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Rapakiwis

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Einführung in das Thema "Rapakiwis". (Teil 2)  
 
 
 
Rapakiwis haben die Eigenheit, in zwei verschiedenen Varianten aufzutreten.
Diese bezeichnet man als „Wiborgit" und als „Pyterlit".
Beide Gefüge treten nebeneinander auf und gehen ineinander über.

1.) Wiborgit:
 
Damit ist der klassische Rapakiwi gemeint, der sich vor allem
durch die großen Ovoide mit einem Saum aus Plagioklas auszeichnet. (Bild 2+3)
In der Geschiebekunde wird der Begriff für die „großäugigen" Formen reserviert.

2.) Pyterlit:
 
Ein Pyterlit ist ein Rapakiwi, dessen Ovoide keinen Saum aus Plagioklas haben.
Dafür finden sich auffällige Quarze, die sich um die großen Feldspäte gruppieren.
Oft sind die Quarze kantig (idiomorph) und bilden regelrecht Ringe und Girlanden
um die Alkalifeldspäte.
Der Pyterlit wurde nach einem Vorkommen bei Pyterlahti im Südosten Finnlands benannt.
Pyterlitische Gefüge sind in den Rapakiwis weit verbreitet.

Das Bild zeigt eine Probe, die aus dem Vorkommen bei Pyterlahti stammt.
 
 
Pyterlit
Bild 5
Das Gestein besteht aus fleischfarbenen Alkalifeldspäten,
braunrotem Plagioklas und rauchbraunen Quarzen:
 
pyterlitisches Gefüge
 
Bild 6
Die Vergrößerung zeigt die Umrahmung der Feldspäte durch Quarzkristalle (dunkelbraun).
 
„Pyterlit" in geologischen Karten:
 
Auf den aktuellen geologischen Karten Finnlands findet sich bei den Rapakiwis oft die Signatur „Pyterlit".

Die Gesteine im Gelände sehen aber nur selten so schön „pyterlitisch" aus, wie hier oberhalb abgebildet. Der Begriff „Pyterlit" wird verwendet, sofern Gesteine mit runden Feldpäten ohne Plagioklassäume anstehen. Die regelrechte Einrahmung der Feldspäte durch idiomorphe Quarze tritt dabei in den Hintergrund.
 

 
Der Begriff „Rapakiwi" in der heutigen Geologie:

Die Vorkommen der Rapakiwis bestehen nur zum Teil aus Gestein mit dem klassischen Rapakiwigefüge (Wiborgit). Es finden sich zusätzlich andere Granitformen.
Neben dem hier oben gezeigten Pyterlit kann ein Gestein im Rapakiwipluton beispielsweise auch als gleichkörniger oder porphyrischer Granit ausgebildet sein.
Alle diese Gesteine, egal ob mit oder ohne klassisches Rapakiwigefüge, werden
zur Familie der Rapakiwigesteine gezählt, wenn sie den gleichen magmatischen
Ursprung haben und zusammen entstanden sind.
Das bedeutet konkret, daß in der heutigen Literatur beschriebene Rapakiwis nicht automatisch als Wiborgit oder Pyterlit auftreten müssen. Alle anderen Formen werden ebenfalls als Rapakiwis bezeichnet, sofern sie aus dem gleichen Granitpluton stammen.
Das gilt insbesondere bei Texten aus Schweden und Finnland. Man muß aufpassen,
wie der Begriff benutzt wird.

Vorkommen:

1993 waren weltweit 34 Rapakiwivorkommen bekannt. Sie sind auf allen Kontinenten
zu finden, dort aber in aller Regel an die alten (proterozoischen) Teile der
Krusten gebunden. Selbst in der Antarktis gibt es ein Vorkommen.
(Rämö & Haapala. „One hundred years of Rapakivi Granite", 1995)

Die allermeisten Rapakiwis wurden im frühen bis mittleren Proterozoikum
gebildet, vor etwa 1700 bis 1000 Millionen Jahren. Das weltweite Durchschnittsalter beträgt ungefähr 1500 Ma. Das Alter der meisten skandinavischen Rapakiwis liegt zwischen 1540 und 1650 Ma.
Eine Ausnahme bildet das weltweit älteste Rapakiwivorkommen, das ca. 2400 Ma.
alt ist und auch in Finnland liegt.
Der jüngste bekannte Rapakiwi hat ein Alter von etwa 50 Ma. und befindet sich im
Westen der USA.

Es gibt die Vermutung, daß die weltweite zeitliche Parallelität mit einer
besonderen Konstellation, nämlich der Bildung eines Großkontinents,
zusammenhängen könnte. Die Wirtsgesteine der Rapakiwis haben oft ein ähnliches
Alter: Viele sind zwischen 100 und 350 Millionen Jahre älter als die
eingedrungenen Rapakiwis.
In Skandinavien gehören diese Wirtsgesteine überwiegend der svekofennischen
Gruppe an.
Eine Ausnahme bildet der Drammen-Rapakiwi im Oslogebiet, der aus dem Perm
stammt.

Die folgende Übersicht zeigt die Rapakiwiplutone in Finnland. Von dort stammen die meisten und auch schönsten Gesteine dieser Gruppe in Europa.
 
 
 
Die Rapakiwis in Finnland
Bild 7
Die Karte wurde vereinfacht. Das Original stammt aus:
Koistinen, Tapio J. (ed.) 1996. Explanation to the map of Precambrian
basement of the Gulf of Finland and surrounding area 1 : 1 mill..
Geological Survey of Finland. Special Paper 21. 141 p. + 1 app. map.
 
 
Die finnischen Rapakiwis:

Auf dem finnischen Festland gibt es 4 größere und 11 kleinere Rapakiwivorkommen.
Nur in den großen Plutonen („Wiborg", „Vehmaa", „Laitila" und „Åland") finden wir das klassische Rapakiwigefüge mit den gerundeten Feldspäten und einem Plagioklassaum.
Dazu kommt noch der Reposaari-Rapakiwi, der aber fast vollständig unter Wasser liegt und über den nicht viel bekannt ist. Der kleine Aufschluß jedoch, den es bei Reposaari gibt, zeigt schöne Ovoide.
Die übrigen kleinen Intrusionen enthalten überwiegend porphyrische Gesteine. Oft sind dort die Quarze der ersten Ausscheidung als Blauquarze ausgebildet. Diese Gesteine sind ohne Lupe nicht ohne weiteres als Rapakiwis zu erkennen.
 
Ein weiteres Merkmal, das nicht gerade alltäglich ist und doch regelmäßig vorkommt, ist der rotbraune Plagioklas. Dieser tritt zwar gelegentlich auch an anderen Stellen Skandinaviens auf, aber die Häufung im Südwesten Finnlands ist doch beachtlich und betrifft dort auch Gesteine, die keine Rapakiwis sind, wie z.B. den Perniö-Granit.
 
In den großen Rapakiwimassiven sind die verschiedenen Gefügevarianten gut gemischt.
Das Wiborggebiet zeigt mit Abstand die meisten Ovoide mit schönen Säumen, aber es kommen dort auch Pyterlite, porphyrische Formen und gleichkörniger Granit vor.
 
Die beiden Vorkommen von Vehmaa und Laitila zeigen überwiegend pyterlitische Gefüge und unterscheiden sich kaum. Die Zusammenfassung beider unter den Oberbegriff „Nystadt-Rapakiwi" ist daher sehr sinnvoll. (Nystadt ist der schwedische Name. Die Finnen nennen die Stadt „Uusikaupunki", was wörtlich übersetzt ebenfalls „Neustadt" heißt.)
 
Das Massiv von Åland ist etwas Besonderes.
Es gibt kein vergleichbares Rapakiwigebiet in Finnland, wo ein solcher Reichtum an Formen und Gefügen vorkommt. Fast überall ist ein rotbrauner Farbton vorherrschend, der diese Gesteine im Geschiebe hervorstechen läßt.
Grob geschätzt, stammen in Norddeutschland etwa 99% aller Rapakiwis von Åland. Verglichen mit dem Festland sind die Gefüge auf Åland weniger großkörnig ausgebildet, die Ovoide sind meist um 1-2 cm klein.
Allerdings gibt es im Nordosten der Hauptinsel eine deutliche Tendenz zu größeren Ovoiden und es gibt sogar ein kleines Vorkommen von hellgrauem Wiborgit, der von manchen Festlandsgesteinen nicht zu trennen ist (anstehend auf Timskär).
Meist ist aber das Gestein aus Åland leicht zu identifizieren.


Schweden:
 
Die Rapakiwis in Schweden kommen in einigen kleineren Plutonen vor.
Nur einer (Rödö) hat ein Gefüge mit Ovoiden und Plagioklassäumen.
 

 
Besonderheiten im Gelände:

Die Rapakiwiplutone stecken als scharf umrissene, häufig rundliche Intrusionen
im Wirtsgestein und bilden oft flache, aber horizontal sehr weit ausgedehnte
Vorkommen, sogenannte Lakkolithe.
In der Literatur wird die scharf geschnittene Randzone der Rapakiwivorkommen
immer wieder betont. Es ist in der Tat eindrucksvoll, wenn man den Rand der
viele hundert Quadratkilometer umfassenden Granitintrusion erreicht und sich
der Übergang zum Nachbargestein wie mit dem Messer geschnitten auf wenigen
Zentimetern vollzieht.
 
 
Rand eines Rapakiwiplutons
 
Bild 8
Rand des Vehmaa-Rapakiwis.
 
Rechts im Bild sehen Sie den anstehenden Vehmaa-Rapakiwi in Südwestfinnland.
Die runden Feldspäte haben einen Durchmesser von etwa 1- 2 cm.
Die Grenze zum älteren Umgebungsgestein verläuft genau senkrecht in der Bildmitte.
Der eigentliche Kontaktbereich ist so schmal wie die 2-Euro-Münze oben im Bild.
Die Rostspuren sind von Baumaschinen o.ä. verursacht und haben mit der Geologie nichts zu tun.

Bimodaler Magmatismus:

Sehr viele Rapakiwis werden von Gesteinen basaltischer Abstammung begleitet.
Dieses, als „bimodal" bezeichnete, gemeinsame Auftreten von granitischem und
basaltischem Magma ist typisch für diesen Gesteinstyp - zumindest in
den größeren Vorkommen.

Dabei werden die Rapakiwi-Granite durch Gabbros, Anorthosite und ähnliche
Gesteine begleitet oder auch ringförmig umgeben. Teilweise stecken die dunklen
Gesteine mitten im Rapakiwi. Ein schönes Beispiel ist das Anorthositvorkommen von Ylämaa im Wiborgmassiv. Dort steckt mitten im „Granitozean" des Wiborgmassivs (Durchmesser 180 km) eine mehrere Kilometer messende Einlagerung reinen Plagioklasgesteins in Form eines tiefschwarzen Anorthosits. Ein größerer Kontrast läßt sich kaum denken.
Andere Erscheinungen des bimodalen Magmatismus sind zum Beispiel die ausgedehnten Gangsysteme von Diabasen, die die Rapakiwis durchziehen bzw. von ihnen ausgehen. Der Häme-Gangschwarn in Südfinnland erreicht eine Ausdehnung von 150 km.
Aus den Altersbestimmungen weiß man, daß beide Gesteinstypen gleich alt sind und
zusammengehören. Es finden sich sogar Gänge, die unmittelbar nacheinander von
beiden Magmentypen (Basalt und Granit) benutzt wurden.
Weiterhin ist ziemlich sicher, daß das Granitmagma der Rapakiwis aus dem mittleren oder unteren Bereich der Erdkruste stammte und von aus dem Erdmantel aufsteigenden basaltischen Magmen aufgeheizt wurde. Beide Magmen sind dann zusammen aufgestiegen und haben sich dabei nur teilweise vermischt. Die Platznahme des granitischen Gesteins wurde immer wieder von basaltischen Episoden begleitet. Der Aufschmelzungsvorgang der Kruste von unten her zeigt sich noch heute in Gravitationsanomalien. Die Gebiete der Rapakiwivorkommen haben eine verdünnte Erdkruste, d.h. der Erdmantel darunter wölbt sich dort auf.

Zur Bildung der Rapakiwis und der Ovoide:

Was ist nun eigentlich das Besondere am Rapakiwi?
Vor allem sind es die runden Alkalifeldspäte.
Es handelt sich bei ihnen nicht einfach um ehemals kantige Kristalle, denen nur
die Ecken abgeschmolzen wurden. Die Wachstumsringe im Inneren mancher Ovoide
zeigen, daß diese Kristalle frühzeitig runde Formen hatten und rund weitergewachsen sind.

Zur Erläuterung: Minerale, die aus einer sich abkühlenden Gesteinsschmelze
auskristallisieren, bilden Kristalle mit ebenen Flächen und geraden Kanten. Das
geht aber nur, wenn kein Widerstand, z.B. andere Kristalle, das Wachstum behindert.
Solange Flüssigkeit innerhalb der Gesteinsschmelze und damit Platz vorhanden ist,
wachsen die Kristalle in ihrer vom Molekülaufbau vorgegebenen, "idiomorphen"
Kristallform. Wenn nicht mehr genügend Raum vorhanden ist, wachsen die Kristalle
im verbliebenen Platz weiter, müssen aber ihre Form dem Platzmangel anpassen.
Sie werden "xenomorph".
Die runden Feldspataugen der Rapakiwis verletzten scheinbar diese Regel der Idiomorphie.
Rund wird ein Kristall nur durch das Anschmelzen, beim Auflösen, also dem Gegenteil der Mineralbildung. Trotzdem sind die Ovoide rund gewachsen!
Die Wachstumsringe belegen, daß die Ovoide während des Wachstums eine Form
hatten, die eigentlich nur bei der Aufschmelzung zu erreichen ist.
 
 
 
 
 
Ovoid mit Wachstumsringen
 
Bild 9
Großer Feldspatovoid mit zwei innenliegenden Wachstumsringen (Pfeile).
Ausschnitt aus einem Wiborgit, N/O von Forsby, Finnland
 
So ein Querschnitt entsteht nur, wenn die gerundete Form früh angelegt ist und während des Wachstums immer wieder erneuert wird. So ein immer wieder durch Anschmelzung gerundeter Kristall muß unter ziemlich ungewöhnlichen physikalischen und chemischen Bedingungen gewachsen sein.
 
Ein weiteres seltsames Detail sind die Plagioklassäume.
In einem normal ablaufenden Erstarrungsprozeß eines Gesteins würde der
Plagioklas zuerst oder spätestens zusammen mit dem Alkalifeldspat auskristallisieren. Er würde sich also im Inneren des Kristalls befinden oder in den Kristallzwischenräumen und nicht außen, wo er ganz offensichtlich zum Schluß „angebaut" wurde.
Um den Merkwürdigkeiten noch eine hinzuzufügen: Es gibt Rapakiwis, in denen sich Ovoide mit Saum direkt neben anderen ohne Saum befinden.
Ebenso gibt es Partien, in denen eckige Kristalle und runde Ovoide direkt nebeneinander liegen. Solche verschiedenen Kristalle können nicht am gleichen Ort unter gleichen Bedingungen zusammen entstanden sein.
 
Es gibt mehrere Ansätze, die Genese der Rapakiwis zu erklären.
Einer stellt das gleichzeitige Auftreten der Gesteine aus der Basaltfamilie in
den Mittelpunkt:
Ein sich in etlichen Kilometern Tiefe langsam abkühlendes Granitmagma hat schon zu einem erheblichen Prozentsatz Kristalle (Alkalifeldspat, Plagioklas und Quarz) gebildet.
In dieses zähe Magma dringt von unten ein heißeres und beweglicheres Basaltmagma ein. Damit beginnt ein erneuter Aufstieg des Granitmagmas, die Temperatur sinkt nicht mehr oder steigt in einigen Teilen des Magmengemisches sogar wieder an. Beim erneuten Aufstieg kommt es zu einem fortwährenden Druckabfall. Dieser führt zur Anlösung oder vollständigen Aufschmelzung bereits gebildeter Kristalle.

Gestützt wird dieser Befund durch Untersuchungen Feldspäte und Quarze.
(Eklund/ Shebanov, 1999, The orign of rapakivi texture by sub-isothermal decompression)
In den Kristallen ausgewählter Rapakiwis fanden sich Hinweise auf zwei deutlich getrennte Bildungsbereiche. Die Kerne der untersuchten Feldspäte und Quarze wurden unter Drücken von 5 - 6 Kbar (etwa 20 km Tiefe) und Temperaturen von etwa 680 - 720° C gebildet. Die äußeren Teile der gleichen Kristalle bildeten sich aber erst bei Drücken von 1- 2,5 Kbar, also in der obersten Erdkruste und zwar bei Temperaturen von 650 - 750°C.
Das bemerkenswerte an diesen Ergebnissen ist zweierlei. Zum einen der Nachweis, daß die Mineralkörner in Etappen gebildet wurden und zum anderen die kaum veränderte Temperatur von den tieferen Stockwerken der Erdkruste bis hin zu ihren obersten Etagen. Dort oben wurden dann auch erst die typischen Säume um die Ovoide gebildet, da durch die besonderen Bedingungen bis zu diesem Zeitpunkt der Plagioklas in Lösung geblieben war.
Unabhängig von allen Details der Erklärungen scheinen aber einige der Ovoide eine besonders bewegte Geschichte hinter sich zu haben.
Sie zeigen innenliegende Plagioklasringe:
 
innenliegende Plagioklasringe
 
Bild 10
Innenliegende Plagioklasringe (Rapakiwi aus Ylämaa)
 
 
Um solche Bildungen zu erklären, müssen die Alkalifeldspäte immer wieder wechselnden Umgebungsbedingungen ausgesetzt gewesen sein.
Vermutlich sind diese Kristalle durch Konvektionsbewegungen innerhalb des Magmas in verschieden heiße bzw. chemisch unterschiedlich zusammengesetzte Bereiche geraten. Eine intensive Bewegung der Kristalle im Magma bis kurz vor der Erstarrung würde auch das Nebeneinander von Ovoiden mit und ohne Saum und das Auftreten von Ovoiden inmitten idiomorpher Kristalle verständlicher machen.

Europiumanomalie:
 
Europium ist ein Metall aus der Reihe der seltenen Erden. Es gehört zur Gruppe der Lanthanide. Die seltenen Erden werden nur teilweise und nur in winzigen Mengen in Minerale wie Monazit, Apatit, Zirkon u.a. eingebaut.
Als einziges Element hat Europium die Eigenheit, zweiwertig aufzutreten. Daher kann es in die Feldspäte, insbesondere in Plagioklase, eingebaut werden.
Die negative Europiumanomalie bedeutet, daß in den Rapakiwis der eigentlich zu erwartende Europiumgehalt nicht erreicht wird.
Das Rapakiwimagma stammt aus dem unteren Teil der Lithosphäre und wird sehr wahrscheinlich durch aufdringendes, sehr heißes Magma des oberen Erdmantels erschmolzen. In diesem aus der Unterkruste erschmolzenem Granitmagma fehlt nur dann Europium, wenn dort bereits einmal Feldspäte entstanden sind.
Rapakiwigranite sind so etwas wie der "zweite Aufguß" aus einem Bereich der Unterkruste, der schon einmal Feldspäte lieferte.
 
 
 
Quarz:

Ein wichtiges Kennzeichen aller Rapakiwis sind die bereits erwähnten zwei
Generationen von Quarz.
Die Quarze, die aus der ersten Bildungsphase stammen, sind meist gerundet. Gelegentlich sind sie blau.

 

In der Grundmasse bzw. zwischen den großen Feldspäten enthalten praktisch alle Rapakiwis graphische Verwachsungen. Darunter versteht man innige Verschränkungen von Alkalifeldspat und Quarz der zweiten Generation.
Die Formen der Quarze in diesen graphischen Verwachsungen sind unterschiedlich.
Auf den Ålandinseln finden sich die Quarze als kleine, fisch- oder tropfenförmige Einlagerungen. Auf dem finnischen Festland enthalten die Gesteine tendenziell eher eckige Quarzkörner, die um 1- 3 mm groß sind.
Die graphischen Verwachsungen sind ein wichtiges Kennzeichen der Rapakiwis.
Oft sind sie mit bloßem Auge zu erkennen, mit einer Lupe aber in jedem Fall. Fehlen sie, ist es sehr fraglich, ob es sich um ein Rapakiwi-Gestein handelt.
 
Vehmaa-Rapakiwi
 
Bild 11
Quarze der ersten Generation und graphische Verwachsungen
in der Grundmasse.
Typisches Gefüge eines Vehmaa-/Laitila-Rapakiwis.
 
 

 
Grundmasse mit graph.Verweachsungen von Aland
Bild 12
Åland-Rapakiwi.

Die Grundmasse zwischen den Ovoiden besteht komplett aus graphischen Verwachsungen von Quarz in Alkalifeldspat.
Der Quarz hat die für Åland typische Form.
 
   
 
Runde Feldspäte und doch kein Rapakiwi?

Im Geschiebe finden sich auch Granite, die rundliche Feldspäte - zum Teil mit
Saum - zeigen, aber trotzdem keine Rapakiwis sind.
Achten Sie zur Unterscheidung auf die Grundmasse und auf die Quarze.
Es müssen sich verschiedene Ausprägungen von Quarz im Gestein finden. Die erste Generation ist größer und fast immer gerundet. Die zweite Generation des Quarz steckt beim Rapakiwi in der Grundmasse oder zwischen den Kristallen und ist kleiner, dazu oft eckig. Beide Generationen vom Quarz müssen vorhanden sein.

Das folgende Beispiel ist kein Rapakiwi.
 
 
leider kein weißer Rapakiwi!
Bild 13
Der abgebildete Granit ist schwach deformiert.
Rapakiwis dagegen haben alle ein undeformiertes Gefüge.
Die dunkle Grundmasse enthält keine graphischen Verwachsungen.
Es gibt zwar Quarze, aber nicht in zwei Generationen.
 
Bild 14
Das ist KEIN Rapakiwi.
 
Zum Trost sei angemerkt, daß Gesteine, die Rapakiwis so ähnlich sind wie dieser hier, ziemlich selten sind.
 
Das Gestein liegt am Strand südlich von Saßnitz/Rügen.