Exhumierungsprozesse des Najd Fault Systems

Am Ende der Pan Afrikanischen geologischen Entwicklung exhumierte eines der größten Proterozoischen Scherzonen Systeme der Welt (Stern, 1985) eine Reihe von hoch metamorphen Komplexen im Arabischen- Nubischen Schild. Dieses Scherzonen System ist unter dem Namen Najd Fault System bekannt und ist etwa 2000 km lang und 400 km breit. Das System streicht NW-SE von Ägypten, durch Sinai und nach Saudi-Arabien hinein. Jeder der daran liegenden metamorphen Komplexe ist mehrere Zehner km lang. Interessanterweise wurde die wenigen Komplexe, die bis heute geologisch beschrieben sind, nach völlig verschiedenen Mechanismen exhumiert: Jene in der östlichen Wüste Ägyptens exhumierten unter Dehnung und der Feiran Komplex in Sinai in einem kompressiven Regime. In diesem Projekt erforschen wir eine repräsentative Anzahl von metamorphen Komplexen des gesamten Najd Fault System, um die Gesamtheit des Exhumationsprozesses des Systems zu verstehen. Dazu testen wir drei verschiedene Arbeitshypothesen, die erklären könnten warum die Exhumierungsprozesse in verschiedenen Regionen verschieden sind: (a) die Komplexe könnten in verschiedenen Orientierungen relativ zu den Hauptnormalspannungen des Najd Fault Systems liegen. Diese Theorie werden wir durch strukturgeologische Geländearbeit überprüfen. (b) Die verschieden Komplexe könnten aus verschiedenen Tiefen exhumiert sein, sodass die verschiedenen vertikalen Normalspannungen eine Umkehrung der Hauptnormalspannungen bedingen. Dies wird durch Bestimmung der metamorphen P-T Pfade getestet. (c) Die verschiedenen Komplexe könnten zu verschiedenen Zeiten exhumiert worden sein, sodass die jeweiligen Mechanismen anzeigen, dass sich das Spannungsregime des Najd Fault System zeitlich geändert hat. Diese Theorie wird geochronologisch überprüft. Insbesondere werden wir uns auf die letzte Exhumation zur Oberfläche konzentrieren, da die P-T Pfade aus den bekannten Gebieten des NFS alle zeigen, dass die Hauptphase der Exhumation in etwa 15 km Tiefe beendet war. Der letzte Teil der Exhumation ist daher völlig unbekannt. Um unsere 3 Arbeitshypothesen zu testen werden wir an 3 metamorphen Komplexen in Saudi Arabien arbeiten, die bisher unerforscht sind: den Qazaz, den Hamadat und den Wajiyah Komplex. Diese 3 Komplexe wurden aufgrund ihrer logistischen Erreichbarkeit sowie ihrer Geologie ausgesucht, die es erlaubt unsere 3 Arbeitshypothesen zu testen. Für unsere Arbeiten werden wir auch unsere Probensammlungen und Erfahrung aus frühren Projekten an den Komplexen der östlichen Würste in Ägypten und in Sinai benutzen und auf die Mitarbeit unserer nah-östlichen Projektmitarbeiter zurückgreifen.

Das Najd Fault System im Arabisch-Nubischen Schild ist das größte bekannte Proterozoische Scherzonen System der Erde. Es streicht Nordwest-Südost diagonal über das Rote Meer hinweg und ist in der östlichen Wüste von Ägypten und im westlichen Saudi Arabien aufgeschlossen. Es ist bekannt, dass die Bewegung der Scherzone in direktem Zusammenhang mit der Exhumierung von metamorphen Gesteinen an die Erdoberfläche zusammenhängt. In diesem Projekt wurden strukturgeologische, petrologische und Datierungsarbeiten vorgenommen, um die Mechanik der Exhumation dieser metamorphen Gesteine und Ihr Alter zu erklären. Im Rahmen des Projektes konnten wir wichtige Unterschiede zwischen den Prozessen auf der Ägyptischen und der Saudi Arabischen Seite des Scherzonen Systems aufzeigen. Insbesondere sind die metamorphen Gesteine in Saudi Arabien nicht an die Geometrie von Domen gebunden, sondern kommen in den Scherzonen selber vor. Außerdem konnten wir zeigen, dass die Exhumierungsprozesse in verschiedenen Ästen des Störungssystems zum Teil im Kompression, zum Teil in Extension und zum Teil in Transpression, stattfinden. Wir interpretieren diese Beobachtung so, dass zu verschiedenen Stadien der Aktivität des Störungssystems verschiedene tektonische Spannungsregimes herrschten. Um diese Interpretation zu unterstützen, wurden magmatische Gesteine mit verschiedenen zeitlichen Beziehungen zur Scherzone mittels Zirkon Geochronologie datiert. Wir konnten die Aktivität eines der größten Äste des Scherzonen Systems mit 580 - 605 Millionen Jahre festlegen. Im Rahmen des Projektes waren ein Postdoc Forschungsassistent, 2 Dissertanten und 2 Masters Studenten beschäftigt und eine Reihe von Publikation in internationalen Zeitschriften ersten Ranges sind bereits veröffentlicht.