Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4724
Main Title: Evolution of lower crustal rocks
Subtitle: Petrology and texturally controlled monazite dating of Precambrian ultra-high temperature metamorphism in Africa
Translated Title: Entwicklung der unteren Erdkruste
Translated Subtitle: Petrologie und texturell kontrollierte Monazit Datierung von Präkambrium Ultrahochtemperaturmetamorphose in Afrika
Author(s): Karmakar, Shreya
Referee(s): Franz, Gerhard
Schenk, Volker
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät VI - Planen Bauen Umwelt
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Die Rekonstruktionen der präkambrischen Superkontinente Columbia, Rodinia und Gondwana zeigen, dass der afrikanische Kontinent eine Collage von archaischen kratonischen Kernen ist, welche durch ein Netzwerk von jüngeren Gebirgsgürteln mit paleo-, meso- und neoproterozischen Altern voneinander getrennt sind, die den genannten Superkontinent-Zyklen zugeordnet werden. Durch petrologische Untersuchungen, die mit texturell kontrollierten Monazitdatierungen kombiniert werden, wird in dieser Arbeit versucht, die P-T-t-Entwicklung von ultrahoch temperierten Metamorphoseereignissen in drei verschiedenen afrikanischen Orogenen abzuleiten, um deren Entwicklung und ihre Beziehung zu den Superkontinent-Zyklen besser zu verstehen. 1) Das archaische und paleoproterozoische Grundgebirge im zentralen Teil des ‚East Shara Ghost Craton’ (ESGC) bei Uweinat-Kamil; 2) der neoproterozoisch überprägte östliche Rand des ESGC im Sudan (Sabaloka und Bayuda); 3) der mesoproterozoische ‚Southern Irumide Belt’ in Sambia. Die Texturen in metapelitischen Granuliten des Uweinat-Kamil Inliers, deuten auf eine zweistufige metamorphe Entwicklung hin: Stadium-1 führte zur Bildung von Sapphirin+Quarz+Granat unter ultrahohen Temperaturen (UHT) von ~1050 °C bei ~10 kbar und wurde gefolgt von isobarer Abkühlung. Während Stadium-2 erfuhren die Gesteine eine isotherme Dekompression von etwa 9 auf 6 kbar, ebenfalls unter ultrahohen Temperaturen (900-1000 °C), welche zur Bildung von verschiedenen Symplektiten führte und die von isobarer Abkühlung gefolgt war. Monaziteinschlüsse in Granat-1-Porphyroblasten der Metapelite ergaben ein Alter von ca. 2.6 Ga für des Stadium-1. Stadium-2 fand 700 Ma später als Stadium-1 vor etwa 1.9 Ga statt, wie die Monazitdatierung in der Gesteinsmatrix und in Symmplektiten ergab. Somit wurde durch diese Arbeit erkannt, dass die einzigen archaischen kratonischen Gesteine in Nordost-Afrika eine bisher unbekannte neoarchaische UHT-Metamorphose und eine paläoproterozoische UHT-Überprägung erfuhren. Wegen der Ähnlichkeit mit anderen paläoproterozoischen orogenen Ereignissen auf der Erde, die mit der Bildung Columbias verknüpft waren, sollte die paläoproterozoische Entwicklung in Nordost-Afrika bei zukünftigen Rekonstruktionen dieses Superkontinents berücksichtigt werden. Am Ostrand des ‚East Sahara Ghost Cratons’ erfuhren die Gesteine von Sabaloka und von Bayuda jeweils zwei verschiedene Metamorphosen, die in Bayuda älter und von geringerer Intensität waren als in Sabaloka. In Sabaloka zeigen Monaziteinschlüsse in Granat auf ein frühes neoproterozoisches Hochtemperatur- Krustenverdickungsereignis (700-850 °C, ~6 kbar) vor 780-720 Ma, während Monazitkörner in späten Cordierit-Spinell-Symplektiten auf eine ultrahoch-temperierte Überprägung (850-950 °C) vor ca. 602 Ma hindeuten. In Bayuda deutet die Monazitdatierung von pelitischen Schiefern auf ein krustenverdickendes, amphibolitfazielles Ereignis vor ~890 Ma hin und auf ein späteres Ereignis bei ca. 670 Ma, das zur Rekristallisation von einigen Matrixmineralen führte. Somit waren die tektonometamorphen Ereignissse entlang des Ost-Randes des ESGC sehr heterogen, in zeitlicher Hinsicht und auch in ihrer Intensität. Das bedeutet, dass die panafrikanischen Orogene in Nordost-Afrika während der Bildung von Gondwana durch verschiedene lokale tektonische Ereignisse gebildet wurden. Die neoproterozoischen Ereignisse, welche den Ostrand des ESGC betrafen, wurden nicht im zentralen Teil des ESCG (Uweinat) beobachtet. Wenn man die neuen Erkenntnisse über Uweinat, Sabaloka und Bayuda kombiniert, kommt man zu dem Schluss, dass es wahrscheinlicher ist, dass die vorgeschlagene Delamination des subkontinentalen lithosphärischen Mantels des gesamten ESGC (was eine gleichzeitige orogene Überprägung im gesamten Kraton erfordern würde), nicht gleichzeitig erfolgte, sondern durch verschiedene orogenen Ereignisse in verschiedenen Teilen des Kratons verusacht wurde. Für die metapelitischen Granulite im ‚Southern Irumide Belt’ (SIB) haben die Untersuchungen eine einstufige UHT-Metamorphose ergeben, die während der mesoproterozoischen Irumiden-Orogenese stattfand. Spinell-Quarz-führende Paragenesen und hohe Al-Gehalte (7.9 Gew.%) in Orthopyroxen deuten auf eine UHT-Metamorphose bei 900-1000 °C bei ~6 kbar hin. Monazitkörner in verschiedenen texturellen Positionen (Einschlüsse in Granat, Matixkörner) ergaben Alter zwischen 1067±15 und 1013±4 Ma für das UHT-Ereignis, was also gleichaltrig mit dem assoziierten granitoiden Kontinentalrand-Magmatismus (~1090-1000 Ma) ist. Die Druck-Temperatur-Entwicklung im SIB unterscheidet sich deutlich von den Entwicklungen anderer mesoproterozoischer Orogene in Afrika, welche entweder durch eine sehr lang andauernde (~1200-1000 Ma) oder eine zweistufige Hochtemperatur-Geschichte (mit einer fast 200 Ma andauernden Unterbrechung) gekennzeichnet sind. Der SIB entstand an einem aktiven Kontinentalrand eines südlich gelegenen unbekannten Kratons, der thermisch von subduktionsbezogenem Magmatismus beeinflusst wurde und dann mit dem nördlich gelegenen Bangweulu Kraton während der Irumiden-Orogenese kollidierte. Diese Orogenese stand im Zusammenhang mit der Bildung des Superkontinents Rodinia. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass in dieser Arbeit demonstriert wird, wie texturell kontrollierte Monazitdatierungen in Kombination mit detaillierten petrologischen Untersuchungen in der Lage ist, mit hoher Auflösung die P-T-t Entwicklung von metamorphen Gesteinen zu entziffern. Die genaue Rekonstruktion gelingt sogar für hochgradige Gesteine der tiefen Kruste von Orogenen, die mehrfach überprägt wurden.
Reconstructions of the Precambrian supercontinents Columbia, Rodinia and Gondwana reveal that the African continent is a collage of Archean cratonic nuclei, which are separated by a network of orogenic belts of Paleo-, Meso- and Neoproterozoic ages, related to these supercontinent cycles. Using integrated petrological studies and texturally controlled monazite dating, this thesis aims to investigate the metamorphic P-T-t evolution of three ultra high-grade (UHT) terranes from the African continent for a better understanding of orogenic processes related to the various supercontinent cycles. 1) The Archean and Paleoproterozoic basement complex in the central East Sahara Ghost Craton (ESGC) at Uweinat-Kamil; 2) The Neoproterozoic overprinted eastern margin of the ESGC in Sudan at Sabaloka and Bayuda; 3) the Mesoproterozoic Southern Irumide Belt (SIB) of Zambia. Petrographic textures in metapelitic granulites from the Uweinat-Kamil inlier suggest a two-stage metamorphic evolution. Stage-1 saw the growth of sapphirine+quartz+garnet 1 at ultra-high temperatures (UHT) of ~1050 ̊C at ~10 kbar, followed by near isobaric cooling. During stage-2 the rocks experienced near isothermal decompression from ~9 to ~6 kbar at ultra-high temperatures of 900-1000 ̊C, which led to the formation of various symplectitic assemblage, followed again by near isobaric cooling. Monazite inclusions within garnet 1 porphyroblasts from the metapelitic granulites reveals that stage-1 occurred at ~2.6 Ga. Stage-2 occurred 700 million years later at ~1.9 Ga, as indicated by monazite grains in symplectites and the matrix. Thus the study highlights a previously unknown Neoarchean UHT metamorphism and a Paleoproterozoic UHT reworking of the only known Archean cratonic crust of northeast Africa. Owing to its similarity with other Paleoproterozoic orogens around the world, the Paleoproterozoic evolution of the Uweinat-Kamil inlier in northeast Africa should also be taken into account in future Columbia reconstructions. Along the eastern margin of the ESGC, at Sabaloka and Bayuda, four different metamorphic events are recorded. The two events in Bayuda are older and of lower intensity than the two in Sabaloka. At Sabaloka, monazite inclusions in metapelitic garnet record the timing of an early Neoproterozoic (780-720 Ma) high temperature crustal thickening event at ~700–850 °C, ~6 kbar, while monazite grains in cordierite-spinel symplectites indicate the timing of a Neoproterozoic ultra-high temperature overprint (~850–950 °C, 6–3 kbar) at ~602 Ma. Monazite dating of pelitic schists from Bayuda revealed an amphibolite-facies crustal thickening at ~890 Ma and a later event at ~670 Ma. The study thus indicates that the Neoproterozoic tectonometamorphic events along the eastern margin of the ESGC were heterogeneous, both temporally and in their intensity, indicating that the Pan-African “orogeny” in northeast Africa during Gondwana formation, is a complex series of orogenic events of varying intensities controlled by local tectonic elements and that the Neoproterozoic orogenic events, affecting the eastern margin of the ESGC, were not recorded in the central ESGC (Uweinat). Combining the results of Uweinat, Sabaloka and Bayuda, it is more likely that the proposed delamination of the subcontinental lithospheric mantle of the entire ESGC (which requires synchronous collisional events in the entire craton) was not coeval and was likely caused by different orogenic events in different parts of the craton. In southern Africa, similar integrated petrological and geochronological studies of metapelitic granulites from the Chipata Terrane of the SIB revealed a single stage UHT metamorphism during the Mesoproterozoic Irumide orogeny. Spinel + quartz association and high Al2O3 contents in orthopyroxene (7.9 wt%) point to UHT metamorphism at 900-1000°C (UHT) and ∼5-6 kbar. Monazite grains occurring in different textural settings (inclusions in garnet, and matrix) revealed ages between 1067±15 to 1013±4 Ma for the UHT event, synchronous with the continental margin granitoid magmatism (~1090-1000 Ma). The P-T-t evolution of the SIB is in contrast with the evolution of other known Mesoproterozoic belts of Africa, characterized by either a long lasting (1200-1000 Ma) or bimodal (with ~200 Ma time gap) high-temperature history during the Mesoproterozoic. The SIB represents an active continental margin of an unknown craton in the south that was thermally affected by subduction related magmatism and collided with the Bangweulu Craton during the Mesoproterozoic Irumide orogeny, related to the formation of the supercontinent Rodinia. The present study thus demonstrates that texturally controlled in-situ monazite dating, integrated with detailed petrological investigations is an extremely powerful tool in deciphering the P–T–t evolutionary histories, especially for high-grade deep crustal rocks, and allows high-resolution and precise reconstruction of the geodynamic evolution of polyorogenic mountain belts.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-72240
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/5021
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4724
Exam Date: 22-Sep-2015
Issue Date: 2-Oct-2015
Date Available: 2-Oct-2015
DDC Class: 550 Geowissenschaften
Subject(s): Afrika
Monazit-Datierung
Präkambrium
Ultrahochtemperaturmetamorphose
Africa
Monazite dating
Precambrian
Ultra-high temperature metamorphism
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 6 Planen Bauen Umwelt » Institut für Angewandte Geowissenschaften » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
karmakar_shreya.pdf110 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DepositOnce are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.