Lexikon der Geowissenschaften: Grünsteingürtel
Grünsteingürtel, greenstone belt (engl.), ausgedehnte Vorkommen archaischer Gesteine (Archaikum), die aus meist schwach metamorphen (Grünschieferfazies), basischen, Mg-reichen Vulkaniten und vulkano-sedimentären Serien bestehen. Es kommen jedoch auch metamorphe Grünsteingürtel der Granulitfazies vor. Grünsteingürtel gehören zu den ältesten suprakrustalen Gesteinen der Erde. Der Name kommt von der auffallenden grünlichen Färbung dieser chloritreichen Gesteinserien, zu der auch andere Minerale wie z.B. Serpentinminerale, Aktinolith oder Epidot beitragen.
Grünsteingürtel sind typischer Weise in großräumige Muldenstrukturen gefaltet ( Abb. 1 ). Das Ausstreichen dieser Mulden an der Erdoberfläche formt langgezogene Gürtel von deformierten vulkano-sedimentären Gesteinsserien. Die generelle stratigraphische Abfolge innerhalb der Grünsteingürtel besteht aus Ultramafiten (Komatiiten), gefolgt von basischen, intermediären und selten bis zu rhyolitischen Vulkaniten (Rhyolith), in die Tonsteine, Grauwacken, Sandsteine, Banded Iron Formations und Kieselschiefer eingeschaltet sind. Zu diesen Tiefwassersedimenten kommen seltener auch Flachwasserablagerungen (Konglomerate, Siltsteine und Sandsteine) hinzu. Ultramafische und mafische Gänge sind häufig. Vulkanische Serien dominieren v.a. im unterem Bereich der Grünsteingürtel, sedimentäre Serien überwiegen im oberen.
Die Komatiite treten als Flows (Ergüsse), selten mit Pillowstrukturen auf. Diese Flows sind vertikal zoniert, wobei der MgO-Gehalt nach oben hin abnimmt. Spinifexstrukturen (Olivinausbildung als lange, nadelige Kristalle in einer glasigen Matrix) sind häufig und typisch für diese mafischen Ergussgesteine. Der hohe MgO-Gehalt der Komatiite ist ein Hinweis auf Mantelperidotite als Ursprung der komatiitischen Schmelzen und auf Schmelztemperaturen von bis zu 1650°C.
Lithologische Kontakte innerhalb der Grünsteingürtel und zum Nebengestein sind tektonisch mehrfach überprägt und stratigraphische Abfolgen lassen sich meist nicht mehr rekonstruieren. In vielen Fällen ist Deckentektonik (Decke) interpretiert worden. Umstritten ist, ob die Grünsteingürtel archaische Ozeanböden darstellen. Viele Charakteristika, wie z.B. die vorwiegend mafische Zusammensetzung der Vulkanite sowie das Vorhandensein von Tiefwassersedimenten sprechen jedoch dafür. Die Grünsteingürtel sind mit Granulitgesteinen, mit Tonalit-Trondhjemit-Gneisen (TTG) und Graniten assoziiert. Aus dem Vorkommen von Tonalit-Trondhjemit-Graniten (Na-betonte Biotit-Granodiorite, die als Teilschmelzen von Eklogiten und Amphiboliten interpretiert werden) schließt man, daß auch ozeanische Krustenfragmente in den Grünsteingürteln eingeschlossen sind. Vergleiche zum Inselbogenvulkanismus und zur Subduktion an Inselbögen sind durchaus möglich. Zusammen mit den Intrusivgesteinen bilden die Grünsteingürtel die archaischen Schilde. Granitische und granodioritische Intrusionen und Gneise sind z.T. für älter datiert worden als die Grünsteingürtel, die jedoch auch mit jüngeren Intrusivgesteinen in die typischen Muldenstrukturen eingefaltet sind. Die Basis der Grünsteingürtel ist nicht bekannt.
Weltweit sind über 260 Grünsteingürtel bekannt. Einer der am besten untersuchten Grünsteingürtel ist der Barberton Greenstone Belt in Südafrika ( Abb. 2 ). Er ist mehr als 3,5 Mrd. Jahre alt und beinhaltet drei lithostratigraphische Gruppen, die Onverwacht-Gruppe, die Fig-Tree-Gruppe und die Moodies-Gruppe. Alle drei sind tektonisch von einander getrennt, jedoch interpretativ zu einer sinnvollen stratigraphischen Abfolge zusammengesetzt worden. Demnach ist die auf 3,53 Mrd. Jahre datierte Onverwacht-Gruppe die älteste in diesem Verband. Sie besteht aus ultramafischen bis mafischen, submarinen Vulkaniten und eingeschalteten Gängen sowie TTG-Plutonen. Ebenfalls eingeschaltet sind felsische Laven, Tuffe und Tiefwassersedimente (Kieselschiefer). Die darüber liegende Fig-Tree-Gruppe besteht v.a. aus Turbiditen-Grauwacken, Sandsteinen, Tonschiefern und Banded Iron Formations. Die wahrscheinlich jüngste der Gruppen, die Moodies-Gruppe, besteht aus Konglomeraten mit Quarz und Kieselschiefergeröllen sowie aus gerippelten Flachwasser-Sandsteinen und siltigen Schiefern. Die Datierung dieser Gruppen ist problematisch, da nur selten geeignete Gesteine gefunden werden und sich die Fehlergrenzen der Altersdaten überlagern können.
Obwohl es in den Grünsteingürteln untergeordnet auch Flachwassersedimente gibt, sind diese auffällig selten. Der Grund dafür liegt v.a. in dem Fehlen von ausgedehnten Schelfgebieten im Archaikum. Im unterem und mittlerem Archaikum waren die Kratone extrem klein. Die Protokontinente waren wahrscheinlich nur von schmalen, steilen Schelfgebieten und von ausgedehnten Becken ozeanischer Kruste (die Grünsteingürtel) umgeben. Flachwassersedimente wurden also nur selten abgelagert. Evaporite fehlen völlig.
Zwischen archaischen Kratonen wurden Grünsteingürtel auch noch im unteren Proterozoikum gebildet, unterscheiden sich jedoch von den archaischen Grünsteingürteln erheblich. Es fehlen ihnen v.a. die ultramafischen Abfolgen, und ihre Sedimente sind im Flachwasser gebildet worden. Zum einen nahm der Wärmefluß mit der Bildung großer und mächtiger Kontinente im Proterozoikum stark ab, andererseits wurden um die Kontinente ausgedehnte Schelfgebiete mit mächtigen Sedimenten gebildet.
Mit den archaischen Grünsteingürteln sind zahlreiche Lagerstätten verbunden. Zu den mit ultramafischen Gesteinen assoziierten Mineralisationen gehören Nickel, Kupfer, Chromit, Asbest (Chrysotil) Magnesit und Talk. Mit mafischen und felsischen Vulkaniten assoziiert sind Sulfid-Mineralisationen. Und mit den Intrusivgesteinen kommen größtenteils nicht-metallische Mineralisationen wie Li, Bi, Beryll und Korund vor. Typisch für die Grünsteingürtel sind auch berühmte Goldvorkommen, in denen meist sekundäre Vorgänge, verbunden mit Granitintrusionen, eine große Rolle bei der Mineralisation spielen (hydrothermale Alteration). [WAl]
Literatur: [1] CONDIE, K.C. (1994): Greenstones through time. – Amsterdam. [2] DE WIT, M.J. & ASHWAL, L.D. (1996): Greenstone Belts. – Oxford.
Grünsteingürtel 1: typische Muldenstruktur der archischen Grünsteingürtel. Grünsteingürtel 1:
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Grünsteingürtel 2: nadelige Spinifex Strukturen in Komatiiten des Barberton Mountain Land. Grünsteingürtel 2:
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