Palaeozoic and Mesozoic Palaeomagnetism of South America: Results from Peru, Bolivia, Argentina, and Brazil.

Published: July 1, 2004, 11 a.m.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit, wurden in verschiedenen Regionen S\xfcdamerikas detaillierte pal\xe4omagnetische Untersuchungen durchgef\xfchrt. Ziel dieser Arbeiten war die Erstellung einer hochaufl\xf6senden scheinbaren Polwanderkurve f\xfcr Gondwana im Pal\xe4ozoikum und eine Beschreibung der pal\xe4ogeographischen Entwicklung des pazifischen Gondwanarandes. In den zentralen Anden wurden ordovizische bis fr\xfch-triassische Sequenzen untersucht. Im einzelnen wurden folgende Regionen detailliert bearbeitet: die Subandine Zone, die \xf6stliche Kordillere, der Altiplano, die Famatina Ketten die argentinische Vorkordillere sowie das Paganzo Becken. Zus\xe4tzlich wurden Sedimente und Vulkanite pal\xe4ozoischen und kretazischen Alters auf dem s\xfcdamerikanischen Kraton untersucht. Untersuchungsgebiete waren hier die Parna\xedba, Araripe und Pernambuco-Paraiba Becken in Nordost Brasilien. Insgesamt wurden im Rahmen dieser Studie 1682 orientierte Proben an mehr als 320 Lokalit\xe4ten entnommen. Detaillierte pal\xe4omagnetische Experimente ergaben jedoch lediglich f\xfcr einen Bruchteil dieser Kollektion zuverl\xe4ssige Daten. Die Mehrheit des untersuchten Probenmaterials ist entweder remagnetisiert oder aber tr\xe4gt Magnetisierungen, die als instabil zu bezeichnen sind. Dennoch konnte eine hohe Zahl pal\xe4omagnetischer Ergebnisse von hoher Qualit\xe4t erzielt werden. Diese Ergebnisse liefern wichtige Parameter f\xfcr das Verst\xe4ndnis der pal\xe4ogeographischen Entwicklung Westgondwanas. \n\nDie mesozoischen Gesteine Nordost-Brasiliens (Sardinha Formation) weisen stabile, von Magnetit getragene Remenzrichtungen auf. Diese Remanenz wurde in der fr\xfchen Kreide erworben. Die gemittelte pal\xe4omagnetische Richtung dieser Einheit (120-130 Ma) ist D= 176\xb0; I= +05.1\xb0; a95= 2.0\xb0; k= 355; n= 82 Proben; N= 15 Sites),was einer Pollage von l= 84.4\xb0S; f= 090.7\xb0E; A95= 1.8\xb0; K= 441.9 entspricht. Dieser Pol ist in guter \xdcbereinstimmung mit bereits publizierten Daten datierter pal\xe4omagnetischen Pole der Unterkreide Brasiliens. Fasst man die Ergebnisse der Sardinha Formation mit publizierten und verl\xe4sslichen Daten gleichen Alters zusammen so ergibt sich ein neuer pal\xe4omagnetischer Pol f\xfcr die fr\xfche Kreide (115-133 Ma) des stabilen S\xfcdamerikas (l= 84.3\xb0S; f= 067.7\xb0E ; A95= 2.3\xb0; K= 867).\n\nDie Einheiten der Mitu und Copacabana \u201eGroups\u201c, aufgeschlossen in den s\xfcdlichen peruanischen Anden, tragen prim\xe4re, gut definierte Remanenzrichtungen die in der fr\xfchen Trias bzw. dem fr\xfchen Perm erworben wurden. Sowohl inverse als auch normale Polarit\xe4t konnten bei Proben der Mitu \u201eGroup\u201c (244 \xb16 Ma) nachgewiesen werden (D= 349.3\xb0; I= -35.3\xb0; a95= 4.1\xb0; k= 351.4; n= 36 Proben; N= 5 Sites). Die hohe Qualit\xe4t der Daten wird durch einen positiven Faltentest (99% Konfidenz) und eine positiven Reversaltest der Kategorie B belegt. Durch Kombination dieser Daten mit bereits publizierten pal\xe4omagnetischen Ergebnissen ergibt sich ein neuer fr\xfch-triassischer Pol von l= 78.6\xb0S; f= 351.9\xb0E (A95= 3.7\xb0; K= 447). Im Gegensatz zur Mitu \u201eGroup\u201c wurden bei den Proben der fr\xfch-permischen Copacabana \u201eGroup\u201c ausschlie\xdflich Remanenzrichtungen inverser Polarit\xe4t identifiziert. Diese Tatsache legt einen Erwerb der Magnetisierung w\xe4hrend der \u201ePermian-Carboniferous Reverse Superchron\u201c (PCRS) nahe. Der Faltentest ist auf dem 99% Konfidenzniveau positiv. Die gemittelte pal\xe4omagnetische Richtung von D= 166.1\xb0; I= +48.9\xb0 (a95= 4.5\xb0; k= 131.5; n= 39 Proben; N= 9 Sites) und der damit definierte fr\xfch-permische Pol (l= 68.2\xb0S; f= 321.3\xb0E; A95= 5.2\xb0; K= 99.8) kann daher als zuverl\xe4ssig betrachtet werden. Auch in diesem Fall l\xe4sst sich ein neuer pal\xe4omagnetischer Pol berechnen. Zusammen mit Literaturdaten ergibt sich ein Pol f\xfcr das fr\xfche Perm des stabilen S\xfcdamerika von l= 70.4\xb0S; f= 341.8\xb0E; A95= 8.8\xb0; K= 48.3; N= 7 Daten).\n\nDie neuen Ergebnisse f\xfcr das fr\xfche Perm und die fr\xfche Trias des stabilen S\xfcdamerikas haben weitreichende Auswirkungen auf die pal\xe4ogeographische Rekonstruktion Pang\xe4as. Sie sind nicht kompatibel mit Polen gleichen Alters wie sie f\xfcr Laurussia bestimmt wurden, wenn man ein Pang\xe4a A Konfiguration annimmt. Geht man allerdings von einer Pang\xe4a B Konfiguration im fr\xfchen Perm und dem Modell von Pang\xe4a A2 in der fr\xfchen Trias aus, so werden diese Unstimmigkeiten aufgel\xf6st. In diesem pal\xe4ogeographischen Szenario mu\xdf man von einer westw\xe4rtigen Bewegung Gondwanas relativ zu Laurussia w\xe4hrend des Perms ausgehen. Diese Relativbewegung hat sich m\xf6glicherweise im Jura fortgesetzt, bis die Pang\xe4a A Konfiguration, so wie sie allgemein f\xfcr den Zeitraum vor dem Zerbrechen Pang\xe4as akzeptiert wird, erreicht wurde.\n\nDie Einheiten der \u201eSubandine Zone\u201c Boliviens (Taiguati Formation) lieferten keine prim\xe4ren Remanenzrichtungen. Allerdings konnte nachgewiesen werden, dass die ermittelte mittlere pal\xe4omagnetische Richtung (D= 149.0\xb0; I= +54.0\xb0; a95= 5.1\xb0; k= 46; Pol: l= 58.3\xb0S; f= 348.9\xb0E; A95= 6.0\xb0; K= 66) auf eine Remagnetisierung im sp\xe4ten Karbon zur\xfcckzuf\xfchren ist. Ein Vergleich mit Daten gleichaltriger Gestein aus anderer Regionen S\xfcdamerikas, Afrika und Australien ergibt eine sehr gute \xdcbereinstimmung. Daher kann auch in diesem Fall ein neuer kombinierter sp\xe4t-karbonischer Pol f\xfcr S\xfcdamerika bestimmt werden (l= 53.0\xb0S; f= 348.4\xb0E; A95= 6.0\xb0; K= 86.4; N= 8 Daten).\n\nDie neuen pal\xe4omagnetischen Pole erlauben die Erstellung einer vollst\xe4ndigen scheinbaren Polwanderkurve \u201eapparent polar wander path\u201c, APWP) f\xfcr S\xfcdamerika und damit indirekt auch f\xfcr Gondwana. Transferiert man diesen APWP in afrikanische Koordinaten, so zeigt es sich, dass der Pal\xe4os\xfcdpol sich von der n\xf6rdlichen Antarktis (sp\xe4tes Karbon) s\xfcdw\xe4rts bis in die s\xfcdliche Antarktis (fr\xfche Trias) bewegt hat. Daraus ergibt sich eine nordw\xe4rtige Drift Gondwanas mit einer mittleren Geschwindigkeit von 7.2 cm/a zwischen dem fr\xfchen Karbon und dem fr\xfchen Perm. W\xe4hrend des Perms liegt die aus den Daten abgeleitete mittlere Driftgeschwindigkeit bei 4.6 cm/a. Der in dieser Arbeit vorgeschlagene APWP unterst\xfctzt das Modell von Torsvik und Van der Voo (2002) und McElhinney et al. (2003) f\xfcr das karbonische bis triassische Segment des APWPs Gondwanas. Widerspr\xfcche ergeben sich allerdings aus dem Vergleich der neuen sp\xe4t-karbonischen Daten mit der APWP von Bachtadse und Briden (1991), Schmidt et al. (1990) und Smith (1998).\n\nUm weitere Daten f\xfcr den APWP Gondwanas im fr\xfchen Pal\xe4ozoikums zu gewinnen wurde die Umachiri Serie (Altiplano, S\xfcd-Peru) beprobt. Es konnte eine stabile Magnetisierungskomponente isoliert werden (D= 003.6\xb0; I= +45.5\xb0; a95= +13.5\xb0; K= 84; n= 18 Proben; N= 3 Sites). Der prim\xe4re Charakter dieser fr\xfch-ordovizischen Komponente wird durch einen positiven Faltentest (99% Konfidenzniveau) untermauert. Anhand der Remanenzrichtungen wurde die Pal\xe4obreitenlage von S\xfcd-Peru mit 27 \xb15\xb0S bestimmt. Dieses Ergebnis ist konsistent mit der Lage des Randes S\xfcdamerikas innerhalb Gondwanas im fr\xfchen Ordoviz. Allerdings weicht die Pollage der Umachiri Serie deutlich vom Referenzpol Gondwanas f\xfcr diesen Zeitbereich ab. Die Daten weisen auf eine Rotation des Beprobungsgebietes um 45\xb0 gegen den Uhrzeigersinn relativ zu dem stabilen S\xfcdamerika hin. Fr\xfchere Studien belegen, dass diese Rotationen nach dem Oligoz\xe4n stattgefunden haben m\xfcssen. Sie stehen im Zusammenhang mit einer Scherzone, die sich w\xe4hrend der andinen Deformation im n\xf6rdlichen Altiplano gebildet hat.\n\nEin anderer Schwerpunkt dieser Arbeit ist mit Hilfe pal\xe4omagnetischer Methoden die komplexen tektonischen Prozesse Nordwest-Argentiniens w\xe4hrend des Pal\xe4ozoikums anhand der \u201eVorkordillere\u201c und der \u201eFamatina Ketten\u201c zu untersuchen. Innerhalb der \u201eVorkodillere\u201c wurden unter anderem die Patquia, Guandacol, Los Espejos, San Juan und die La Silla Formationen beprobt. Jede dieser Einheiten ergab prim\xe4re Remanenzrichtungen. Im Fall der San Juan und der La Silla Formation kann dies durch einen positiven Faltentest nachgewiesen werden. Sowohl die Ergebnisse der sp\xe4t-permischen Patquia Formation (D= 225.8\xb0; I= +61.8\xb0; a95= 3.0\xb0; k=215; n=12 Proben) und der sp\xe4t-karbonischen Guandacol Formation (D= 194.1\xb0; I= +59.8\xb0; a95= 4.4\xb0; k= 279; n= 8 Proben) als auch die Daten der sp\xe4t-silurischen Los Espejos Formation (D= 289.8\xb0; I= -29.9\xb0; a95= 17.6\xb0; k= 50; n= 20 Proben, N= 3 Sites) deuten darauf hin, dass die \u201ePrekordillera\u201c um 60\xb0 mit den Uhrzeigersinn relativ zu dem stabilen Teil S\xfcdamerikas rotiert ist. Auch hier ist der Ursprung der Rotation in der k\xe4nozoischen andinen Deformation zu suchen. \xc4ltere Einheiten zeigen ein davon abweichendes Richtungsverhalten. Die Ergebnisse der fr\xfch-ordovizischen San Juan und La Silla ergeben eine Pal\xe4obreitenlage der Vorkordillere von 39.5 \xb14\xb0S. Dies ist konsistent mit ihrer Lage relativ zu S\xfcdamerika innerhalb Gondwanas im fr\xfchen Ordoviz, d. h. die Vorkodillere war zu diesem Zeitpunkt bereits ein Teil Gondwanas. Der kombinierte Datensatz der San Juan und der La Silla Formation deutet allerdings eine relative Rotation dieser Einheiten von 45\xb0 gegen dem Uhrzeigersinn hin. Daher mu\xdf von einer Rotation von 105\xb0 (gegen dem Uhrzeigersinn) zwischen dem fr\xfchen Ordoviz und dem sp\xe4ten Silur ausgegangen werden. Wahrscheinlich steht sie in Verbindung mit der Ocloy\xedc Deformation, die zur Schlie\xdfung des Puna Beckens gef\xfchrt hat.\n\nDie Ergebnisse f\xfcr die \u201eFamatina Ketten\u201c basieren auf Untersuchungen an der De La Cuesta Formation (sp\xe4tes Perm) und der Suri Formation (fr\xfches Ordoviz). In beiden F\xe4llen konnten stabile prim\xe4re Remanenzrichtungen isoliert werden. Vergleicht man sowohl die Daten der Suri Formation (D= 107\xb0; I= 31\xb0; a95= 7.1\xb0; k= 97; n= 25 Proben; N= 5 Sites) als auch die der De La Cuesta Formation (D=163.2\xb0; I= +43.8\xb0; a95= 10.0\xb0; k=59.5; n= 23 Proben; N= 5 Sites) mit dem jeweiligen gleichaltrigen Referenzpol des stabilen S\xfcdamerikas und Gondwanas, so stellt sich heraus, dass nur erste eine Rotation (60\xb0 mit dem Uhrzeigersinn) belegen. Wie schon bei der San Juan und der La Silla Formation ist auch hier wahrscheinlich die Ocloy\xedc Deformation daf\xfcr verantwortlich. Die aus den Resultaten der Suri Formation abgeleitet Pal\xe4obreitenlage der \u201eFamatina\u201c (16.5 \xb13\xb0S) deckt sich mit ihrer Position innerhalb Gondwanas im fr\xfchen Ordoviz. Man kann daher davon ausgehen, dass sie ihre Lage relativ zu dem stabilen S\xfcdamerika seit dem fr\xfchen Ordiviz nicht ver\xe4ndert hat. Damit kann im Gegensatz zu anderen Modellen ein para-autochthone Ursprung der \u201eFamatina\u201c ausgeschlossen werden.\n\nZusammenfassend liefern die Rahmen dieser Arbeit erzielten Daten wichtige Parameter f\xfcr die Bestimmung des Zeitpunkts der \u201eterrane\u201c Akkretion und der Deformationsgeschichte am westlichen Rand Gondwanas. Basierend auf diesen Ergebnisse kann gezeigt werde, dass die argentinische Vorkordillere integraler Bestandteil S\xfcdamerikas bereits im fr\xfchen Ordoviz war. Die weitere Konsolidierung des s\xfcdamerikanischen Rands war mit gro\xdfma\xdfst\xe4blichen, vorpermischen Rotationen verbunden. Weiter Rotationen fanden w\xe4hrend der andinen Orogenese statt. Qualitativ hochwertige Ergebnisse f\xfcr S\xfcdperu unterst\xfctzen pal\xe4ogeographische Modelle vom Typ Pang\xe4a B f\xfcr das fr\xfche Perm und Pang\xe4a A2 Konstellationen in der fr\xfchen Trias.