Von den Tweefontein-Pegmatiten aus folgten wir der Straße für weitere 3 km nach Süden und bogen an ihrem Ende nach rechts Richtung Nordwesten ab. Nach etwa 400 m zweigt links eine unbefestigte Straße ab, die nach wenigen 100 m (und einer weiteren Abzweigung nach rechts auf eine kurze Stichstraße; dort parken) zu einem Aufschluss zwischen den beiden  Brücken über den Dwars River führt. Der Fluss schneidet sich hier auf beeindruckende Weise in Anorthosite der oberen Kritischen Zone ein, die von den Chromititlagen der UG1 durchzogen werden (Abb. 7.3.1).

Der UG1-Aufschluss am Dwars River ist als National Monument ausgewiesen, daher muss hier auf Probennahme verzichtet werden.

Abb. 7.3.1 : Der Flussanschnitt schließt am Dwars River National Monument die UG1-Chromitite der oberen Kritischen Zone auf. Bei der Arbeit an den Wänden und der Überquerung des Dwars River ist Vorsicht geboten. Blick nach Nordwesten.

Die fünf bis zehn horizontal gelagerten Chromitit-Lagen des UG1 sind hier wenige Zentimeter bis maximal 40 cm mächtig, gabeln sich lateral auf und vereinigen sich wieder miteinander. Sie sind stets mit hellen Anorthositen wechselgelagert (Abb. 7.3.2). Im regionalen Maßstab ist der UG1 Layer über fast 200 km zu verfolgen, jedoch bildet er im Norden eine einzelne, etwa 1 m mächtige Chromititlage, die sich Richtung Süden zunehmend verzweigt (Abb. 7.3.3). Die Mächtigkeit des gesamten Chromitits bleibt jedoch, ob als einzelne oder in mehreren Layern, annähernd konstant.

Abb. 7.3.2 : Wechsellagerung der dunklen Chromitit-Lagen mit helleren Anorthositen. Auffällig sind die boudin-artigen anorthositischen Xenolithe in den Chromitit-Lagen.

Abb. 7.3.3 : Schematische Darstellung des UG1 Cromitite Layer am Dwars River National Monument. Schon im Aufschlussmaßstab fällt die zunehmende Vergabelung Richtung Süden auf. Auch im regionaleren  Maßstab besteht der UG1 im Norden aus einer einzelnen Chromititlage, die sich Richtung Süden in mehrere einzelne Layer aufspaltet. Aus Voordouw et al. (2009).

Die Chromitite zeigen scharfe, jedoch irreguläre und unebene Kontakte zu den benachbarten Anorthositen und häufig auch strukturelle Wechselbeziehungen, z.B. in Form von anorthositischen Xenolithenunterschiedlicher Größe und Rundung.  Sie erregen den Eindruck, dass eine horizontale Transportkomponente, wie z.B. eine gerichtete Strömung, an ihrer Bildung beteiligt war (Abb. 7.3.4).

Neben den häufigen Xenolithen finden sich im mm- oder cm-Maßstab auch Strukturen, die „Soft-Sediment Deformation“ Strukturen ähneln (Abb. 7.3.5). Diese entstehen unter anderem, wenn eine dichte, wenig Wasser beinhaltende Sandschicht eine weniger dichte, wassergesättigte Tonschicht überlagert und die Tonschicht dadurch entwässert, tongesättigte Flüssigkeit nach oben aufsteigt oder auch lateral entweicht.

 

Abb. 7.3.4 : Die vielfältig geformten Xenolithe im Chromitit sind unregelmäßig rundlich (a), deutlich länglich (b) oder sehr eckig (c). Im sedimentären Milieu würde Bild b) eine Fließrichtung von links nach rechts anzeigen, während sich der Xenolith in Bild (c) bei einer Fließrichtung von rechts nach links mit der Spitze in Richtung der Strömung einregeln würde. Bild (d) zeigt post-kumulativen dendritenartige Orthopyroxene, die in den Anorthosit hineingewachsen sind.

Abb. 7.3.5: Makroaufnahmen der strukturellen  Beziehungen zwischen Chromitit und Anorthosit und ihre überraschenden Ähnlichkeit zu sedimentären oder tektonischen Strukturen.

(a) und (b) Dünne Anorthositflasern in Dwars River erinnern z.B. an tektonisch verursachte Boudins oder sedimentäre Flasern. Bild b) von http://www.hartwick.edu/Images/GEOLfullSize/GEOLmigmatiteBoudins.jpg

(c) und (d) Die mit Ausbrüchen versehene unregelmäßige Oberfläche am Top einer Chromititlage erinnert an sedimentäre flame structures, die am Kontakt zweier Sedimente verschiedener Dichte und Wassergehalte entstehen. Bild d) von http://course1.winona.edu/csumma/images/sedstrux/flame3.jpg

(e) und (f) Eine schüsselförmige Einbuchtung im Chromitit, die bis auf eine dünne, verbleibende Chromititlage vom hangenden Anorthosit gefüllt wurde, erinnert an sedimentäre dish-and-pillar structures. (Bild f von http://farm4.static.flickr.com/3035/4554040421_2725074f60_o.jpg

Zur Entstehung der geschichteten Chromitit-Anorthosit-Körper existieren zwei  konkurrierende Modelle: Sampson (1932) interpretierte die Chromitite als frühe Intrusionen von Cr-reicher und daher nicht mit dem umgebenden SiO₂-reicheren Magma mischbarer Schmelze. Dieses Intrusivmodell scheiterte jedoch an der späteren Beobachtung durch Cameron & Emerson (1959), dass Chromit früh kristallisiert und daher nicht als mobile Schmelze mit silikatischem Magma koexistieren kann. Angepasste Modelle (z.B. Voordouw et al. 2009) nehmen daher an, dass Chromit bereits kristallisiert war, sich aus verschiedenen Magmen in strukturellen Fallen anreicherte und später durch niedrig-viskose Schmelzen in Form von Phänokristallen remobilisiert wurde und in der Rustenburg Layered Suite Platz nahm (Abb. 7.3.6).

Abb. 7.3.6 : Modell der Entstehung von Chromitit-Lagen in der Rustenburg Layered Suite: (1) In den Zuliefergängen der Magmenkammer reichern sich in strukturellen Fallen  die dichten Chromit-Körner an. Dabei passierten vermutlich mehrere Generationen verschieden zusammengesetzter Schmelzen die Gänge. (2) Durch die Injektion von viskoser Schmelze wurden die Chromit-Körner remobilisiert und an den Ort ihrer Platznahme transportiert. Die erhöhte Viskosität ist möglicherweise durch hohe Gehalte von hydrothermalen Fluiden verursacht worden. Aus Voordouw et al. 2009

 Die konkurrierende Idee zum (angepassten) Intrusivmodell beruht vor allem auf Modellierungen von Irvine 1977, der anhand von Beobachtungen in der kanadischen Muskox-Intrusion und experimentell anhand des SiO₂-Ol-Cr-Phasendiagramms zeigte, dass geschichtete Chromitite durch die Mischung von Magmen entstehen können (Abb. 7.3.7).

Abb. 7.3.7: Q-Ol-Chr-Phasendiagramm nach Irvine 1977 (für weitere Erklärung siehe Text)

Dieses Modell betrachtet eine Schmelze in der Magmenkammer, die die Zusammensetzung f besitzt. Mit der Injektion einer primitiveren Schmelze der Zusammensetzung a  in diese Magmenkammer beginnt sich diese zu differenzieren. Dabei bewegt sie sich entlang der eutektischen Linie zwischen Olivin und Chromit und würde demnach eine Lage Peridotit erzeugen. Mit der Mischung beider Schmelzen jedoch bewegt sich die gemeinsame Zusammensetzung Richtung Punkt c nicht weiter auf der eutektischen Linie, sondern in etwa auf der „Mixing and solution line“ entlang.

Da diese Linie innerhalb des Chromit-Feldes liegt, könnte eine ständige Chromit-Kristallisation stattfinden, die die Zusammensetzung der Schmelze jedoch wieder zurück ins Orthopyroxen-Feld führt (Zusammensetzung d) und die Bildung von Orthopyroxen ermöglicht. Diese Abfolge Peridotit-Chromitit-Orthopyroxenit ist in der Muskox-Intrusion tatsächlich zu beobachten, weshalb dieses Modell eine plausible Erklärung liefert. In der Rustenburg Layered Suite jedoch fehlt diese Zyklizität, weshalb Irvine (1977) annimmt, dass im Bushveld-Komplex keine Peridotite geformt wurden, da das Volumen der initialen Schmelze das der neu hinzugeführten Schmelze überwog.

Das letztere Modell würde gut die besonders große regionale Ausdehnung der UG1-Chromitite erklären. Außerdem lässt es durch wiederholte Injektion neuer, primitiver Schmelze eine Zyklizität von Gesteinseinheiten zu. Allerdings wird keine akkurate Erklärung für die häufig beobachteten Fließstrukturen geliefert. Das angepasste Intrusivmodell ermöglicht hingegen eine texturelle Interaktion zwischen Anorthositen und den Chromit-Akkumulaten, da beide gemeinsam zu ihrem Ort der Platznahme transportiert werden. Allerdings stellen hier wiederum die laterale Ausdehnung der Chromitit-Lagen und auch die Zyklizität ein ungelöstes Problem dar.