des Großen Knollen, Harz Von Mustafa ERGIN, Göttingen *) Im Raum nördlich von Bad Lauterberg im Harz befinden sich eine Reihe sog. „Quarzporphyrgänge“ (vgl. Blatt Bad Lauterberg, SCHRIEL 1938). Sie haben außer einer geologischen Bearbeitung (SCHRIEL 1939, 1954) nie eine petrographische Untersuchung erfahren. Eine neue geologische Kartierung des Gebietes findet sich bei VIERECK (1978). Zwei Gänge von dort wurden petrographisch untersucht. Eine Probe (Nr. 184) entstammt dem großen, neu aufgeschlossenen Porphyrgang, der am Waldweg 170 m südlich des Aussichtsturms des Großen Knollen in 610 m Höhe ansteht, die andere (Nr. 192), einem Porphyrgangvorkommen unterhalb der Knollenstraße in 580 m Höhe, 525 m NW des Aussichtsturms (vgl. Abb. 1). Nach VIERECK (1978) beträgt die maximale Breite der „Porphyr“-Gänge etwa 25-30 m, und ihre maximale Einsprenglinggröße (Feldspäte) mit etwa 15 mm nimmt zum Rande der Gänge hin kontinuierlich ab. Die eigentlichen Randzonen haben ungefähr 0,5-1 Meter Mächtigkeit, wobei sich der Grundmassefarbton von Violettbraun im inneren Teil des Ganges bis zu grünlichen Farben im Kontaktbereich mit dem Nebengestein verändert. Die Gänge sind nach VIERECK (1978) durch postpermische (vermutlich oberkretazische) Bewegungen stellenweise bis maximal 40 m versetzt. Abb. 1. Schematisches Profil des Gr. Knollen aus VIERECK (1978). Horizontale Schraffen: Alk.-Rhyolith-Decke (Reste); schwarz: Alk.-Rhyolith-Gänge; fein punktiert: Rotliegend-Sedimente; offene Kreise: Tanner Grauwacke; fein gestrichelt, z. T. gefaltet: pelitisch-carbonatisches Devon; kurze wirre Striche: Hangschutt und -gleitschollen. Die Lage des eingezeichneten Schlotes (Pfeil) ergab sich aus Gelände- und vulkanotektonisehen Untersuchungen. Dem linken Porphyrgang entstammt Probe Nr, 192, dem rechten Probe Nr. 184. Abb. 2. Gesteinsanschliff von Probe Nr. 184 südl. des Gr. Knollen. Einsprenglinge: hell Kalifeldspäte, dunkelgrau bis schwarz Quarz. Maßstab 2,5:1.
Die Quarz-Einsprenglinge, meist um 2 mm, aber auch bis 4 mm messend, sind überwiegend xenomorph bis hypidiomorph ausgebildet und zeigen deutliche Korrosionserscheinungen. Fast sämtliche Quarzeinsprenglinge sind durch einen dünnen Chalcedon-Saum umgeben, dessen Dicke um 0,06 mm beträgt. Häufig enthalten die Quarze Einschlüsse von Alkalifeldspat, Biotit, und bei starker Vergrößerung werden winzige Gas- und Flüssigkeitseinschlüsse sichtbar. Zwei Generationen von Alkalifeldspat-Einsprenglingen - die eine kleiner (1-4 mm), die andere größer (3-12 mm messend) - werden beobachtet (vgl. Abb. 2). Sie sind idiomorph bis hypidiomorph ausgebildet und häufig nach dem Karlsbader Gesetz verzwillingt. Die größeren sind stark korrodiert, wodurch Löcher von 0,05-2,0 mm entstanden, die in einigen Fällen bis 50 Vol.-% des Gesamtkristalls ausmachen können (Abb. 3). Eine solche Erscheinung ist bei den Kalifeldspat-Kleinkörnern selten zu beobachten. Eine weitere bemerkenswerte Beobachtung bei den Kalifeldspat (KF)-Großeinsprenglingen ist, daß sie aus zwei KF-Arten bestehen, wobei sich die eine als primärer, ursprünglicher Kristall, und die andere als spätere, sekundäre Bildung erweist. In den Hohlräumen und Rissen der KF-Einsprenglinge sind oft faserige Quarzin-Ausscheidungen zu beobachten. Die Kalifeldspäte sind z.T., meist die kleineren, autohydrothermal umgewandelt. Als Umwandlungsprodukte entstanden Sericit und auch etwas Chlorit. In manchen Fällen geht die Sericitisierung so weit, daß jetzt nur mehr eine Sericit-Pseudomorphose nach Feldspat vorliegt. Biotit-Einsprenglinge sind in der Regel bis knapp einen mm groß und finden sich außer in der Grundmasse auch als Einschluß in Quarz- und KF-Einsprenglingen. Nach der Lichtbrechung handelt es sich um einen Lepidomelan mit etwa Fe40Mg60-Zusammensetzung. Ausgehend von Spaltrissen und vom Rand erfolgt eine Opazitisierung durch Haematit Als Akzessorien treten Zirkon, Apatit und Erz auf. Kleine Bruchstücke von Feldspat-Biotit-Glimmerschiefern aus dem tieferen Untergrund werden als Fremdeinschlüsse beobachtet. Chemismus der Alkalirhyolith-Gänge Tab. 1. Chemische Analysen der zwei untersuchten „Porphyrgänge“ und der Rhyolith-Decke (SCHNEIDER 1963) des Großen Knollen.
Tab. 2. Chemismus der Grundmasse der beiden untersuchten „Porphyrgänge“
Tab. 3. Durchschnittliche Zusammensetzung der Kalifeldspateinsprenglinge der beiden „Porphyr“-Gänge. Aus chemischen Teil-Analysen bestimmt.
Der modale Mineralbestand Zur Nomenklatur Tab. 4. Modaler Mineralbestand der beiden Alkalirhyolithgänge und der Alkalirhyolith-Decke des Großen Knollen.
Tab. 5. Mineralbestand (Vol.-%) der hellen Gemengteile (Alkalifeldspat, Plagioklas, Quarz) der drei Gesteine von Tab. 1 für das STRECKEISEN (1967)-Diagramm der Vulkanite.
Die Alkalifeldspäte Zusammenfassend kann gesagt werden: Die (131)-Reflexe aller Feldspäte sind nicht aufgespalten. Ihre Triklinität Δ beträgt 0,0 (GOLDSMITH & LAVES 1954). Nach dem Drei-Peak-Diagramm (201, 060, 204) von WRIGHT (1968) haben - Einsprenglinge wie Grundmassefeldspäte - alle anomale Zelldimensionen. Die weiteren Daten sind in Tab. 6 zusammengefaßt. Tab. 6. Zusammensetzung und optische Daten der untersuchten Kalifeldspäte.
Zur Genese der Gesteine Aus experimentellen Untersuchungen im Granit-System (TUTTLE & BOWEN 1958, LUTH et al. 1964, JAMES & HAMILTON 1969, WINKLER 1976 und WINKLER et al. 1975) geht hervor, daß Schmelzen von der Zusammensetzung, wie sie diese Alkalirhyolithe haben, nicht als Differentiationsprodukt, z. B. vom Brockengranit-Magma, ableitbar sind. Sie können nur anatektisch aus K-reichen und sehr Na-armen Ursprungsgesteinen (Arkosen, Biotit-reiche Schiefer usw.) abgeleitet werden, wie es SIGHINOLFI & CONÇECAO (1975) für ihre ähnlich Na-armen Alkalirhyolithe von West-Bahia, Brasilien, angenommen haben. Die Anatexis zur Bildung solcher K-reicher Schmelzen benötigt, wie aus dem Granit-System ersichtlich, aber merklich höhere Temperaturen, als sie sonst für eine normale Granit-Bildung ausreichen. Auch für den Erguß einer granitischen Schmelze an der Oberfläche als Rhyolith werden höhere Ausgangstemperaturen der Schmelze als sie bei normalen Graniten vorhanden sind, verlangt (WINKLER 1962). Daß solche höheren Temperaturen tatsächlich im tiefen Untergrund des Harzes generell geherrscht haben müssen zeigt, daß wir es beim Brocken-Granit mit einem Hochpluton zu tun haben (DAHLGRÜN 1950, WINKLER d. H. S. 38). Die Kristallisations-Verhältnisse der Alkalirhyolith-Gänge lassen sich aus dem Granit-System gut verstehen. Auf sie kann aber im Einzelnen im Rahmen dieser Arbeit nicht eingegangen werden. Siehe dazu ERGIN (1978). Es wird dort folgender Ablauf abgeleitet: Bei etwa 940°C und etwa 250 Bar Druck (etwa 1 km Tiefe) haben sich die KF-Klein-Einsprenglinge mit Or95 auszuscheiden begonnen, zu denen nach Erreichen der kotektischen Linie Quarz-Einsprenglinge hinzukamen. Beim endgültigen Aufdringen in die heutige Lage und Druckentlastung - die Probeentnahmestellen liegen etwa 100 m unterhalb der ehemaligen Landoberfläche, was Drücken von rund 26 Bar entspricht - werden Quarz und KF-Klein-Einsprenglinge instabil und besonders der Quarz stark korrodiert. Dann kristallisiert weiterer Kalifeldspat, nun offensichtlich unter neuer Keimbildung mit Or81 (Groß-Einsprenglinge, Tief-Sanidin) aus. Sie sind jünger als die Klein-Einsprenglinge, die oft als Einschlüsse in ihnen auftreten. Die 1. Generation (Klein-Einsprenglinge) hat hohen Or-Gehalt (Or95) und fällt in den Bereich, bei dem selbst bei niederen Temperaturen keine Entmischung auftritt. Die Groß-Einsprenglinge mit Or81Ab18An1 konnten sich wegen der schnellen Abkühlung nicht entmischen. Bemerkenswert bei den Groß-Einsprenglingen (Tief-Sanidin) ist ihre Korrosion zu schwammartigen Gebilden und die teilweise Umwandlung derselben längs Spaltrissen und den Löcher-Grenzen in einen Or-reichen (Or92) Orthoklas (siehe Abb. 3). Diese Erscheinung kann verschieden gedeutet werden. Sie wird hier einer K-Metasomatose K-reicher autohydrothermaler Lösungen zugeschrieben. Herrn Prof. KORITNIG sei für die Anregung zu dieser Arbeit und wertvolle Diskussionen gedankt. Herrn Dipl.-Min. MIELKE für die Unterstützung bei den chemischen Analysen. Schriftenverzeichnis DAHLGRÜN, F. (1950): Die zonale Verbreitung der Gangformationen des Brockenplutons im Harz. Z. Erzbergbau, Metallhüttenw., 3, H. 4. ERGIN, M. (1978): Mineralogisch-petrologische Untersuchungen der sog. „Quarzporphyrgänge“ des Südharzer Rotliegenden aus der Umgebung des Großen Knollen. Unveröffentl. Dipl.-Arbeit, Univ. Göttingen. GOLDSMITH, J. R. & LAVES, F. (1954): The microcline-sanidin stability relations. Geochim. Cosmochim. Acta 5,1-19. JAMES, R. S. & HAMILTON, D. L. (1969): Phase relations in the System NaAlSi3O8—KAlSi3O8— CaAl2Si2O8—SiO2 at 1 kb water vapour pressure. Contr. Miner. Petrol. 21, 111-141. LUTH, W. C , JAHNS, R. H. & TUTTLE, O. F (1964): The granite System at pressures of 4 to 10 kb. J. Geophys. Research 69, 759-773. SCHNEIDER, A. (1963): Rhyolithischer Vulkanismus des Südharzer Rotliegenden. Beitr. Miner. Petrogr. 9,148-174. SCHRIEL, W. (1938): Geol. 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