Paleogeographic reconstructions in the western mediterranean and implications for permian pangea configurations

Published: July 8, 2015, 11 a.m.

Bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts entwickelte Alfred Wegener seine allgemein bekannte Rekonstruktion der Kontinente, indem er die Fragmente kontinentaler Kruste durch Schlie\xdfung der gro\xdfen Ozeane entlang ihrer heutigen K\xfcstenlinien zusammenf\xfcgte, so dass alle Kontinente zu einer Landmasse vereint waren. Den resultierenden Superkontinent nannte er "Pang\xe4a" (Wegener, 1920). In dieser Rekonstruktion liegen sich Nord- und S\xfcdamerika gegen\xfcber und Nordwestafrika grenzt an die S\xfcdostk\xfcste Nordamerikas.\n\nLange Zeit nahm man an, dass die Pal\xe4ogeographie dieses Superkontinents sich im Laufe seiner Existenz nicht bedeutend ver\xe4ndert hat, sondern dass die Kontinente sich im Jura im Wesentlichen aus der gleichen Konfiguration heraus voneinander gel\xf6st haben, zu der sie sich urspr\xfcnglich im Pal\xe4ozoikum zusammengefunden hatten. In der Tat gibt es vielf\xe4ltige geologische, pal\xe4ontologische und geophysikalische Hinweise daf\xfcr, dass Wegeners Pang\xe4a-Konfiguration von der sp\xe4ten Trias bis in den fr\xfchen Jura Bestand hatte. \nIn den sp\xe4ten F\xfcnfzigerjahren des vergangenen Jahrhunderts entwickelte sich mit der Pal\xe4omagnetik eine Methode, die es erm\xf6glicht, die Bewegungen der Kontinente \xfcber das Alter des \xe4ltesten bekannten Ozeanbodens hinaus zu rekonstruieren. Aufgrund des Dipolcharakters des Erdmagnetfeldes gilt das jedoch nur f\xfcr die Rekonstruktion von pal\xe4ogeographischen Breitenlagen, die Lage bez\xfcglich der L\xe4ngengrade kann mit Hilfe des Erdmagnetfeldes nicht eindeutig bestimmt werden. Eine nicht unerhebliche Anzahl pal\xe4omagnetischer Studien hat gezeigt, dass Wegeners Pang\xe4arekonstruktion, auch Pang\xe4a A genannt, mit globalen pal\xe4omagnetischen Daten in pr\xe4-triassischer Zeit nicht kompatibel ist. Zwingt man die Nord- und S\xfcdkontinente Pang\xe4as, Laurasia und Gondwana f\xfcr diese Zeit in die Pang\xe4a A Konfiguration, so ergibt die auf pal\xe4omagnetischen Daten basierende pal\xe4ogeographische Rekonstruktion ein signifikantes \xdcberlappen kontinentaler Krustenanteile (siehe z. B. Van der Voo (1993); Muttoni et al. (1996, 2003) und darin zitierte Werke). Ein solches \xdcberlappen l\xe4sst sich jedoch mit grundlegenden geologischen Prinzipien nicht vereinen. Im Lauf der Jahrzehnte wurden vielf\xe4ltige alternative pr\xe4-triassische pal\xe4ogeographische Pang\xe4arekonstruktionen erstellt, die im Einklang mit den pal\xe4omagnetischen Daten sind. Der Hauptunterschied im Vergleich dieser Rekonstruktionen zur klassischen Pang\xe4a A Konfiguration liegt in der Lage der S\xfcdkontinente relativ zu den Nordkontinenten. Um den kontinentalen \xdcberlapp zu vermeiden, werden die S\xfcdkontinente unter Beibehaltung ihrer Breitenlage um ca. 30 L\xe4ngengrade relativ zu den Nordkontinenten weiter im Osten platziert, so dass Nordwestafrika gegen\xfcber Europa zu liegen kommt (Pang\xe4a B, Irving (1977)). Da - wie erw\xe4hnt - der Dipolcharakter des Erdmagnetfeldes keine Aussagen \xfcber die Position der Kontinente bez\xfcglich der L\xe4ngengrade zul\xe4sst, ist dies mit den pal\xe4omagnetischen Daten vereinbar. Die alternativen Konfigurationen m\xfcssen jedoch alle vor dem Auseinanderbrechen Pang\xe4as im Jura wieder in die f\xfcr diesen Zeitraum allgemein akzeptierte Wegener-Konfiguration zur\xfcckgef\xfchrt werden. Dies geschieht - wiederum im Einklang mit den pal\xe4omagnetischen Daten - unter Beibehaltung der Breitenlage der Kontinente entlang einer postulierten kontinentalen dextralen Scherzone. Der Versatz von 2000 bis 3000 km fand laut Muttoni et al. (2003) in einem Zeitraum von ca. 20 Ma im fr\xfchen Perm statt. Dadurch ergibt sich eine entsprechend hohe Versatzrate von 10 bis 15 cm/a.\n\nDiese Arbeit befasst sich im Rahmen mehrerer pal\xe4omagnetischer Studien mit der Suche nach dieser gro\xdfen Scherzone, deren Existenz seit Jahrzehnten umstritten ist. Der gro\xdfe Versatz wurde vermutlich von mehreren St\xf6rungssegmenten aufgenommen, die eine mehrere hundert Kilometer breite diffuse und segmentierte Scherzone bildeten. Pal\xe4ogeographische Rekonstruktionen legen nahe, dass die Scherzone unter Anderem den Bereich des heutigen Mittelmeerraumes umfasst hat (Arthaud and Matte, 1977). Die Tizi-N'-Test-Verwerfung und ihre westliche Fortsetzung, die S\xfcd-Atlas-St\xf6rung, sowie Verwerfungen entlang der n\xf6rdlichen Pyren\xe4en und innerhalb des Armorikanischen Massivs (Bretagne) bilden demnach die Hauptblattverschiebungssysteme, die die Scherzone begrenzen. Krustenbl\xf6cke, die in entsprechend gro\xdfen St\xf6rungssystemen liegen, k\xf6nnen um vertikale Achsen rotieren (Nelson and Jones (1987) und darin zitierte Werke). Diese Rotationen k\xf6nnen mit Hilfe der Pal\xe4omagnetik quantifiziert werden.\n\nKapitel 1 leitet in die vorstehend beschriebene Problematik ausf\xfchrlich ein und beleuchtet insbesondere die einzelnen Abschnitte dieser Arbeit. Somit wird deutlich, wie die Ergebnisse der Studien, aus denen sich die vorliegende Arbeit zusammensetzt, aufeinander aufbauen und einen konsistenten L\xf6sungsansatz f\xfcr die eingangs beschriebene Diskrepanz zwischen den Polwanderkurven Laurasias und Gondwanas entwickeln.\n\nKapitel 2 beschreibt eine pal\xe4omagnetische Studie, die im Toulon-Cuers Becken, S\xfcdfrankreich durchgef\xfchrt wurde. Das Toulon-Cuers Becken entstand w\xe4hrend einer Phase der Extension im s\xfcdlichen variszischen G\xfcrtel Europas, und ist sukzessive mit Sedimenten verf\xfcllt worden. Au\xdfer m\xe4chtigen permo-triassischen Sedimentpaketen finden sich hier auch Laven und Pyroklastika als Produkte eines extensionsgetriggerten Vulkanismus, die ebenfalls Gegenstand der hier durchgef\xfchrten Studie sind. Die Ergebnisse der Untersuchungen k\xf6nnen sehr gut mit bereits vorhandenen Literaturdaten in Einklang gebracht werden und zeigen, dass es zur fraglichen Zeit durchaus Bewegungen zwischen klar definierten Krustenbl\xf6cken gab, die Zeugen einer generellen Mobilit\xe4t der Kruste in diesem Bereich sind. Es handelt sich hierbei um Blockrotationen um vertikale Achsen, so wie sie im Spannungsfeld einer kontinentalen Transformst\xf6rung zu erwarten sind. Dabei werden Rotationen im und gegen den Uhrzeigersinn dokumentiert, woraus eine komplexe Geometrie und Anordnung der Krustenbl\xf6cke abgeleitet werden kann. Hieraus wird ein tektonisches Modell entwickelt, welches mit g\xe4ngigen Modellen (siehe McKenzie and Jackson (1983) in Nelson and Jones (1987)) in Einklang gebracht wird. Die triassischen pal\xe4omagnetischen Daten aus dem Gebiet belegen im Gegensatz dazu keine Rotationen und legen daher den Schluss nahe, dass die Krustenmobilit\xe4t in dem Bereich zu Beginn des Mesozoikums zum Erliegen gekommen war. Somit belegt diese Studie deutlich, dass es im von Muttoni et al. (2003) postulierten zeitlichen Rahmen Hinweise f\xfcr eine generelle Mobilit\xe4t innerhalb Pang\xe4as gibt.\n\nUnter Ber\xfccksichtigung dieser Ergebnisse wurde die folgende Studie an magmatischen Ganggesteinen ("Dykes") in Sardinien (Italien) durchgef\xfchrt, um die laterale r\xe4umliche Dimension der Scherzone besser absch\xe4tzen zu k\xf6nnen. Kapitel 3 stellt die Ergebnisse dieser Studie vor. Die Dykes treten schwarmf\xf6rmig auf und sind in einem Zeitraum zwischen 298 \xb1 5Ma und 270 \xb1 10Ma in den Korsika-Sardinien-Batholith intrudiert (Atzori and Traversa, 1986; Vaccaro et al., 1991; Atzori et al., 2000). Zus\xe4tzlich zu den Rotationen, die auch hier mittels pal\xe4omagnetischer Daten nachgewiesen werden konnten, gibt die Orientierung der einzelnen Dykeschw\xe4rme Aufschluss \xfcber das tektonische Spannungsfeld, das w\xe4hrend der Platznahme der Dykes vorherrschte. Diese kombinierten Ergebnisse best\xe4tigen und erg\xe4nzen die Ergebnisse der vorhergehenden Studie in S\xfcdfrankreich.\n\nErg\xe4nzend zu den Untersuchungen an den Ganggesteinen Sardiniens werden Daten von permischen Sedimenten und Vulkaniten pr\xe4sentiert, die in verschiedenen Regionen Sardiniens beprobt wurden (Kapitel 4). Die pal\xe4omagnetischen Daten belegen, dass Sardinien in mindestens zwei Krustensegmente zerlegt war, welche relativ zueinander und auch relativ zur europ\xe4ischen Polwanderkurve rotiert sind. Auch hier wiederholt sich das Muster von Rotationen im und gegen den Uhrzeigersinn. In dieser Studie werden die Ergebnisse aus den vorangehenden Kapiteln sowie aus der weiterf\xfchrenden Literatur zusammengefasst, so dass ein zeitlich und r\xe4umlich verfeinertes Bild der Krustenbl\xf6cke im westlichen Mittelmeerraum zur Zeit des fr\xfchen Perm entsteht. Durch die verbesserte Definition der Geometrie der einzelnen Bl\xf6cke kann das in Kapitel 2 beschriebene tektonische Modell best\xe4tigt werden.\n\nKapitel 5 befasst sich abschlie\xdfend mit dem zeitlichen Rahmen der Aktivit\xe4t entlang der fraglichen Scherzone. Ausgehend von der Annahme, dass sich die Kontinente im Jura bereits in einer Pang\xe4a A Konfiguration befunden haben, sollten die pal\xe4omagnetischen Daten von jurassischen Gesteinen keine Hinweise auf Scherbewegungen geben. Hierzu wird eine Studie an jurassischen Sedimenten Sardiniens vorgestellt. Die pal\xe4omagnetischen Daten der untersuchten Krustensegmente belegen, dass es in post-jurassischer Zeit in Sardinien keine Blockrotationen der einzelnen Segmente relativ zueinander gab und Sardinien somit ab jener Zeit als tektonisch einheitlicher Block behandelt werden muss. Des Weiteren zeigen die pal\xe4omagnetischen Pole, die aus den pal\xe4omagnetischen Richtungen f\xfcr eine Referenzlokalit\xe4t berechnet wurden, keine signifikante Abweichung von der Polwanderkurve des europ\xe4ischen Kontinents nach Besse and Courtillot (2002). Diese Koh\xe4renz der pal\xe4omagnetischen Daten best\xe4tigt die weithin akzeptierte Beobachtung, dass sich Pang\xe4a zur Zeit des Jura bereits in der Wegener Konfiguration (Pang\xe4a A) befunden hat und untermauert die Aussagekraft pal\xe4omagnetischer Studien in diesem Zusammenhang. Zugleich kann anhand dieser Daten ausgeschlossen werden, dass die alpidische Orogenese die Ursache f\xfcr bedeutende Krustenblockrotationen in dieser Region gebildet hat.\n\nDie Ergebnisse der oben genannten Studien werden in dieser Arbeit zusammengef\xfchrt. Im Verbund mit Daten aus der Literatur untermauern sie, dass es zwischen dem fr\xfchen Perm und der fr\xfchen Trias entlang eines ausgedehnten G\xfcrtels, der mindestens vom franz\xf6sischen Zentralmassiv \xfcber S\xfcdfrankreich bis nach Korsika- Sardinien reichte, bedeutende Krustenbewegungen in Form von Blockrotationen innerhalb Pang\xe4as gab. Die vorliegende Synthese schafft somit ein konsistentes Bild der generellen Krustenmobilit\xe4t zwischen den n\xf6rdlichen Teilen Pang\xe4as (Laurasia) und den S\xfcdkontinenten (Gondwana). Der durch die pr\xe4sentierten Studien abgesteckte zeitliche Rahmen korreliert mit den Absch\xe4tzungen von Muttoni et al. (2003) zur Transformation zwischen verschiedenen Pang\xe4akonfigurationen. Diese Arbeit best\xe4tigt au\xdferdem, dass das mittlere Perm eine Zeit gro\xdfr\xe4umiger Reorganisation der kontinentalen Platten war, die von anhaltender magmatischer Aktivit\xe4t begleitet war (Deroin and Bonin, 2003; Isozaki, 2009). Anhand der hier vorgestellten neuen Daten in Kombination mit bereits bekannten pal\xe4omagnetischen Daten aus der Region ergibt sich ein klares Muster von Rotationen im und gegen den Uhrzeigersinn von einzelnen st\xf6rungsbegrenzten Krustenbl\xf6cken. Diese Arbeit belegt, dass die Pal\xe4omagnetik ein hervorragendes Instrument zur Quantifizierung jener Krustenblockrotationen ist, die oftmals die einzigen verbleibenden Indizien f\xfcr ehemals gro\xdfr\xe4umige Scherzonen bieten, nachdem die St\xf6rungen selbst aufgrund vielf\xe4ltiger Prozesse nicht mehr aufgeschlossen sind (Umhoefer, 2000). Die tektonischen Modelle von McKenzie and Jackson (1983) in der Interpretation nach Nelson and Jones (1987) werden als Erkl\xe4rungsgrundlage f\xfcr die beobachteten Rotationen herangezogen und erweitert.