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Main Magnetite Layer der Oberen Zone, Magnet Heights

Vom Dwars River National Monument nahmen wir die kurze Schotterstraße wieder zurück auf die befestigte Straße und folgten dieser für ca. 3 km nach Nordwesten zurück ins Steelpoort River Valley auf die R555. Folgt man dieser für ca. 3.5 km nach Westen und überquert dann die Brücke über den Steelpoort River Richtung Norden, gelangt man auf eine Landstraße, zu deren Seiten sich Bäche in die Gesteine der Oberen Zone einschneiden. Nach ca. zehn Kilometern durch dicht besiedeltes Gebiet bietet sich auf der rechten Straßenseite eine gute Parkmöglichkeit und ein geeigneter Ausgangspunkt, um durch das ein wenig weiter nördlich gelegene Bachbett stromaufwärts durch die Anorthosit- und Magnetitit-Layer zu wandern. (Abb. 7.4.1)

 

Abb. 7.4.1 : Auf dem liegenden Anorthosit kann man im Bachbett durch die Magnetitit-Layer der Oberen Zone laufen. Sedimentologen sind, wie das Bild zeigt, auch an dem ungewöhnlichen Magnetitsand interessiert. Blick nach Norden.

Die Obere Zone der Rustenburg Layered Suite ist durch insgesamt 24 monomineralische Magnetitit-Lagen in Anorthositen und Gabbros charakterisiert. Wirtschaftlich interessant sind die Magnetitit-Lagen nicht durch ihre hohen PGE-Gehalte wie die Gesteine der Kritischen Zone, sondern durch ihre hohen Gehalte an Vanadium und Titan. Während der Vanadium-Gehalt Richtung Top der Oberen Zone graduell abnimmt, nimmt der Titan-Gehalt Richtung Top graduell zu.

Das Bachbett schließt den „Main Magnetite Layer“ (den 4. der insgesamt 24 Layer) sowie den 5. und 6. Layer auf. Die fast nur aus Magnetit bestehenden Lagen (Abb. 7.4.2) werden mehrere Dezimeter mächtig und sind von poikilitischen, manchmal sulfidführenden Anorthositen (Abb. 7.4.3) begrenzt. In der Regel zeigen die Magnetitite basal scharfe Kontakte zum Anorthosit, während der Kontakt am Top graduell über einige Dezimeter erfolgt (Abb. 7.4.4).

Abb. 7.4.2 : Makro-Aufnahme des Magnetitites, der fast monomineralisch zusammengesetzt ist. Die einzelnen idiomorphen Magnetit-Kristalle sind hier gut zu erkennen.

Abb. 7.4.3 : Makro-Aufnahme des Anorthosites, der wie hier oft Magnetit-Körner (schwarz) und manchmal fein verteilte Sulfide (golden) in Form von Pyrit oder Chalkopyrit enthält.

Abb. 7.4.4: Der Magnetitit zeigt einen scharfen Kontakt zum liegenden Anorthosit, geht zum Top hin jedoch graduell in den hangenden Anorthosit über. Die Übergangszone ist hier etwa. 40 cm mächtig.

Weit verbreitet sind anorthositische Xenolithe in den Magnetititen (Abb. 7.4.5), die wenige mm bis mehrere dm Größe erreichen und meist länglich-oval geformt sind. Da ein Einsinken in den Magnetitit von oben aufgrund ihrer geringeren Dichte unwahrscheinlich ist, könnten sie sich am Boden der Magmenkammer gebildet haben und dort sogar als „Klasten“ transportiert worden sein.

Obwohl die Magnetitite stets fast monomineralisch zusammengesetzt sind, tritt etwa in der Mitte des Main Magnetite Layer eine ca. 30 cm mächtige Zone auf, die aus unregelmäßig verteilten Plagioklaskörnern und kleinen Anorthositfragmenten besteht (Abb. 7.4.6). Die Zone ist zwar nur dünn und die Feldspat-Akkumulate scheinen unregelmäßig in „Nestern“ verteilt zu sein, sie lässt sich lateral jedoch kilometerweit verfolgen. Ihre Bedeutung und Herkunft sind ungeklärt.

Der Main Magnetite Layer zeigt zudem an einigen Stellen entlang des engen Bachverlaufs mm-große und an mindestens zwei Stellen m-große konvexe Aufdomungen des basalen Kontakt (Abb. 7.4.7). Diese diapirartige Erscheinung mag auf die verschiedenen Dichten der Gesteine (ca. 2.8 g/cm³ für den liegenden Anorthosit und 4.8 g/cm³ für den Magnetitit) zurückzuführen sein, die ein Aufstreben des weniger dichten Materials verursachen könnten. Möglich wäre ebenfalls eine hohe Viskosität der Schmelze, welche eine geringe Menge an Fluiden impliziert.

Abb. 7.4.5 : Anorthositischer Xenolith von ca. 30 cm Länge an der Basis des Main Magnetite Layer.

Abb. 7.4.6 : In der ca. 30 cm mächtigen Zone oberhalb des Hammers fallen die hellen, unregelmäßig verteilten feldspatreichen „Nester“ auf. Die Zone ist sowohl liegend als auch hangend von quasi monomineralischem Magnetitit umgeben, der Ursprung dieser Feldspat-Akkumulate ist daher kaum zu erklären.

Abb. 7.4.7 : Der Main Magnetite Layer lagert hier deutlich konvex über dem liegenden  Anorthosit, der sich um ca. 50 cm nach oben zu wölben scheint.

Die Herkunft der Magnetitite wirft erneut Fragen über die Intrusionsmechanismen im Bushveld-Komplex auf. Es wurden mehrere Modelle aufgestellt, die die außergewöhnlich konzentrierte und zyklische Kristallisation von Magnetit in ihrer Kombination möglich machen.

Eine postulierte Unmischbarkeit von silikatischen und eisenreichen Magmen würde eine Stratifizierung der jeweiligen Gesteine ermöglichen (Bateman 1951, Reynolds 1985a/b). Allerdings würde eine obere, hochviskose und dichte eisenreiche Schmelze in den liegenden unkonsolidierten Anorthosit eindringen und daher nicht die beobachteten scharfen basalen Kontakte bilden können. Die Magmenmischung ist ein etabliertes Modell um extreme Variabilität in der Mineralogie von stratifizierten Intrusionskörpern zu erklären (Harney et al. 1990). Allerdings würde die Injektion eines neuen Magmas nicht ohne eine Veränderung der Mineralogie in den Anorthositen oberhalb und unterhalb der Magnetitite auskommen. Cawthorn and Ashwal (2009) konnten durch Gesamtgesteinsanalysen jedoch zeigen, dass sich die Anorthosite über die gesamte Mächtigkeit der Anorthositlagen bis auf geringfügig verschiedene Anorthit-Gehalte in den Plagioklasen sehr ähnlich sind.

Eine weitere Möglichkeit ist das gravitative Absinken und Sortieren von schwereren Magnetit-Körnern innerhalb eines ansonsten felsisch zusammengesetzten Magmas (Wager & Brown 1968). Dieses Modell könnte eine akkurate Erklärung für den über mehrere Zentimeter erfolgenden graduellen Übergang von Magnetit und Anorthosit liefern. Für die extrem erhöhte Magnetit-Konzentration lässt sich dabei jedoch keine plausible Erklärung finden.

Weitere Modelle schlagen eine externe Änderung von Sauerstoffsättigung oder Druck in der Magmenkammer vor (Klemm et al. 1985, Cawthorn and McCarthy 1980). Da sich in diesem Fall die Gesamtmineralogie kaum ändern sollte, ist dies eine mögliche Erklärung für die Magnetititlagen, wirft aber Fragen nach den Gründen dieser äußeren Veränderungen auf. Ob dieser Mechanismus über Kilometer hinweg denselben scharfen Kontakt produzieren würde, ist ebenfalls fraglich.