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Porphyre allgemein und Ålandporphyre


Was sind Porphyre?     english summary

Lagekarte

Porphyre sind magmatische Gesteine, in denen größere Minerale in einer feinkörnigen Grundmasse stecken. Diese Minerale sind Feldspäte und oft auch Quarz. Man bezeichnet sie als „Einsprenglinge“.
„Porphyr“ bezeichnet also kein Gestein, sondern ein Gefüge, also das Aussehen eines Gesteins.
Die Bezeichnung „Quarzporphyr“ wird verwendet, wenn Quarze enthalten sind und die Grundmasse dicht oder sehr feinkörnig ist. Ist die Grundmasse dagegen körnig, spricht man von „Granitporphyr“. Diese Unterscheidung ist vor allem bei der Bestimmung von Geschieben üblich.

Quarzporphyr
Bild 1: Quarzporphyre haben eine dichte Grundmasse.
Die Feldspäte und Quarze bilden die Einsprenglinge.
(unbeschriftetes Bild)

Granitporphyr
Bild 2: Granitporphyre haben eine körnige Grundmasse.
(unbeschriftetes Bild)

Porphyre entstehen, wenn ein Magma [1], in dem bereits die ersten Feldspäte und Quarze gewachsen sind, plötzlich abgekühlt wird. Der Anteil, der eben noch flüssig war, erstarrt zur feinkörnigen Grundmasse mit den bereits kristallisierten Mineralen (Einsprenglinge) darin. Ein Porphyr zeigt also, wie es in einem Magma aussieht, in dem die Bildung der Feldspäte und Quarze begonnen hatte.

Ursache für eine plötzliche Abkühlung kann ein Vulkanausbruch sein. Wenn Magma aus großer Tiefe schnell nach oben kommt, erstarrt es sofort, weil die Temperatur an der Oberfläche viel niedriger ist. Hätten sich die hier beschriebenen quarzreichen Schmelzen ungestört abkühlen können, wären statt der Porphyre grobkörnige Granite entstanden.

 

Porphyre von Åland

Porphyre gibt es überall im Grundgebirge Skandinaviens. Sie kommen häufig als Gänge in Granitmassiven und deren Nähe vor.
Åland-Porphyre spielen eine besondere Rolle, weil sie als Geschiebe einfach zu erkennen sind, aus großen Vorkommen stammen und mit ähnlichen Gesteinen verglichen wurden. Das trifft auf viele andere Porphyre aus Skandinavien nicht zu.

Åland-Porphyre sind überwiegend rötliche bis rotbraune Gesteine mit vielen Feldspäten und vielen gerundeten Quarzen. Die Feldspäte sind meist Alkalifeldspäte, die rechteckig, kantengerundet oder ganz rund sind. Auch zerbrochene oder randlich aufgelöste Feldspäte kommen vor. Einige der Feldspäte tragen Säume aus Plagioklas und gleichen den rundlichen Feldspäten in Rapakiwi-Graniten.
Die Farbe der Feldspäte reicht von blass beige, fleischfarben bis zu kräftig rot. Sie sind heller als die Grundmasse und oft fleckig, denn in ihnen stecken kleinste Quarze oder andere Feldspäte.
Neben dem häufigen Alkalifeldspat kommt Plagioklas regelmäßig vor. Er bildet einzelne Kristalle und gelegentlich auch einen Saum um Alkalifeldspäte. Der Plagioklas kann rot, rötlich-braun, grünlich-braun, blaugrau oder gelbbraun aussehen.
Die Quarze der Åland-Porphyre sind überwiegend hell- bis dunkelgrau, gelegentlich transparent und manchmal milchig-weiß bei einem Durchmesser von 2 bis 5 mm. Fast alle Quarze sind gerundet und haben auf ihren Außenseiten kleine Einbuchtungen. Das ist „Lochfraß“ als Folge magmatischer Korrosion. (Dazu gleich mehr.)
In der Grundmasse der Granitporphyre gibt es zusätzlich noch viele sehr kleine Quarze. Sie messen nur wenige zehntel Millimeter und sehen grau bis graubraun aus, sofern man bei so winzigen Strukturen überhaupt noch Farben erkennen kann.

 

Gliederung

Die auf Åland vorkommenden Porphyre lassen sich in vier Gruppen aufteilen:

    1. Porphyre mit vielen kleinen Feldspäten (< 1 cm) und vielen gerundeten
    Quarzen.
    2. Porphyre mit rundlichen Feldspäten (> 1 cm), von denen ein Teil einen Saum
    aus Plagioklas trägt. Sie werden als „Hammarudda-Typ“ bezeichnet.
    3. Granitporphyre mit schwarz gesäumten Quarzen in einer körnigen
    Grundmasse. („Ringquarzporphyre“). Sie sind mit Abstand am häufigsten.
    4. Porphyre mit milchweißen Quarzen. Sie bilden die kleinste Gruppe.

Ein Sonderfall ist der Åland-Ignimbrit, der sehr selten ist, sodass man ihn kaum als Gruppe bezeichnen kann. Auch dieser auffällige Vulkanit hat ein ganz charakteristisches Aussehen.

Geologischer Rahmen

Die Åland-Quarzporphyre sind Teil des Granitmassivs von Åland und haben ein Alter von etwa 1,56 Milliarden Jahre. Dass die Porphyre zu den Rapakiwigraniten gehören, erkennt man unter anderem an den runden Feldspäten und den runden Quarzen, die es auch im benachbarten Åland-Rapakiwi gibt. Die Rundung der Minerale entstand durch äußeres Anschmelzen bereits gebildeter Kristalle. Das bezeichnet man als magmatische Korrosion.
Auslöser ist der schnelle Aufstieg des kristallhaltigen Magmas. Dabei sinkt der Umgebungsdruck so schnell, dass bereits gebildete Kristalle wieder zu schmelzen beginnen. Das beginnt auf der Außenseite. Dabei lösen sich die Kanten auf und bei den Quarzen entstehen Löcher, die bis ins Innere reichen und von Schmelze gefüllt werden. Deshalb haben sie so auffällig narbige Umrisse und tiefe Löcher. Diese Quarze findet man in jedem einzelnen Åland-Porphyr.

Quarz mit Korrosionsspuren
Bild 3: Magmatische Korrosion von Quarz.
(unbeschriftetes Bild)

Die Pfeile zeigen auf Löcher und Kanäle, die sich beim erneuten Anschmelzen der Quarze gebildet haben. Das Rote im Inneren der Quarze ist eingedrungene Schmelze.

 

Einschlüsse

In manchen Porphyren stecken Einschlüsse, die auf ein zweites, ungefähr basaltisches Magma zurückgehen, das beim Aufstieg vor 1,56 Milliarden Jahren beteiligt war. Diese Einschlüsse findet man vor allem im Hammarudda-Quarzporphyr und in den Ringquarzporphyren. Beide enthalten außerdem noch große Plagioklaskristalle bzw. Bruchstücke davon.

Quarzporphyr von Hammarudda
Bild 4: Feinkörniger, schwarzer Xenolith (oben links)
im Hammarudda-Quarzporphyr.

Beide Arten von Einschlüssen gerieten erst später in die Porphyrschmelze. Die schwarzen Einschlüsse sind feinkörnige Gesteine, denn sie bestehen aus mehreren Mineralen. Deshalb sind sie „Xenolithe“, also „fremde Gesteine“.

Xenokrist
Bild 5: Plagioklaskristall als Einschluss in einem Ringquarzporphyr.

Die aus reinem Plagioklas bestehenden Einschlüsse sind meist Kristalle und werden deshalb als „Xenokrist“ („fremder Kristall“) bezeichnet. Abbildungen finden Sie in den Beschreibungen der Hammarudda-Quarzporphyre und beim Ringquarzporphyr.

 

Quarzporphyre und Granitporphyre auf Åland

Sie finden hier auf kristallin.de sehr viele Åland-Porphyre, was zwei Gründe hat. Erstens gibt es große Vorkommen dieser Gesteine und zweitens haben wir (Xander de Jong, Piet Thijssen und ich), viel Zeit und Mühe in die Erkundung gesteckt und entsprechend viele Proben zusammengetragen.

Ålands Porphyre stammen fast ausschließlich aus dem Süden und Westen des Archipels.
Das größte Vorkommen von Quarzporphyr liegt auf der Halbinsel „Hammarudda“ und südlich davon. Das Gestein ist aber nur an der Küste und auf den Inseln zugänglich. Der größte Teil liegt unter Wasser.

Karte des Hammarudda-Quarzporphyrs
Bild 6: Karte des Hammarudda-Quarzporphyrs

Der Quarzporphyr von Hammarudda erstreckt sich als großer Gang an der Südwestküste Alands. Sie finden auf den folgenden Seiten Proben von allen größeren Inseln. Das sind Flatskärshällen, Bogskär, Storbroskär, Käringklubb, Manskär, Pepparn und Rankgården.

Die Granitporphyre dagegen, insbesondere die Ringquarzporphyre, stammen zum größten Teil aus dem Westen Ålands. Dort gibt es ein ausgedehntes Vorkommen, das ebenfalls zu großen Teilen unter Wasser liegt.

Karte des westlichen Porphyrgebietes.
Bild 7: Das Seegebiet „Signilskärsfjärden“ im Westen von Åland.

Die Granitporphyre haben wir auf folgenden Inseln beprobt: Flyttorna, Måsskär (Masskär), Enskär, Signilskär, Hamnskär, Glasskär, Norra Västerskär und Södra Västerskär.
Quarzporphyre gibt es auf Långviksbådarna, Tödding, Torskklobben und einer namenlosen Insel bei Bredvik (blau beschriftet).
Dem Hammarudda-Quarzporphyr ähnliche Typen fanden wir vereinzelt auf Glasskär und Flyttorna.

Weitere Vorkommen von Granitporphyren gibt es in der Umgebung der Hauptstadt Mariehamn. Diese Flächen sind aber kleiner als das westliche Porphyrgebiet.

Der große Teil des Granitplutons, der nördlich der großen Hauptinsel von Åland unter Wasser liegt, enthält sehr wahrscheinlich keine Quarz- oder Granitporphyre. Wäre dem so, müsste man diese auf der großen Insel als Nahgeschiebe finden, denn der Eistransport verlief dort von Nord nach Süd. Es gibt aber keine Geschiebe von Quarzporphyren auf Åland, insbesondere nicht im Norden. Eine Ausnahme bilden die seltenen Bottensee-Porphyre. Sie sind aber mit Åland-Quarzporphyren nicht zu verwechseln und kommen auch an der Westküste Finnlands vor. Dort gibt es aber keine Åland-Porphyre.

Die in Mitteleuropa gefundenen Geschiebe der Åland-Porphyre stammen überwiegend aus den beiden oben skizzierten Vorkommen sowie in geringerem Umfang aus der Umgebung von Mariehamn.
Nicht alle Åland-Porphyre sind auffällige Gesteine. Einige sind so merkmalsarm, dass sie, als Geschiebe gefunden, keinem Herkunftsgebiet zugeordnet werden können.

 

Åland-Porphyre als Leitgeschiebe

Als Leitgeschiebe mit eindeutiger Herkunft von Åland sind folgende Typen geeignet:

    Quarzporphyre mit vielen kleinen Feldspäten (< 1 cm) und vielen Quarzen.
    Quarzporphyre vom „Typ Hammarudda“ (Feldspäte > 1 cm, zum Teil mit
    Saum), ebenfalls mit vielen runden Quarzen.
    Ringquarzporphyre (Granitporphyre mit schwarz gesäumten Quarzen)
    Quarzporphyre mit weißen Quarzen (Skeppsvik-Typ)
    Åland-Ignimbrit

Bei der Bestimmung von Geschieben müssen auch andere Gesteine am Fundort beachtet werden. Åland-Porphyre werden immer von anderen Ålandgesteinen begleitet, sodass beispielsweise Åland-Rapakiwis als leicht zu erkennende Leitgeschiebe am Fundort der Porphyre nicht fehlen sollten.

 

Skandinaviens Quarzporphyre

Wir kennen nur einen Teil aller skandinavischen Porphyre, denn neben den bekannten großen Vorkommen gibt es noch viele kleine Gänge, die weder bekannt noch beschrieben sind.
Die Geologen im Norden kümmern sich nicht um solche Porphyre, da sie kein wirtschaftliches Potenzial haben und für den Bergbau uninteressant sind. Viele Quarzporphyre sind auf den 100000er-Karten gar nicht verzeichnet und Karten mit kleineren Maßstäben sind bis heute nur unvollständig verfügbar. Mit anderen Worten: Unsere Kenntnisse sind gerade bei Quarzporphyren recht lückenhaft.

Fazit

Viele Quarzporphyre sind schöne und auffällige Gesteine. Das bedeutet aber nicht, dass sie auch einmalig sind. Um das zu entscheiden, müssen wir sie mit ähnlichen Porphyren vergleichen. Dabei spielt die Größe der Vorkommen eine entscheidende Rolle. Sie dürfen nicht zu klein sein. Quarzporphyre aus kleinsten Vorkommen (insbesondere Gänge) können keine Leitgeschiebe sein, da wir bis heute nur einen kleinen Teil dieser Gänge kennen. Deshalb ist auch kein Vergleichen möglich und daher scheiden Porphyre aus Kleinstvorkommen als Leitgeschiebe grundsätzlich aus. Das betrifft beispielsweise alle Porphyre von Rödö, Alnö oder Ragunda.
Beim aktuellen Wissensstand können wir nur Quarzporphyre aus großen Vorkommen vergleichen und entscheiden, welche davon einmalig sind.

Die Beschreibungen in der Literatur beziehen sich meist nur auf einzelne Proben. Dass diese einzigartig sein sollen, ist zumeist eine bloße Behauptung. 

 

Literatur

EKLUND, O, FRÖDJÖ S. & LINDBERG, B. (1994) Magma mixing, the petrogenetic link between anorthositic suites and rapakivi granites, Åland, SW Finland. Mineralogy and Petrology 50, 3 - 19. 

EKLUND O, SHEBANOV A D, The origin of rapakivi texture by sub-isothermal decompression, Precambrian Research 95 (1999) S. 129–146 

HESEMANN J: Kristalline Geschiebe der nordischen Vereisungen. Krefeld, Geologisches Landesamt Nordrhein-Westfalen, 1975

LEHTINEN M, NURMI PA & RÄMÖ OT (Hrsg.) 2005 Precambrian geology of Finland. Key to the evolution of the Fennoscandian Shield - Developments in Precambrian Geology, Amsterdam (Elsevier). 

SMED P (übersetzt durch EHLERS J): Steine aus dem Norden. Geschiebe als Zeugen der Eiszeit in Norddeutschland. 2. Auflage, Borntraeger. 2002 

VINX R: Steine an deutschen Küsten. Quelle und Meyer Verlag Wiebelsheim, 2016 

ZANDSTRA JG: Platenatlas van noordelijke kristallijne gidsgesteenten. Leiden, Backhuys 1999 

Geologische Karte Ålands: https://gtkdata.gtk.fi/maankamera 

 

[1]  Eine Gesteinsschmelze heißt Magma, solange sie unter der Erde ist. Tritt sie an der Erdoberfläche aus, nennt man sie Lava.
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Summary

Preliminary note: This text deals with the determination of erratics which can be found everywhere in the northern part of Central Europe. A few of these erratics are unique and can be attributed to the area of origin. These ones are called „Leitgeschiebe“. This text should help to determine such erratics.

What are porphyries?

Porphyries are magmatic rocks magmatic rocks with larger minerals in a fine-grained ground mass. These minerals are feldspars and often quartz and are called "phenocrysts".
"Porphyry" therefore does not refer to a rock, but to a texture, i.e. the appearance of a rock.

The term "quartz porphyry" is used if quartz is contained and the ground mass is dense or very fine-grained. If, on the other hand, the ground mass is granular, the term "granite porphyry" is used. This distinction is particularly common when determining erratics.
Figure 1: Quartz porphyry with dense ground mass.
Figure 2: Granite porphyry with granular ground mass

A porphyry is formed when a magma in which the first feldspars and quartz have already grown is suddenly cooled. The part that was liquid solidifies to a fine-grained ground mass with the already crystallized minerals (phenocrysts) in it. A porphyry thus shows what it looks like in a magma in which the formation of feldspars and quartzes had begun.
A sudden cooling may be caused by a volcanic eruption. When magma rises quickly from great depth, it solidifies immediately because the temperature at the surface is much lower. If, on the other hand, the cooling of this melt had been slow, the crystallization of the minerals would have remained undisturbed and these porphyries here would have become granites.

The porphyries of Åland

Porphyries are everywhere. They are often found as dykes in granite massifs and their vicinity.
Åland porphyries are of special importance because they are easy to recognise as erratics, come from large deposits and have been compared with similar rocks.

Åland porphyries are predominantly reddish to reddish-brown rocks with many feldspars and many rounded quartzes. The feldspars are mostly alkali feldspars, which are rectangular, edge rounded or completely round. Broken or edge-dissolved feldspars also occur. Some of the feldspars have plagioclase rims and resemble the roundish feldspars in Rapakivi granites.
The colour of the feldspars ranges from pale beige, flesh-coloured, reddish to bright red. They are brighter than the ground mass and sometimes spotted, because they contain tiny quartzes or other feldspars.
In addition to the frequent alkaline feldspar, plagioclase occurs regularly. It forms single crystals and occasionally also a rim around alkali feldspars. The plagioclase can appear red, reddish-brown, greenish-brown, blue-grey or yellow-brown.
The quartz of the Åland porphyries is predominantly light to dark grey, sometimes transparent and sometimes milky white, with a diameter of 2 to 5 mm. Almost all quartzes are rounded and have small indentations on their outer sides. This is "pitting" as a result of magmatic corrosion. (More on this in a moment.)
In the ground mass of the granite porphyry there are also many very small quartzes. They measure only a few tenths of a millimeter and look gray to gray-brown, if one can even recognize colors in such tiny structures.

The porphyries of Åland can be divided into four groups:
- Porphyries with many small feldspars (< 1 cm) and many rounded quartzes
- Porphyry with roundish feldspars (> 1 cm), part of which has a plagioclase rim. ("Hammarudda type").
- Granite porphyry with black-rimmed quartz in a granular ground mass, also called "Ring Quartz Porphyry".
- Porphyry with milk-white quartz. They form the smallest group.
A special case is the Åland Ignimbrite, which is very rare, so it can hardly be called a group. This striking volcanite also has a very characteristic appearance.

Geological framework and magmatic corrosion

The Åland quartz porphyries are part of the Åland granite massif and about 1.56 billion years old. That the porphyries belong to the Rapakivi granites can be seen by the round feldspars and the round quartz, which can also be found in the neighbouring Åland Rapakivi. The rounding of the minerals is the result of external melting of already formed crystals. This is called magmatic corrosion. The trigger is the rapid rise of the crystal-bearing magma. The surrounding pressure decreases so fast that already formed crystals start to melt again. This begins on the outside. In the process, the edges dissolve and holes are the result of this, especially in the quartz. These reach into the interior and are filled by melt. This is why they have such strikingly scarred outlines and deep holes. This can be found in every single Åland porphyry.
Picture 3: Magmatic corrosion of quartz. The arrows point to holes and channels that have formed when the quartz was melted again. The red mineral inside the quartz is infiltrated melt.

Inclusions

Some porphyries contain inclusions dating back to a second, approximately basaltic magma that was involved in the rise 1.56 billion years ago. These inclusions are mainly found in the Hammarudda quartz porphyry and in the ring quartz porphyries. Both also contain large plagioclase crystals or fragments.
Both types of inclusions were originally not part of these porphyries and only came into the porphyry melt during the ascent. The black inclusions are fine-grained rocks, because they consist of several minerals. Therefore they are "xenoliths", i.e. "foreign rocks".
The inclusions consisting of pure plagioclase are mostly crystals and are therefore called "xenocrysts" ("foreign crystal"). Illustrations can be found in the descriptions of the Hammarudda quartz porphyry and the ring quartz porphyry.

Quartz porphyry and granite porphyry on Åland

You can find here on kristallin.de a lot of Åland porphyries, which has two reasons. Firstly, there are large deposits of these rocks and secondly, we (Xander de Jong, Piet Thijssen and myself) have invested a lot of time and effort in the exploration and have collected a corresponding number of samples.
On Åland there are two large areas of porphyries. One is located on the peninsula "Hammarudda" and south of it. Another one is located off the west coast of the main island. At both places the porphyries are only accessible on islands and are mostly under water. (See figure 6 and 7)
The quartz porphyry of Hammarudda extends as a large dyke along the southwest coast of Aland. We have sampled all the larger islands. These are Flatskärshällen, Bogskär, Strobroskär, Käringklubb, Manskär, Pepparn and Rankgården. (The sampled islands are underlined.)

From the western porphyry area there are samples from Flyttorna, Måsskär (Masskär), Enskär, Signilskär, Hamnskär, Glasskär, Norra Västerskär and Södra Västerskär.
Granite porphyry dominates on these islands. Quartz porphyry is only found sporadically on Långviksbådarna, Tödding, Torskklobben and an unnamed island near Bredvik. Types similar to the Hammarudda quartz porphyry are found locally on Glasskär and Flyttorna.

The granite pluton, which is under water north of the main Åland island, probably does not contain quartz porphyry or granite porphyry. If this were the case, these would have to be found on the large island as local erratics, because ice transport there ran from north to south. However, there are no quartz porphyry erratics on Åland. An exception are the rare Bothnian Sea porphyries. However, they are not to be confused with Åland quartz porphyries and can also be found on the west coast of Finland. But there is no Åland porphyry there.
Åland porphyry erratics are mainly from the two deposits outlined above and to a lesser extent from the Mariehamn area on the main island.

Not all Åland porphyries are conspicuous rock. Some are so poor in features that, when found as erratics, they cannot be assigned to any area of origin.

Åland-Porphyry as erratics

The following types are typical and always from Åland if found as erratic:
- Porphyry with many small feldspars (< 1 cm) and many round quartzes.
- Quartz porphyry of the "type Hammarudda" (feldspars > 1 cm, partly with rim), also with many round quartzes.
- Ring quartz porphyry (granite porphyry with black-rimmed quartz)
- Quartz porphyry with white quartz
- Åland ignimbrite
When determining erratics, other rocks at the site must also be taken into account. Åland porphyries are always accompanied by other Åland rocks like the Åland Rapakivi.

Scandinavian quartz porphyries

We know only a part of all Scandinavian porphyries, because besides the known large deposits there are many small dykes, which are neither known nor described.
The geologists of Scandinavia do not care about such porphyries, because they have no economic potential. Many quartz porphyries are not even on the 100000 maps and maps with smaller scales are still incompletely available. In other words: our knowledge is quite incomplete, especially for quartz porphyries.

Conclusion

Many quartz porphyries are beautiful and striking rocks. But this does not mean that they are also unique. To decide that, we have to compare them with similar porphyries. The size of the deposits plays an important role, and they must not be too small. Quartz porphyries from the smallest deposits (dykes) cannot be „Leitgeschiebe“, as we only know a small part of these dykes to date.
Therefore, no comparison is possible and porphyry from very small deposits can generally be ruled out as „Leitgeschiebe“. This applies for example to all porphyries of Rödö, Alnö or Ragunda.
With the current state of knowledge we can only compare quartz porphyries from large deposits and decide which of them are unique.

The descriptions in the literature mostly refer to single samples. The idaea that these are unique is a mere assertion.

 

 

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