Exkursions-Protokoll von: Frank Wombacher

Zwei Exkursionstage verbrachten wir im Flußbett des Barranco de las Angustias/ La Palma um dort aufgeschlossene submarine vulkanogene Gesteine zu studieren. Am erste Tag (16.03.1998) führte uns Herr Wörner vom Parkplatz vor der Flußdurchfahrt bis Dos Aquas (Abb.1). Abschnitt b) des Exkursionsberichtes erläutert die Charakteristika submariner vulkanischer und vulkaniklastischer Gesteine wie sie im Barranco aufgeschlossen sind. Im Rahmen einer Geländeübung am zweiten Tag nahmen die Exkursionsteilnehmer quantitative Daten (Pillowgröße, Blasendurchmesser etc.) in zugeteilten Profilabschnitten des Flußbettes auf. Teil c) des Exkursionsberichtes beinhaltet eine Aufstellung und Interpretation dieser Daten.

a) Einführung:
Der Basalkomplex von La Palma besteht aus der extrusiven und intrusiven Seamount-Serie und einem plutonischen Kern (seamount = submariner Berg vulkanischer Entstehung). Die Seamount-Serie ist im Flußbett des Barranco de las Angustias und dessen Umgebung besonders gut aufgeschlossen. Im Barranco fallen die vulkanogenen Gesteine der Seamount-Serie mit etwa 50° nach SW ein. Dabei ist der stratigraphisch höhere Teil des Seamounts im unteren südwestlichen Teil des Flusses aufgeschlossen. Die ersten 3.6 km flußaufwärts bieten ein Querprofil in den Seamount hinein, das einer wahren Mächtigkeit von ca. 1.8 km entspricht. Der größte Teil der Serie besteht aus Abfolgen von Pillowlaven und Vulkaniklastika, die von Dikes durchschlagen werden. Diese Gesteine gehen flußaufwärts in einen etwa gleich mächtigen Sheeted Sill Complex über. Der Sheeted Sill Complex wiederum geht im zentralen Teil der Caldera de Taburiente in den plutonischen Kern des Seamounts über (Abb.1).

Abb.1: Geologische Karte und Profil der Seamount-Serie im Basalkomplex von La Palma (nach Gee et al. 1993).

Dikes und Extrusiva der Seamount-Serie zeigen einen alkalischen Trend von primitiven Pikriten bis zu hochdifferenzierten Trachyten. Die Intrusivgesteine des plutonischen Kerns beinhalten Lithologien von ultramafischen Kumulatgesteinen (Dunite und Pyroxenite) bis zu Leucogabbros. Geochemisch unterscheiden sich die Gesteine des Basalkomplexes kaum von anderen Magmatiten der Kanaren.

Foraminiferen die in Hyaloklastiten der Seamount-Serie gefunden wurden, datieren die Gesteine auf 2.8 bis 3.0 Ma. Entsprechend läßt sich das Alter der Seamount-Serie auf rund 3 - 4 Ma einschränken. Der Basalkomplex von La Palma wird von den jüngeren Gesteinen der Corberta-Serie überlagert. K-Ar-Alter ergaben ca. 1.7 Ma für die ältesten Corberta Laven. Neuere Ar-Ar Daten lassen jedoch vermuten, daß diese Abfolge nicht älter als 0.9 Ma ist.
Drei Generationen von Dikes durchschlagen die vulkanogenen Gesteine der Seamount-Serie:

- Group I Dikes: frühe Feederdikes der Seamount Extrusiva. Diese Dikes stehen etwa senkrecht zur verkippten Schichtung.
- Group II Dikes: Sheeted Sills die parallel zur Schichtung orientiert sind und vom extrusiv dominierten Teil der Seamount-Serie in den plutonischen Kern überleiten. Die meisten Sills durchschlagen die Group I Dikes, sind also überwiegend jünger.
- Group III Dikes: Diese Dikes fallen meist sehr steil ein und durchschlagen sowohl die älteren Gesteine des Seamounts als auch Laven der überlagernden Corberta-Serie. Die Group III Dikes sind weniger stark alteriert. Sie werden als Teil des zu den Corberta Laven gehörenden radialen Dikeschwarms interpretiert.

Aus der Annahme, daß die steilstehenden Group III Dikes die Corberta Laven gespeist haben folgt, daß die Seamount-Serie vor der überlagernden Corberta Serie verkippt wurde. Auch paläomagnetische Untersuchungen zeigen, daß die Group I und II Dikes mit der Seamount-Serie verkippt wurden, jedoch nicht die jüngeren Group III Dikes. Die Platznahme der Sheeted Sills und Plutonite im Zentrum des Seamounts gilt als Ursache für die Verkippung der Schichten und die Heraushebung des Seamounts über den Meeresspiegel. Es ist kaum vorstellbar, daß es bei diesem "aufblähen" und herausheben des Seamounts keinen subaerischen Vulkanismus gab. Dieser ältere subaerische Vulkanismus ist jedoch zumindest im Bereich des Barrancos wieder abgetragen worden.
Entsprechend wird die Seamount-Serie von der überlagernden Coberta-Serie durch eine Erosionsdiskordanz getrennt. Die Gesteine der Corberta-Serie bilden die steilen Hänge im Barranco-Canyon und in der Caldera de Taburiente. Die Gesteine des Basalkomplexes bauen die weniger steilen unteren Abschnitte der Hänge auf. Die Erosionsdiskordanz läßt sich am Übergang von steilen in sanftere Hänge erkennen. Die Fallrichtung der Erosionsdiskordanz fällt etwa mit der Fließrichtung des Barranco de las Angustias zusammen. Daraus schloß H. Staudigel (1997), daß sich der Barranco bereits während der späteren Phasen von Hebung und Erosion in den Basalkomplex eingeschnitten hat. Das würde bedeuten, daß Pliozäne Erosionsformen des frühen Barranco den nachfolgenden Vulkanismus mit seinen mächtigen Ablagerungen überstanden. Also ein eher unwahrscheinliches Szenario. Die Fallrichtung der post-submarinen Erosionsfläche unterscheidet sich kaum von der Fallrichtung der Oberfläche des jüngeren Bergrutsches der die Caldera de Taburiente von SW her anschneidet. Der Barranco seinerseits erodiert das vom Bergrutsch geschaffene Tal und entwässert die Caldera. Es war dem Barranco de las Angustias also möglich sich erst subrezent in den vom Bergrutsch teilweise freigelegten Basalkomplex einzuschneiden.

Die Seamount-Serie wurde von einer prograden, hydrothermalen Niedrigdruck-Hochtemperaturmetamorphose überprägt. Die dazu notwendige Temperatur wurde von den unterlagernden Sills geliefert. Die metamorphe Abfolge reicht von der Zeolithfazies über die Prehnit-Pumpellyit-Fazies bis zur Grünschiefer-Fazies. Der Grad der Metamorphose nimmt flußaufwärts, also vom Top zum plutonischen Kern des Seamounts zu. Die Nordflanke des Barranco-Canyons zeigt den steilsten metamorphen Gradienten und Gabbros von geringer Intrusionstiefe. Daher ist das Zentrum des Seamounts im nördlichen Teil der Seamount-Serie zu vermuten. Der metamorphe Gradient liegt bei 200 - 300°C/km (Schiffman & Staudigel 1994). Dieser Gradient zeigt sich in der metamorphen Mineralogie des Profils flußaufwärts, also vom Hangenden ins Liegende wie folgt (Angaben beziehen sich auf stratigraphische Tiefe):

- Die ersten 800 m: Zeolith, Smektit, Palagonit und frische Klinopyroxene.
- Ca. 800 m: Analcim out, Pumpellyit und Albit in. Smektit wird zum Mg-reicheren Corrensit. Prehnit erscheint bereits etwas früher und Epidot etwas später, gefolgt von andraditischem (Ca & Fe) Granat.
- Ab ca. 1100 m: Chlorit und Epidot vorherrschend.
- Ab 1500 m: echte Grünschieferfazies ohne Prehnit und Pumpellyit.
- 1700 m: Aktinolith in.

b) Die extrusiven und vulkaniklastischen Gesteine der Seamount-Serie:
Pillows sind das auffälligste Merkmal für eine Eruption basaltischer Magmen unter Wasserbedeckung. Pillowlaven bestehen aus zusammenhängenden Lavaröhren. Die scheinbare "Kissenform" ist eine Folge des Anschnitts im Aufschluß. Nur selten sind die Röhren genau parallel zur Längsachse aufgeschlossen, so daß die Röhren als solche erkannt werden können. Da sich die Lavaröhren bei der Eruption sukzessive übereinander legen, kann die Pillowform im Querschnitt Aufschluß über deren Orientierung geben (Photo 1). Einzelne Pillow-Vorkommen zeigen eine Abnahme der Pillowdurchmesser zum Top hin. Das wird mit einer abnehmenden Förderungsrate erklärt.
In den Pillowlaven von La Palma finden sich gelegentlich gut entwickelte Pillowrandbreccien. Diese Breccien entstehen, wenn sich die abgeschreckten glasigen Ränder von submarinen Pillowschläuchen wegen ihrer Sprödigkeit und der sich unter ihnen ansammelnden Blasen abplatzen. Ein solcher Vorgang kann sich mehrmals wiederholen wie Photo 2 eindrucksvoll belegt. Die im Zentrum eines Seamounts eruptierten Laven gehen am Hang des Vulkankegels in Pillowbreccien, Pillowfragmentbreccien und Hyaloklastite über (Abb. 3). Abb. 4 erläutert schematisch die Genese vulkaniklastische Gesteine wie sie aus Pillowlaven entstehen können.
Pillowbreccien bestehen aus partiell zerbrochenen Pillows. Die Fragmentgröße ist variabel, die Klasten monomikt und eckig. Die Breccien sind meist matrixfrei und mit Pillowlaven assoziiert. Sie können syneruptiv gebildet werden, z.B. wenn der übersteilte Hang eines wachsenden Pillowvulkans kollabiert. Pillowfragmentbreccien bestehen aus unterschiedlich stark gerundeten polymikten und meist keilförmigen Klasten. Pillowfragmentbreccien sind im Prinzip epiklastische Gesteine variabler Entstehung und Transportweiten. Sie stellen unter anderem die charakteristische Hangfazies von Seamounts dar. Bei der submarinen Entwicklung von Ozeaninseln treten sie typischerweise zwischen den im tieferen Wasser eruptierten Pillowlavapaketen und den im Flachwasser explosiv entstandenen Hyaloklastiten auf. Hyaloklastite bestehen aus subaquatisch entstandenen glasigen Lavafragmenten. Die in großen Wassertiefen entstandenen Hyaloklastite bestehen überwiegend aus eckigen und blasenfreien bis blasenarmen, vorwiegend glasigen Scherben, die von Pillow- oder Schichtlaven abgeplatzt sind. Bei der submarinen Eruption höher viskoser Magmen bilden sich blasenreichere und komplexere Hyaloklastite bedingt durch die schnelle Glasbildung der SiO₂-reichen Magmen. Auch Tuffe, die aus blasigen subaquatischen Partikeln bestehen werden als Hyaloklastite bezeichnet. Die maximale Wassertiefe in der ein extrudierendes Magma durch Gasausdehnung fragmentiert werden kann hängt von der Menge und Löslichkeit eines Gases im Magma ab. H₂O-arme tholeiitische Magmen können erst bei weniger als 200 m Wassertiefe explosiv entgasen. Alkalibasaltmagmen können dagegen schon in etwa 500 m Wassertiefe entgasen. Die dabei submarin entstehenden Pyroklasten sind sehr blasenreich (bis 50 Vol %) und wegen der subaquatischen Abschreckung glasiger als subaerisch gebildete Pyroklasten. Durch Hangrutsch und Wellenerosion kann das pyroklastische Material destabilisiert werden und als Schuttstrom oder Turbidit viele Kilometer über den Hangfuß eines Seamounts ins tiefere Becken transportiert werden. Im Auftauchstadium einer Ozeaninsel wird so viel klastisches Material produziert aber nicht vor Ort abgelagert.
Der extrusive Teil der Seamount-Serie auf La Palma kann in zwei Einheiten unterteilt werden. Eine relative "Flachwasserfazies" am Unterlauf des Barrancos die von vulkaniklastischen in situ und Hangablagerungen dominiert wird und von einer relativen "Tiefwasserfazies" mit nur ca. 20 % vulkaniklastischen Anteilen. Einen generellen Trend von stratigraphisch tieferen, eher mafischen Extrusiva zu etwas SiO₂-reicheren stratigraphisch höheren (aber flußabwärts) Extrusiva leitet Staudigel (1997) aus dem modalen Klinopyroxengehalt ab.
Zum Liegenden der Seamount-Serie nimmt die Häufigkeit der Dikes zu. Insgesamt besteht etwa die Hälfte des Seamounts aus Dikes.

Abb. 2: verschiedene Faziesbereiche an der Spitze eines Seamounts nahe dem
East Pacific Rise (aus Cas & Wright 1987).

Abb. 3: Schema von vulkaniklastischen Gesteinen, die aus Pillowlaven entstehen können.
(aus Fisher & Schminke 1994).

Photo 1: der charakteristisch geformte Zapfen der Pillowunterseite dient als Oben/Unten-Kriterium.

Photo 2: Pillowrandbreccie.

c) Profil und Geländedaten:
Für die Geländeübung wurde das Flußprofil in sieben Abschnitte unterteilt. Jede Gruppe sollte den Abschnitt möglichst in drei weitere Abschnitte unterteilen. Die Aufgabe bestand darin quantitative Daten (Tabelle 1) zu erheben um die Seamount-Serie auf generelle Trends hin zu untersuchen. Die mangelnde Ausrüstung erlaubte allerdings nur eine semiquantitative Datenerhebung und die folgende Interpretation sollte lediglich als Übung und nicht als wissenschaftlicher Beitrag angesehen werden. Der Exkursionsbericht wird ergänzt durch eine knappe Darstellung des Profilabschnittes durch die beteiligten Gruppen.

Tabelle 1: quantitative Daten vom Rand des Seamounts zum Kern hin.

Interpretation:
Die gesammelten Pillowdaten lassen kaum Tendenzen erkennen. Lediglich die Daten für den mittleren Durchmesser der zehn größten Pillows reichen für eine Spekulation aus. Eine generelle Abnahme der Pillowdurchmesser vom Rand in den Seamount hinein bildet möglicherweise die verringerte Meerestiefe durch den Aufbau des Seamounts ab. Der höhere hydrostatische Druck in größeren Wassertiefen verhindert möglicherweise größere Pillowdurchmesser. Abnehmende Pillowdurchmesser zum Top einzelner Pillowvorkommen hin, wie sie durch abnehmende Förderungsraten verursacht werden könnten, lassen sich nicht erkennen.
Aus den Daten für Dikes und Sills lassen sich die Volumenanteile der Intrusiva (Dikes + Sills) und der Anteil der Sills an den Intrusiva (Sills/Dikes + Sills) klare Tendenzen erkennen. Wie das Diagramm zeigt nimmt die Summe der Intrusiva bis Abschnitt 5 nur leicht zu. Diese Zunahme erklärt sich aus der Tatsache, das in ältere Extrusiva mehr Dikegenerationen eindringen konnten als in die jüngeren. Ab Abschnitt 5 nimmt aber die Summe der Intrusiva stark zu. Diese Zunahme geht alleine auf die Sillintrusionen zurück, deren Anteil an den Intrusiva ebenfalls ab Abschnitt 5 stark zunimmt.

Kurzdarstellung der Profilabschnitte:

Gruppe 1:
Gruppe 2:
Die meisten Dikes stehen senkrecht zu den Pillowlaven. Als sekundäre Minerale wurden Epidot, Chlorit, Calcedon, Zeolith beobachtet.

Gruppe 3:
Gruppe 4:
Gruppe 5:
Die Extrusiva des ersten und dritten Unterabschnittes bestehen überwiegend aus Pillows, während die Extrusiva des zweiten Abschnittes aus Pillowbreccien und Hyaloklastiten bestanden. Zu Beginn des ersten Abschnittes wurden an mehreren Dikes chilled margins beobachtet. Der dritte Abschnitt enthielt zwei felsische Dikes kurz vor der Staumauer und der Wasserleitung die den Abschnitt beendeten.

Gruppe 6:
Gruppe 7:
Abschnitt 7 bestand fast ausschließlich aus Sills und ca. 20 % Dikes. Junge Dikes sind einigermaßen gleichmäßig über Abschnitt 7 verteilt, während die älteren Dikes zum Ende des Abschnittes hin gänzlich verschwinden. Die jungen Dikes sind sehr feinkörnig, dunkel und geringmächtig (~ 20 cm). Im Gegensatz zu den alten Dikes durchschlagen die jüngeren alle andern Dikes/Sills und den feinkörnigen Gabbro, der am Ende des Abschnitts ansteht und die Seamount-Serie im Barranco beendet. Am Anfang des Abschnitts fand sich noch ein letzter Rest Hyaloklastit mit letzten Pillowbreccien. Etwas weiter wurden zwei kleine Keratophyrvorkommen und eine hydrothermale Breccie beobachtet. Im letzten Drittel führte ein Dike ca. 3 cm große peridotitische Xenolithe. Die meisten Sills haben wenige Kristalle (< 2 %, bis 5 mm lang) die ebenso wie die 2-3 mm großen Blasen in der Mitte konzentriert sind. Ausgelängte Blasen zum Rand hin sind etwa 10 mm lang. Die Sills zeigen dünne chilled margins. Gelegentlich finden sich Sills mit bis zu 50 % Kristallen (hauptsächlich Pyroxen, selten Olivin) die sich mitunter im Sill gravitativ abgesetzt haben.

d) Literatur:
Cas, R.A.F., and Wright, J.V., 1987, Volcanic successions, modern and ancient: London, Allan and Unwin.
Fisher, R.V., and Schmincke, H.-U., 1994, Volcanic sediment transport and deposition, in Pye, K., ed., Sedimentary Processes: Oxford, Blackwell, p. 349-386.
Gee, J., Staudigel, H., Tauxe, L., Pick, T., and Gallet, Y., 1993, Magnetization of the La Palma Seamount-Series: Implications for Seamount Paleopoles: Journal of Geophysical Research, v. 98, p. 11,743-11,767.
McPhie, J., Doyle, M., and Allen, R., 1993, Volcanic Textures: Hobart, Centre of Ore Deposit and Exploration Studies.
Schiffman, P., and Staudigel, H., 1994, Canary islands: Implications for metamorphism in accreted terranes: Geology, v. 22, p. 151-154.
Schmincke, H.-U., 1988, Pyroklastische Gesteine, in Fürchtbauer, H., ed., Sedimentgesteine: Stuttgart, Schweizerbart´sche Verlagsbuchhandlung, p. 731-778.
Staudigel, H., 1997, The Pliocene Seamount-Series of La Palma: The Barranco de Las Angustias section.

Hier finden Sie den Exkursionsführer (in englischer Sprache) von Hubert Staudigel,
Scripps Institution of Oceanography, University of California:

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