................................................................................. 80 6.1.1.3 Argon ................................................................................................................ 82 6.1.1.4 Krypton ............................................................................................................ 83 6.1.1.5 Xenon ............................................................................................................... 83 6.2 Die Edelgasreservoire der Erde ................................................................................ 84 6.2.1 Edelgase in der Atmosphäre .................................................................................. 84 6.2.2 Edelgase in der Erdkruste ...................................................................................... 86 6.2.3 Edelgase im Erdmantel .......................................................................................... 87 6.2.3.1 Mantel-Helium ................................................................................................. 88 6.2.3.2 Mantel-Neon .................................................................................................... 92 6.2.3.3 Mantel-Argon ................................................................................................... 96 6.2.3.4 Mantel-Krypton