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Kai Olaf Klama

• Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der geochemischen und isotopischen Analyse detritischer Zirkonminerale aus rezenten Sedimenten des weit verzweigten Orange- und Vaal River Flusssystems in Südafrika. Zirkone kristallisieren überwiegend aus krustalen Schmelzen und sind äußerst resistent gegenüber jeglicher Zerstörung und damit ein idealer Kandidat zur Rekonstruktion früherer Krustenbildungsprozesse der geologischen Erdgeschichte. Der kombinierte Ansatz der U-Pb Altersdatierung, der Hf Isotopie und der Spurenelementgeochemie mittels Laserablation und des Einsatzes induktiv-gekoppelter Sektorfeld- und Multikollektormassenspektrometer ermöglicht es die krustale Wachstums- und Entwicklungsgeschichte des südafrikanischen Kratons zu erfassen. Die mehr als 1200 U-Pb Analysen der Zirkone weisen 4 tektonische Hauptphasen des südafrikanischen Kontinents nach: 1. die Panafrikanische Orogenese (0.5-0.7 Ga), 2. das Namaqua-Natal Faltengürtelorogen (1.0-1.3 Ga), 3. die Kheis Orogenese (1.8-2.0 Ga) und 4. die westliche Kaapvaal-Kratonisierung (2.9-3.2 Ga). Allerdings zeigt sich, dass die 13 Probenlokationen überwiegend lokale bzw. regionale U-Pb Altersdaten ihrer umgebenden Herkunftsgebiete liefern. Die Hf Isotopie der Zirkone der verschiedenen tektonischen Hauptphasen Südafrikas stellen ihre differenzierte Akkretions- und Aufschmelzungsgeschichte dar. Die panafrikanischen Zirkone zeigen eine ausgeprägte Durchmischung von juvenilem und recyceltem Material. Die mesoproterozoischen (Namaquan) Zirkone entstanden aus juvenilem Magma während eines Inselbogen-Kontinent-Kollisionsereignisses. Die paläoproterozoischen und archaischen Zirkone sind Produkte von aufgeschmolzener prä-existierender kontinentaler Kruste oder vom Mantel abstammende Schmelzen, die durch kontinentale Kruste kontaminiert wurden. Die berechneten Hf Modellalter, so genannte „Mantelextraktionsalter" ergeben zwei Maxima, die zwei Stadien juvenilem Krustenwachstums einschließen, einmal vor 1.4 und 3.2 Ga. Dieses krustale Wachstum zeigt eine Übereinstimmung mit den progressiv episodischen Modellen von Nagler & Kramers (1998) sowie Condie (2000) mit Höhepunkten zwischen 3.0 und 2.0 Ga sowie den Studien von Wang et al. (2008) mit krustalen Wachstumsperioden von 1.6 bis 2.2 und 2.9 bis 3.4 Ga auf dem Nordamerikanischen Kontinent und auf dem Gondwana-Kontinent (Australien) von Hawkesworth & Kemp 2006) und implizieren wohl ein globales kontinentales Krustenwachstum. Die Abgrenzung und Wiedererkennung der Zirkone anhand der chemischen Zusammensetzung zu möglichen Muttergesteinen zeigen noch keine viel versprechenden Ergebnisse. Generell weisen die Zirkone eine magmatische granitoide Zusammensetzung kontinentalen Ursprungs auf. Eine Auffälligkeit stellen die erhöhten Spuren- und leichten Seltenenerdelemente in Zirkonen jeglicher Altersklassen dar. Nachfolgende Arbeiten müssen zeigen, wie und ob diese Anreicherungen Einfluss auf die chemische Zusammensetzung, die U-Pb Datierung und vor allem die Hf-Isotopie der Zirkone haben.
• Detrital zircon crystals from recent sediments of the Orange and Vaal riversystem in South Afrcia were collected for geochemical and isotopic analysis. Zircon crystallize predominantly from crustal melts and are extremely resistant in relation to any destruction and thus an ideal candidate to the reconstruction of ancient crustal processes in the geological record. Therefore the combined use of U-Pb age dating, Hf isotopic signatures and trace element compositions by laser ablation and inductive-coupled sector field and multi-collector mass spectrometers (LA-SF-ICP-MS & LA-MC-ICP-MS), from the South African zircons, should provide new constraints on the nature and growth history of the Southern Africa Craton and on the evolution of igneous and metamorphic rocks formed during and subsequent to orogenic cycles. More than 1200 U-Pb analyses of the zircons yield ages of four main tectonic episodes of the South African continent: 1. the Panafrican orogeny (0.5-0.7 Ga), 2. the Namaqua Natal foldbelt orogeny (1.0-1.3 Ga), 3. the Kheis orogeny (1.8-2.0 Ga) and 4. the western Kaapvaal cratonisation (2.9-3.2 Ga). However it shows up that thirteen sample locations supply predominantly from local and/or regional U-Pb age data of their surrounding origin areas. The Hf isotopic analysis of the zircon from the distinct main tectonic episodes of South Africa represents their differentiated accretion and melting history. The Panafrican zircon show a pronounced mixing of juvenile and recycelted material. The Mesoproterozoic (Namaquan) zircon developed from juvenile magma during an island arc - continent collision event. The Paleoproterozoic and Archean zircon are products of more melted pre-existing continental crust or derived from mantle melts, which were contaminated by continental crust. The calculated Hf model age (mantle extraction age) results in two maxima, which include two stages of juvenile crustal growth, once before 1.4 and 3.2 Ga. This crustal growth are in agreement with the progressive episodic models of Nagler & Kramers (1998) and Condie (2000) with maxima between 3.0 and 2.0 Ga as well as the studies of Wang et al. (2008) with crustal growth periods from 1.6 to 2.2 and 2.9 to 3.4 Ga on the North American and on the Gondwana continent (Australia). This probably imply a global continental crust growth (Hawkesworth & Kemp 2006). The discrimination and reidentification of the zircon on the basis of their chemical composition to possible source rocks show still no promising results. Generally, the analysed zircon, exhibit a granitoide magma composition of continental origin. Particularly conspicuous are trace- and light rare earth element enrichments in zircon of any age groups. Following work will show, how and whether these enrichments influence the chemical composition, the U-Pb dating and above all the Hf-isotopy of the zircon.