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Lexikon der Geowissenschaften: Proterozoikum

Proterozoikum, das dritte Ärathem des Präkambriums. Die Untergliederung des Proterozoikums ist in der Tabelle dargestellt. Im Proterozoikum waren die Kontinente bereits konsolidiert und die plattentektonischen Prozesse vergleichbar mit moderner Plattentektonik. Folgende proterozoische Faltungsphasen und regionalgeologische Entwicklungen sind relevant:

a) Afrikanischer Kraton: Der Afrikanische Kontinent besteht aus mehreren kratonalen, archaischen Kernen. Dazu gehören, neben den Simbabwe- und Kaapvaal-Kratonen, die den zusammenhängenden Kalahari-Kraton bilden, der weniger gut untersuchte Tansania-Kraton, Bengweula-Block, Kongo- oder Zaire-Kraton, der West-Afrika-Kraton und der Ost-Sahara- oder Nil-Kraton. Alle afrikanischen Kratonkerne tragen Spuren einer als eburneisch (Eburnean) bezeichneten Orogenese, die im unteren Proterozoikum, etwa zwischen 2,5 und 2,0 Mrd. Jahre stattgefunden hat. Der Kalahari-Kraton weist Spuren einer 2,0-1,75 Mrd. Jahre alten Orogenese auf. Auf den anderen afrikanischen Kratonen, mit Ausnahme des nordwestlichen Kongo-Kratons, ist die Zeit zwischen 1,8-1,5 Mrd. Jahre durch anorogenen granitoiden Plutonismus gekennzeichnet. In Zentral- und Nordafrika machte sich zwischen 1,3 und 1,0 Mrd. Jahre die Kibarische Orogenese bemerkbar, an die sich die Panafrikanische Riftphase und Orogenese anschließen. Die Damara-Orogenese um 550 Mio. Jahre gehört zu den jüngsten präkambrischen Gebirgsbildungen des Afrikanischen Kratons.

b) Australischer Kraton: Der Pilbara-Kraton (3,5-3,0 Mrd. Jahre) Westaustraliens erfuhr im unteren Proterozoikum eine Absenkungs- und Sedimentationsphase. Auf dem Yilgarn-Kraton Westaustraliens (3,0-2,5 Mrd. Jahre) fehlt die sedimentäre Bedeckung des unteren Proterozoikums. Erst die Capricorn-Orogenese, die diese beiden Kratone um 1,6 Mrd. Jahre zusammengefügt hat, macht sich auf dem südlichen Pilbara-Kratonrand bemerkbar. Der Gawler-Block Südaustraliens erfuhr um 1,8 Mrd. Jahre eine Faltung, die als Kimban-Orogenese bekannt ist. Zwischen 1,88 und 1,85 Mrd. Jahre wurden während der Barramundi-Orogenese die nordaustralischen, frühproterozoischen Terranes aufgefaltet. Die zentralaustralischen, polymetamorphen Gürtel wurden während der Carpentarian-Orogenese (1,6-1,4 Mrd. Jahre) und Musgravian-Orogenese (1,3-1,1 Mrd. Jahre) geformt. Das obere Proterozoikum Australiens ist durch den Adelaide-Zyklus überprägt (1,0-0,5 Mrd. Jahre), in dem die Adelaide-, Amadeus-, Kimberley- oder Tasmania-Becken während der Delamarischen-Orogenese an der Präkambrium/Kambrium-Grenze gefaltet wurden.

c) Südamerikanischer Kraton: Zu den archaischen Kernen von Südamerika gehören der Imataca-Komplex (Guyana-Schild), das Goias-Massiv des Zentral-Brasilianischen Schildes sowie der Boa-Vista-Gneis des Atlantischen Schildes. Die erste proterozoische Kratonisierungsphase erfuhren diese Schilde in der Transamazonischen Orogenese (2,1-1,9 Mrd. Jahre). Der Transamazonischen Orogenese folgte eine Periode mit verstärktem Plutonismus bis etwa 1,4 Mrd. Jahre. Der Amazonische Kraton wurde um 1,0 Mrd. Jahre aus den archaischen Schilden (Atlantischer und Central Brazil) während der Rodonischen Orogenese zusammengeschweißt. Die Rodonische Orogenese, wie auch die um 700-480 Mio. Jahre folgende Braziliano-Orogenese, haben eine auffallend gute Korrelation mit der Kibarischen bzw. den späteren Panafrikanischen orogenen Phasen Afrikas.

d) Indischer Kraton: Im Proterozoikum gab es drei Phasen, in denen der Indische Kraton konsolidiert wurde. Im unterem Proterozoikum, um 2,0 Mrd. Jahre, hat die Aravalli-Orogenese zur Bildung des Bandara-Kratons aus archaischen Kernen geführt. Im mittleren Proterozoikum hat die Ghats-Orogenese (1,65 Mrd. Jahre) die Eastern Ghats-Faltenfront geformt. Um 1,0 Mrd. Jahre kam es in dem Eastern Ghats-Faltengürtel zu einer weiteren metamorphen Überprägung, die etwa zur gleichen Zeit auch Sri Lanka erfaßt hat.

e) Antarktischer Kraton: Der kaum aufgeschlossene Antarktische Kraton weist im Osten bis zu vier proterozoische Metamorphosen auf. Der Napier-Komplex wurde etwa um 2,4 Mrd. Jahre in Granulitfazies überprägt, der Rayner-Komplex, das Enderby Land und die Prince Charles Mountains sind zwischen 2,0 und 1,8 Mrd. Jahre granulitfaziell metamorphosiert worden. Das Enderby Land und die Prince Charles Mountains sowie das Dronning Maud Land wurden um 1,54 Mrd. Jahre wiederum in Granulitfazies überprägt. Ein weiteres granulitfazielles Ereignis hat um 0,9 Mrd. Jahre weite Teile der Ostantarktis beeinflußt. Schließlich fand um 600-500 Mio. Jahre eine grünschieferfazielle Metamorphose in dem Transantarktischen Gebirgsgürtel statt, die zeitlich der Ross-Orogenese eingeordnet wird, während der die Antarktis endgültig konsolidiert wurde.

f) Nordamerikanischer Kraton: Der Kanadische Schild erfuhr sechs Orogenesen im Präkambrium, davon drei im Proterozoikum.

g) Grönländischer Schild: Der Grönländische Schild (und Schottland), welche ein Teil des Kenorlands im unteren Proterozoikum waren, haben eine parallele orogenetische Entwicklung zum Nordamerikanischen Kraton. Nach drei Orogenesen im Archaikum (3,8-3,7; 3,0 und 2,6 Mrd. Jahre) folgen im Proterozoikum drei weitere orogene Phasen. Die Ketilidischen (im Süden) und Nagssugtoqidischen (im Norden) Gebirge wurden um 1,8 Mrd. Jahre (Laxfordian in Schottland) geformt und granulitfaziell metamorphosiert. Der Faltengürtel von Ostgrönland (Caroliniden) wurde zwischen 1,2-0,9 Mrd. Jahre gefaltet. An der Präkambrium/Kambrium-Grenze fand in Nordgrönland und Schottland die kaledonische Gebirgsbildung (Kaledoniden) statt.

h) Sibirischer Kraton: Nach der Konsolidierung des Aldan-Schildes (2,6 Mrd. Jahre) und des Anabar-Schildes (2,9 Mrd. Jahre) erfuhr der Sibirische Kraton eine lange Phase der Subsidenz und der Intrusionen. Lokal entwickelte Metamorphose (Granulitfazies) ist auf ca. 1,95 Mrd. Jahre datiert (Stanovoy-Orogenese). Das Riphäikum (bis 0,65 Mrd. Jahre) ist wieder vor allem durch Subsidenz und Sedimentation gekennzeichnet. Erst nach dem Vendium, während der Baikal-Orogenese (570 Mio. Jahre), wurden im Süden und Westen des Kratons die Baikal-, Yenisei- und Turukhansk-Faltengürtel geformt.

i) Osteuropäischer Kraton:Die Saamiden im Norden des Kratons bilden den archaischen Kern des Osteuropäischen Kratons. Nach der Karelischen (Saamischen) Faltung am Ende des Archaikums (2,7-2,6 Mrd. Jahre) erfuhr der Baltische Schild zwei weitere proterozoische Konsolidierungsphasen, die Svekokarelische Faltung (1,8 Mrd. Jahre) und die Svekonorwegische Faltung um 1,0 Mrd. Jahre. Innerhalb der Saamiden gibt es jedoch auch einen Bereich, der um 2,0 Mrd. Jahre reaktiviert wurde (hoch metamorphe Gneise und Amphibolite der Belmoriden und die Lappland-Granulite). Die Svekokareliden bestehen aus zwei unterschiedlichen Bereichen, den Kareliden im Norden, die im Vorland der Saamiden sedimentiert wurden (Schelf-Sedimente mit kontinentalem Sockel), und aus den Svekofenniden im Süden, die einer sedimentären Abfolge vom Kontinentalrand bis zu ozeanischen Ablagerungen entsprechen. Die Svekokarelische Orogenese hat die Svekofenniden auf die Kareliden überschoben und intensiv metamorphisiert. Die berühmten Rapakivigranite mit großen Kalifeldspäten, umgeben von Plagioklasrinden,wurden als postorogene Magmen intrudiert (1,7-1,5 Mrd. Jahre). Danach folgte eine Abtragungsperiode, nach der der Jotnische Sandstein sedimentiert wurde (1,3-1,4 Mrd. Jahre (Rotsedimente)). Die Svekonorwegische Orogenese erfolgte in mehreren Phasen, die insgesamt der Grenville-Orogenese des Nordamerikanischen Kratons entsprechen. Der Ukrainische (Podolische) Schild hat ebenso wie der Baltische Schild einen archaischen Kern. Die Krivoi Rog-Gruppe des Podolischen Schildes korreliert mit den Svekokareliden und die Owrutsch Gruppe entspricht den Svekonorwegiden.

j) Cathaysischer Kraton: Der Cathaysische Kraton setzt sich zusammen aus den Sino-Koreanischen Block, Tarim- und Yangtse-Block. Die archaischen Konsolidierungsphasen dieser Blöcke sind schlecht belegt. Im Proterozoikum, um 2,3-2,2 Mrd. Jahre, wurde der zentrale Sino-Koreanische Block durch Faltung und Metamorphose konsolidiert (Wutai-Orogenese). Dieser Prozeß wurde in der Lulangischen Orogenese abgeschlossen (1,8-1,7 Ga). Der Tarim-Block hat nach diesen beiden orogenen Phasen eine dritte (1,0 Mrd. Jahre; Sibao-Orogenese) Faltungsphase erfahren. Der Yangtse-Kraton wurde auch mehrfach durch proterozoische Faltungsphasen, zuletzt um 850 Mio. Jahre, erfaßt.

Am Ende des Proterozoikums kam es zur Bildung des Superkontinents Rodinia ( Abb.), der alle damaligen Kontinentalmassen umfaßte, jedoch teilweise schon um 700 Mio. Jahre zu zerfallen begann.

Das Proterozoikum weist mehrere Vereisungsphasen (proterozoische Vereisungen) auf, die teilweise miteinander auf den verschiedenen Kratonen korreliert werden können. Die ältesten, unumstrittenen Vereisungsspuren gehören zu der Gowganda-Formation der Huron-Supergruppe (Huron-See in Südkanada, Kanadischer Schild). Da sich Tillite nicht direkt datieren lassen, können nur die hangenden und liegenden Formationen das Alter dieser Vereisung eingrenzen. Demnach ist die Gowganda-Eiszeit ca. 2,4 Mrd. Jahre alt und umfaßt mehrere Tillithorizonte, die einzelnen Gletschervorstößen entsprechen. Die etwa gleichaltrigen Sedimente der Transvaal-Supergruppe in Südafrika weisen auch Vergletscherungsspuren auf (2,43-2,22 Mrd. Jahre). Auf dem Pilbara-Kraton treten zu etwa gleicher Zeit glaziofluviatile Konglomerate und glaziale Tillite auf ( > 2,4-2,0 Mrd. Jahre). Auch die Minas Gerais-Gruppe in Brasilien weist Sedimente auf, die in etwa gleicher stratigraphischer Position liegend als glaziofluviatile Konglomerate und Tillite interpretiert werden. Jedoch ist die Datierung nicht genau genug, um eine besser Zeitangabe als frühes Proterozoikum zu ermöglichen. Auf dem Dharwar-Kraton Indiens sind glaziofluviatile und glaziale Ablagerungen in mehreren stratigraphischen Positionen um 2,4-2,2 Mrd. Jahre bekannt.

Eine zweite, weltweite Vereisungsperiode des Proterozoikums fand im jüngsten Präkambrium statt (850-600 Mio. Jahre). Spuren dieser Vereisung sind auf allen Kratonen, auch in paläoäquatorialer Nähe sichtbar. In Europa gehören dazu die Kaledoniden (Norwegen, Schottland, Irland, Spitzbergen und Ural; Varanger Eiszeit). Aber auch der Nordamerikanische Kraton, Sibirische Kraton, Australische Kraton und Cathaysische Kraton tragen Spuren dieser Vereisung, die eine lange Periode der Erdgeschichte in mehreren Schüben beeinflußt hat.

Für beide Proterozoischen Vereisungsperioden wird das sogenannte Snowball-Earth-Modell diskutiert, nach dem die Ozeane für eine lange Periode der Erdgeschichte (Millionen von Jahren) größtenteils durch eine Eisdecke bedeckt gewesen sein sollen. Die Kontinente wären somit mit der Zeit fast eisfrei (kein Niederschlag). Dadurch wäre die klastische Sedimentation auf ein Minimum reduziert und es käme langsam zu einem starken CO2-Anstieg der Atmosphäre (vulkanische Entgasung), der letzten Endes zum Aufwärmen der Atmosphäre führen würde (Treibhauseffekt) und zur Schmelze der Eiskappen. Mit der erneuten, verstärkten photosynthetischen Tätigkeit nach solchen Eiszeiten käme es zu Oxidation und Ausfällung des während der Eiszeit in den Ozeanen angereicherten Eisens und zur Bildung von Banded Iron Formations, die nach den proterozoischen Vereisungen tatsächlich gehäuft auftreten.

Im Proterozoikum, etwa um 2,1 Mrd. Jahre, erscheinen die ersten eukaryotischen Einzeller (Grypania) in den Neguanee Banded Iron Formations von Michigan. Dies zeigt, daß die Abzweigung der Eukaryoten von den Archaebakterien und den Prokaryoten schon lange vorher stattgefunden haben muß. Da Eukaryoten strikt aerobisch sind und um atmen zu können eine Sauerstoffkonzentration von mindestens 1-2% PAL (Present Atmospheric Level) verlangen, muß also diese hohe O2-Konzentration schon vor 2,1 Mrd. Jahre erreicht worden sein (Atmosphäre). Dies wird durch das Erscheinen der ersten Rotsedimente um 2,2 Mrd. Jahre bestätigt. Ab etwa 1,75 Mrd. Jahre erscheinen in zahlreicher Menge die ersten Acritarchen und andere Eukaryonten (Algen) und finden die höchste Verbreitung um 600 Mio. Jahre im obersten Präkambrium (Vendium) nach der Varanger Vergletscherung. Zu dieser Zeit erscheinen auch die ersten megaskopischen Metazoen der Ediacara-Fauna, deren phylogenetische Klassifizierung noch umstritten ist. [WAl]

Literatur: [1] Goodwin, A.M. (1996): Principles of Precambrian Geology. – Academic Press. [2] Schopf, J.W. (1983): Earth′s earliest Biosphere ist origin and evolution. – Princeton. [3] Schopf, J.W. & Klein, C. (Eds.) (1992): The Proterozoic Biosphere: A Multidisciplinary Study. – New York.


Proterozoikum: eine der vielen diskutierten möglichen Rekonstruktionen des Superkontinents Rodinia am Ende des Proterozoikums mit den beteiligten Kratonen. Da es von vielen der Kratone keine zuverlässigen paläomagnetischen Daten und lithologische Korrelationen gibt, sind solche Rekonstruktionen naturgemäß immer sehr spekulativ. Proterozoikum:

Proterozoikum (Tab.): Gliederung des Proterozoikums. Proterozoikum (Tab.):

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