Im Oktober 2005 reiste eine Gruppe von Studenten der TU Clausthal unter der Leitung von Prof. Lehmann und Ulrich Hein nach Johannesburg um die Geologie und besonders die Lagerstätten des rohstoffreichen östlichen Südafrikas zu erkunden. Auf den Seiten des mineralogischen Instituts der TU Clausthal findet sich der offizielle Exkursionsbericht.

1. Tag: 03.10.2005 Einführung

Am ersten Exkursionstag fuhren wir zur Witwatersrand University, wo Carl Anhaeusser uns eine Einführung in die Geologie Südafrikas gab. Den größten Teil des östlichen Teils Südafrikas nimmt das Kapvaal Kraton ein. Das Basement bilden Gneise. Um das Kraton herum befinden sich 2,6 Ga alte hochmetamorphe Gesteine. Im Süden kommen 1,1 Ga alte hochmetamorphe Gneise und Migmatite vor. Im Südwesten wird das Kraton vom South African Fold Belt und im Osten vom Mozambique Mobile Belt begrenzt.

Die Greenstones sind vulkanischer Entstehung und stammen aus basaltischen Laven. Sie sind 3,5 bis 3,7 Ga alt. Auf die Greenstones folgen Tholaiite mit Altern von 1,0 bis 1,2 Ga.

Der Vredefort Impact entstand vor 2,023 Ga. Das Witwatersrand Goldkonglomerat ist 2,5 bis 2,7 Ga alt. Es besteht aus Quarzkörnern und der Matrix, wobei das Gold mikroskopisch in der Matrix enthalten ist.

2. Tag: 04.10.2005 Witwatersrand-Konglomerat

Am zweiten Exkursionstag ging es in südwestlicher Richtung aus Johannesburg heraus in Richtung der Goldminen des Witwatersrand. Wir besichtigten die Mine Mpoeng der Anglo Gold Ashanti Gesellschaft (siehe nebenstehendes Bild). Die Mine ist mit ca. 3500 unter NN eine der tiefsten Minen der Welt. Sie fördert 13t Gold pro Jahr. 3,5t Gestein müssen abgebaut werden um 10oz Gold zu gewinnen.

Die ersten Ablagerungen von Gesteinen auf dem kristallinen Basement sind in der North West Province erhalten und als Dominion Group bekannt. Die Gesteine lagern direkt auf granitischem Basement und bestehen aus Quarziten mit untergeordnetem Konglomerat. Die Konglomerate sind den Witwatersrand Konglomeraten ähnlich und wurden ab 1888 westlich von Klerksdorp abgebaut. Die Quarzite werden von vulkanischen Gesteinen wie Basalt und Rhyolith überlagert. Die Rhyolithe flossen vor 3 074 Millionen Jahren aus. Die vulkanischen Gesteine weisen auf ein frühes Rifting des Kratons hin, wodurch aber kein Ozean ausgebildet wurde und der Kapvaal Kontinent intakt blieb.

Auf das gescheiterte Rifting folgte ein Abkühlen und Absinken der Asthenosphäre. Die Landoberfläche wurde mit hinuntergezogen, dadurch wandelte sich das Rift in ein weites, flaches Becken um. Durch die Subsidenz tauchten große Teile des Kapvaal Kontinents unter des Meeresspiegel ab und marine Sedimente markieren den Beginn der Witwatersrand Supergroup. Zuerst wurde vor 2 970 Millionen Jahren Sand abgelagert und mit höherer Wassertiefe gingen die Sande in Tone und schließlich in Eisenoxide und quarzreiche Sedimente über. Das Sedimentmaterial wurde von den erhöhten kontinentalen Gebieten im Norden und Westen angeliefert, wo wahrscheinlich immer noch die Akkretion von Inselbögen statt fand. Die entstehenden Gesteine bilden die unterste Einheit der Witwatersrand Supergroup genannt Hospital Hill Subgroup.

Darauf folgte eine Periode von wechselndem Meeresspiegel. Bei niedrigem Meeresspiegel flossen Flüsse über den Kontinent und es wurde Sand und Kies abgelagert. Zu Zeiten von sehr hohem Meeresspiegel wurden im Tiefwasserbereich Ton und eisenreiche Sedimente abgelagert. Während dieses Zeitraums wurde auch des ungewöhnliche Gestein Diamectit gebildet. Er besteht aus gerundeten Körner mit einem Durchmesser von 10cm in einer tonigen Matrix. Der schlecht sortierte Diamectit ist wahrscheinlich durch Eiszeiten entstanden. Durch das Ausdehnen der Eiskappen an den Polen sinkt der Meeresspiegel, was auf eine Vereisung vor 2 950 Millionen Jahren hinweist. Diese Gruppe wird Government Subgroup genannt.

Darauf wurden Sande und Tone in einem vom Meer bedeckten Becken abgelagert. Die Ablagerung endete vor 2 910 Millionen Jahren und die Gesteine werden zur Jeppestown Subgroup zusammengefasst. Die drei Gruppen bilden den unteren Teil der Witwatersrand Supergroup genannt West Rand Group. Die Gruppe kann über weite Teile des Kapvaal Kratons verfolgt werden.

Am Ende der Ablagerung der Jeppestown Subgroup wurde das Innere des Kontinents hohem Stress ausgesetzt. Dadurch entstanden die Thabazimbi-Murchison-Störung, Riestfontain- und Sugarbush-Störung und die Border-Struktur. Viele dieser Störungen entwickelten sich entlang alten Suturen, an denen Inselbögen an den Kontinent geschweißt wurden. Der Effekt der Bewegungen an den Störungen führte dazu, dass sich Gebirge an dem West Rand Group Vertiefung bildeten. Die Vertiefung wurde in verschiedene kleinere Becken zerlegt und durch Hochgebiete unterteilt. Flusssysteme erodierten die Hochländer. Die Erosion war wegen fehlender Vegetation und stark oxidierender Atmosphäre sehr effektiv. Das Sediment wurde in die sich eintiefenden Regionen transportiert, wo es auf weiten, kiesbedeckten Erosionsoberflächen, die Pedimente genannt werden, und weiter flussabwärts auf ausgedehnten alluvialen Ebenen abgelagert wurde. Auf diesen Ebenen teilten und vereinigten sich die Flüsse in komplexen Mustern von Kanälen und Sand und Kies Bars. Gesteine der West Rand Gruppe wurden von den gehobenen Blöcken erodiert, während die West Rand Group Schichten in den sich absenkenden Blöcken gefaltet wurden. Durch die Sedimentation und Hebung wurde das Meer zurückgedrängt und in den Vertiefungen wurde die Sedimentation von den Flüssen bestimmt. Die Sedimente bestanden vorwiegend aus Sand mit Schichten von Konglomerat. Die Sedimente sind dann zu Quarzit und Konglomerat geworden. Weitergehende Hebung der Gebirge und Eintiefung der Becken führte zu mächtigen Ablagerungen von Flusssedimenten. Die Gesteine werden Central Rand Group genannt und erreichen eine Mächtigkeit von 2000m. Die Becken, die die Central Rand Group enthalten, waren ursprünglich über ein großes Gebiet verteilt, aber es ist nicht bekannt wie viele es gab. Das oval-geformte Witwatersrand Becken ist das am besten bekannte.

Durch das fließende Wasser in den Flüssen werden größere oder Partikel mit höherer Dichte schwieriger bewegt als kleinere oder Partikel mit geringerer Dichte. Bei stetigem Sedimentnachschub und kontinuierlicher Strömung sammeln sich die schwereren Mineralien mit größeren Partikeln an, während weniger dichtes Material ausgewaschen wird. Schwere Mineralien konzentrieren sich also nur über eine begrenzte Länge des Fluss und stromabwärts nimmt die Konzentration ab. Daher wurden nur bestimmte Konglomerat-Schichten mit schweren Mineralien angereichert, welche Partikel von Gold, Uraninit (Uran Oxid), Pyrit und sehr selten Diamanten sind. Der Goldgehalt ist abhängig von bestimmten Bedingungen, zu nennen sind ein konstanter Fluss in einer Umgebung, die langsam erodiert wird, mit einer begrenzten Sedimentlieferung und einer Quelle von schweren Mineralien. Abbauwürdige Konzentrationen werden vor allem am nördlichen und westlichen Rand des Beckens gefunden, die Gesteine im Südosten dagegen enthalten wenig oder kein Gold, da sie zu weit von der Quelle entstanden sind. Die passenden Bedingungen traten zu verschiedenen Zeiten der Entstehung der West Rand Group auf und bildeten so verschiedene goldreiche Konglomerat-Schichten. Diese Schichten werden von den Bergleuten Flöze (engl. = reef) genannt. In einem Reef treten höhere Konzentrationen von Gold in linearen Zonen sogenannten "pay shoots", die vielleicht frühere Flusskanäle markieren, auf. Die Quelle des Golds ist immer noch ein Geheimnis.

Zum Ende dieser Periode wurde die Hebung stärker und sehr grobkörnige Kiese wurden in die sich eintiefenden Senken geschüttet. In bestimmten Gebieten wurden in dieser Phase die goldhaltigen Reefs erodiert und dieses erodierte Gold wurde in einer Schicht am Top der Central Rand Group, als Ventersdorp Contact Reef bekannt, angereichert.

Die Gesteine der Witwatersrand Supergroup sind an sich nicht ungewöhnlich, aber der Gehalt an Gold ist spektakulär, mit keinem Vergleich auf der Erde. Zeit war ein wichtiger Faktor bei der Bildung des Goldes. Die kontrastierenden Sedimentationsraten der West und Central Rand Group sind beachtlich: Die 5000m der West Rand Sedimente lagerten sich in 60 Millionen Jahren ab, während die 2000m der Central Group 200 Millionen Jahre brauchten. Dabei macht sich der Einfluss der fluviatilen Ablagerung bemerkbar, bei der die Sedimentation schneller ist.

Aus den Mineralien in den Konglomerat-Schichten kann etwas über die Zusammensetzung der Erdatmosphäre vor 2 900 Millionen Jahren ausgesagt werden. Heute sind weder Uranitie noch Pyrit in Fließgewässern stabil und werden oxidiert. Uraninit löst sich dabei auf und Pyrit bildet Schwefelsäure und ein unlösliches rotes Eisenoxid. Die Atmosphäre enthielt also zu der Zeit kein freien Sauerstoff.

Die Anwesenheit von Pyrit in den Konglomeraten führt zu negativen Aspekten des Goldabbaus. Nachdem das Gold extrahiert wurde, wird der Abraum mit dem Pyrit auf große Halden gepumpt. Regenwasser reagiert mit Pyrit zu Schwefelsäure, die in das Grundwasser gelangt.

Die starke Hebung im Endstadium der Sedimentation der Witwatersrand Supergroup führte zum Zerbrechen des Kapvaal Kratons. Es entstanden große Störungen, an denen basaltisches Magma aufstieg und an der Oberfläche durch Spalteneruptionen ausfloss. Die Sedimentation hörte auf und die Lava begrub die Flusssysteme. Das Ereignis begann vor 2 714 Millionen Jahren und die Lava erreichte eine Mächtigkeit von 2 000m. Die Laven der Klipriviersberg Gruppe formen die Klipriviersberg Hügel südlich von Johannesburg und formen die Topographie bei Heidelberg. So wurde eine neue Periode von Ablagerung auf dem Kapvaal Kraton eingeleitet, genannt die Ventersdorp Supergroup. Der Grund für das Zerbrechen ist nicht sicher, aber kann mit der Kollision des Zimbabwe Kratons zusammenhängen.

Die Gesteine wurden bei grünschieferfaziellen Bedingungen bei 250° überprägt. Die Mächtigkeit des Konglomerats beträgt einige Dezimeter bis wenige Meter.

In der Mine wird das Vredefort Reef abgebaut, das nach Süden einfällt und unter den Vredefort Dome abtaucht, aber hinter ihm wieder auftaucht.

In 3500m Tiefe beträgt die Temperatur aufgrund des geothermischen Gradienten ca. 55°C.

3. Tag: 05.10.2005 Vredefort Dome

An diesem Tag stand die Besichtigung des Vredefort Domes unter der Führung von Cobus van Rendsburg an.

Der Name "Dome" ist etwas irreführend, das die Struktur keinen Dom, sondern einen Einschlagskrater darstellt. Daher wäre Vredefort-Krater passender und wird im Folgenden auch so bezeichnet.

Der Vredefort-Krater ist die größte mit Sicherheit festgestellte Impact-Struktur auf der Erde und liegt südlich von Johannisburg im Witwatersrand-Becken. Der Krater kann auf dem Flug von Johannesburg nach Kapstadt erkannt werden und ist sogar auf Satellitenbildern sichtbar.

Der Krater hatte eine Länge von 320 km und eine Breite von 180 km und entstand vor 2,4 bis 3 Millarden Jahren. Durch Erosion ist heute nur noch ein Ring des Kraters erkennbar, der nur noch einen Durchmesser von 50 km aufweist. Im Zentrum diese Ringes befindet sich ein Dom, der früher als vulkanische Struktur gedeutet wurde. Das, was wir heute sehen, ist ein tiefer Bereich des Meteoritenkraters. Die Größe des Meteorits betrug wahrscheinlich 10 km und er schlug mit einer Geschwindigkeit von 11-70 km/s ein, wodurch die Pseudotachelite entstanden.

Ein Impact-Ereignis läuft nach folgenden Schritten ab:

Die fuchsithaltigen Quarzite am Rand des Kraters fallen mit 80° ein. Das Alter wurde auf 2,023 Ga datiert. Der Kern hat einen Durchmesser von 40km und besteht aus Amphibolit- bis Granulit-Faziellen archaischen Gneisen.

Durch den Impact hat sich eine granophyrische Schmelze gebildet. In der Schmelze ist umgebenes Gestein wie auch Meteoriten-Material enthalten. Die Grundsubstanz enthält auch glasige Substanz. Es wurde Material von der Oberfläche mitgenommen und die Schmelze zirkulierte, wodurch sich ein Gang gebildet hat.

Im granitischen Kern steht eine tachelytische Brekzie im 3,1 Ga alten Granit an. In der schwarzen Matrix schwimmen runde Körner. Die Schmelze entstand wahrscheinlich an einer schon vorhandenen oder durch den Impact hervorgerufene Störung. Durch das plötzliche Freisetzten von Wärmeenergie bei einer kurzen schnellen Bewegung wurde das umgebende Gestein aufgeschmolzen. Die Brekzie ist ca. 200 m lang und ca. 3 m mächtig.

Es treten in der Umgebung "Shatter Cones" (Strahlenkegel) auf. Die Entstehung wird auf die Schockwellen bei Einschlag des Meteoriten zurückgeführt.

Das Witwatersrand-Becken um den Vredefort-Krater herum ist der Rest der äußeren Teile der Impakt-Struktur. Das heisst, dass sich die Vredefort-Struktur bis nach Johannesburg im Nordosten und nach Welkom im Südwesten ausdehnt. Heute können wir ein Profil durch die untersten Bereiche der Impakt-Struktur an der Oberfläche ansehen. Im inneren Bereich der Struktur wurden Gesteine, die etwa 20 km teif in der Kruste waren, durch das Impakt-Ereignis herausgehoben.

Weitere Informationen:

interessante Bilder auf der Webseite der Earth Impact Database, mit dabei Bilder der Bouger-Anomalie und Magnetik

Informationen der Gemeinde Parys über den Vredefort-Krater

HartRAO über den Vredefort-Krater

4. Tag: 06.10.2005 Kimberley

In Kimberley wurden die ersten Diamanten 1871 entdeckt. Der Diamantabbau hat in Südafrika eine 150-jährige Tradition und daher haben Diamanten eine wichtige Exportfunktion. 

Große primäre Lagerstätten der Diamanten treten rund um die Stadt Kimberley und in der Transvaal Provinz auf. Sekundäre Lagerstätten, die durch den Transport der Diamenten durch Flüsse entstehen, kommen an der Westküste Afrikas an der Mündung des Oranje-Flusses vor. Die Diamanten entstanden in sehr großen Tiefen (größer als 150 km) aus Kohlenstoff (C) und unter hohen Temperaturen (1200 - 1400°C) und wurden durch vulkanische Aktivität an die Erdoberfläche transportiert. Dadurch wurde die Kruste durchschlagen und Röhren aus kimberlitischen Laven, die Pipes, bildeten sich. Beim Aufsteig transportierten die Laven Mantelbruchstücke mit sich, die Diamanten enthalten können. Die Aufstiegsgeschwindigkeit war dabei so schnell, dass sich die Diamenten nicht in Graphit zurück umwandeln konnten. Die Pipes haben proterozoische bis tertiäre Alter, aber vorwiegend wurden sie im Jura und in der Kreide gebildet. Die Pipes können sich nur auf alten Kontinentalschilden, den präkambrischen Kratonen, bilden und bleiben nur auf diesen erhalten.

Die Diamanten treten in Xenolithen (Bruchstücke von Fremdgestein) aus dem Mantel auf, die hauptsächlich Granat und Olivin enthalten. Dieses Gestein heisst dann Spinell-Peridotit. In den Gesteinen treten große Kristalle (Einsprenglinge) und Xenolithe in einer feinkörnigen Matrix aus Olivin, Phlogopit, Calcit, Perowskit und Minerale der Spinellgruppe.

Die Diamanten kommen in den Kimberliten als Einsprenglinge und als Minerale in Xenolithen von Granat und Eklogit auf. Z. T. sind die Diamanten viel älter als die Kimberlite, daher müssen die Diamante vorher gebildet worden sein. Der Zusammenhang von Schmelzbildung und Diamantbildung ist damit nicht gegeben. Einschlüsse von Fremdmineralien lassen auf Tiefen von 800 km und mehr schließen.

Als sekundäre Lagerstäten können die Diamanten als Seifen in Flüssen und im Meer auftreten. Beim Transport im Wasser könen die Diamanten in Fallen angereichert werden.

Heute werden die Pipes aufgrund der Rentabilität nicht mehr abgebaut, aber die Halden werden aufgearbeitet, da aus dem Material mehr Diamanten gewonnen werden können. Ausserdem werden die sekundäre Seifenlagerstätten ausgebeutet.

5. Tag: 07.10.2005 Sishen Iron Ore Mine

An diesem Exkursionstag wurde die Sishen Iron Ore Mine besichtig. Im Jahr 2005 produzierte sie 27,5t Eisen. Das Eisen wird hauptsächlich nach Japan und in den Westen exportiert.

Das Eisen lagert in dieser Mine zwischen den Banded Iron Formations (BIF). Die BIFs enthalten nur 45% Eisen, während das hämatitische Erz zwischen den BIFs 60% Eisen enthält.

Die BIFs sind vor 2,5 bis 1,8 Ga entstanden als im Weltmeer reduzierende Verhältnisse (kein Sauerstoff im Meerwasser) vorlagen und das Wasser an Eisen gesättigt war. Das Eisen gelangte druch vulkanische Prozesse am Meereboden und durch Abtragung der Gebirge und damit Eintrag von Erosionsprodukten in das Mee. Das Eisen lag daher als Eisen(II) vor. In der oberen Wasserschicht waren allerdings schon MIkroorganismen aktiv und erzeugten Sauerstoff. An der Grenze zu dieser oxidierenden Wasserschicht wurde Eisen als Eisenoxyd ausgefällt. Diese Oxyde sind häufig Hämatit (Fe2O3), in denen Eisen als dreiwertige Form, also als  Eisen(III), vorkommt. Neben dem Eisen werden Magnetit (Fe3O4) und Siliziumoxyd (SiO2) gebildet. Durch diese Mineralkombination sind die BIFs sehr hart und stark rot. Druch wechselnde Bildung der Minerale ist die typische Streifung erkennbar. Heute werden keine BIFs mehr gebildet, da das Eisen im Meerwasser oyidiert und nicht in Schichten abgelagert wird.

6. Tag: 08.10.2005 Fahrt zum Bushveld Komplex

Südafrika erzeugt mehr als die Hälfte der Jahresproduktion von Platin, Chrom, Vanadium. Diese werden in einem bemerkenswerten Körper von magmatischen Gesteinen, dem Bushveld Komplex, abgebaut.

Der Bushveld Komplex ist die größte Layered Intrusion der Welt. Die Intrusion besteht aus einem Lagenwechsel aus ultramafische bis mafische Gesteinen, hauptsächlich Peridotit, Pyroxenit, Norit und Anorthosit. Im unteren Teil treten 15 Bänder aus Chromit mit Mächtigkeiten bis zu 1 m und darüber 25 Bänder aus Magnetit auf. Im oberen Teil stehen vor allem felsische Differentiate bis hin zur granitischen Zusammensetzung an. Die Intrusion enthält 50 bis 75 % der Platinressourcen der Welt.

Die Intrusion liegt in der Mitte des Kapvaal-Kratons und wurde auf ein Alter 2,06 Ga datiert. Ein zeitlicher Zusammenhang besteht mit dem Great Dyke (2.46 Ga) und der Tromsberg Intrusion (wahrscheinlich 1,37 Ga). Bisher wurde aber kein genetischer Zusammenhang festgestellt.

Der Bushveld Komplex intrudierte in Sedimente der Transvaal Supergroup. Die Inplatznahme erfolgte im westlichen Ast konkordant und diskordant im nördlichen und östlichen Ast.

Der Komplex besteht aus:

1. frühe Phase von mafischen Sills in der Transvaal Supergroup
2. felsische Vulkanite der Rooiberg Gruppe
3. Ultramafite und Mafite, früher als Rustenberg Layered Suite bezeichnet
4. Granite und granophyrische Gesteine (Lebowa Granitabfolge)

Der Begriff Bushveld Komplex wird nur für ultramafischen und mafischen Gesteine benutzt.

Der östliche und westliche Ast sind stratigraphisch ähnlich, daraus wurde geschlossen, dass sie früher zusammenhängend waren. Aber es wurde keine positive gravimetrische Anomalie zwischen den beiden Ästen gefunden. Deshalb wurde das Modell entwickelt, dass die Magmen der beiden Äste in einer Magmakammer produziert wurden. Die Bushveld Magmakammer wurde durch konkordante Röhren gefüllt, die zuerst unabhängige Körper darstellten. Aber als diese sich auffüllten und anschwellten, bildeten sie eine einheitliche Intrusion.

Das Magma ist an horizontalen Systemen von Fiedergängen an Trögen und Falten in die Sedimentgesteine geflossen. Also müssten die basalen Kumulate in isolierten Becken entstanden sein, die dann zu einer breiten Intrusion mit weiter Verbreitung von Schichten geworden ist.

Der vertikale Aufstieg fand an einem E-W ausgerichteten Gangsystem im archaischen Basement im Osten des Bushveld Komplex statt. Im östlichen Ast liegt eine bedeutende Struktur, Steelpoort-Störung genannt, deren N-NE Ausrichtung mit der normalen Störungsrichtung im Spannungsellipsoid übereinstimmt. Die maximale Spannungsrichtung würde eine passende Richtung für einen Fiedergang sein.

Der Ort der Aufschmelzung des Stammmagmas lag in sehr großer Tiefe in der Asthenosphäre. Das Magma drang in den lithosphärischen oberen Mantel ein, aber es war kein Plume, weil dieser sonst die diamandhaltigen Kimberlite, die den Bushveld Komplex bei der Pilanesberg Intrusion und bei Cullinan durchschneiden, zerstört hätte.

Der Komplex wird in drei Abschnitte unterteilt: Der westliche Ast ist 200km lang und reicht von Thabazimbi im Norden bis Praetoria. Es sind laterale Gesteinsunterschiede bekannt. Der östliche Ast zieht sich von Stoffberg im Süden bis zur Wonderkop-Störung. Er wird in eine südliche, zentrale und östliche Zone aufgrund der Mächtigkeit der Chromitit Schichten unterteilt. Der nördliche Ast (Potgieterus) ist nur aus Bohrkernen bekannt. In diesem Ast sind die mafischen und ultramafischen Gesteine von geringerer Mächtigkeit als in dem westlichen und östlichen Ast. Vertikal wird die Intrusionen in mehrere Zonen aufgeteilt: Die Randzone besteht aus mittelkörnigen, ungeschichteten Noriten mit wenig Pyroxenen. Die Abfolge ist 800m mächtig, resultiert aus den verschiedenen Intrusionen und stellt die schnelle Kristallisation des Magmas dar.

Die untere Zone besteht aus ultramafischen Gesteinen, die in eine untere Pyroxenit, eine Harzburgit und eine obere Pyroxenit Einheit unterteilt werden kann. Die Zone erreicht eine Mächtigkeit von 800 bis 1300m.

Die kritische Zone (1300 bis 1800m mächtig) enthält die größten platinhaltigen Erzkörper der Welt. In der unteren, mittleren und oberen Gruppe treten Chromitit Schichten auf. In der kritischen Zone ist die Schichtung von Chromitit, Pyroxenit, Norit und Anorthosit erkennbar. Die untere kritische Zone enthält eine 800m mächtige Abfolge von Pyroxenkumulaten mit einem olivinhaltigen Intervall. Bis zu sieben Chromitit Schichten bis zu einen Meter Mächtigkeit sind vorhanden. Die mittlere Gruppe setzt sich aus vier Chromitit Schichten zusammen. Acht zyklische Einheiten können in der oberen kritischen Zone erkannt werden. Diese bestehen aus Sequenzen von ultramafischen Kumulaten bis hin zu Norit und Anorthosit. Zwei bis drei erkennbare Chromitit Schichten treten in oberen Zone auf. Die bekannten Lagen wie das UG2 reef, Pseudo reef, Merensky reef, Bastard reef und das Platreef kommen in der oberen kritischen Zone vor.

Die Hauptzone besteht aus einer Abfolge von Norit und Gabbronorit mit wenigen Anorthosit- und Pyroxenit-Schichten, die ca. 3000m mächtig ist. Eine Änderung in der mineralogischen Zusammensetzung und eine Umkehrung des Sr-Verhältnis bei 200m zeigt an, dass eine große Menge an Magma hinzugefügt wurde. Die obere Zone ist gut geschichtet und bis zu 200m mächtig. Das auffälligste Merkmal sind 24 Magnetit Schichten, die bis zu sechs Meter mächtig werden. Die Zone ist dominiert von Anorthosit, Leukogabbro und Diorit mit eisenreichen Pyroxenkumulaten und Olivin, Magnetit und Apatit. Es treten viele diskordante pipeähnliche Körper auf, deren Zusammensetzung von Dunit bis Wehrlit in der kritischen Zone bis Magnetitit in der Hauptzone und oberen Zone reicht. Es wird diskutiert, ob dies spätere magmatische Injektionen von angrenzenden oder darüber liegenden Kumulaten, Inplatznahme von neuem Magma oder ob die Pipes hydrothermal beeinflusst sind. Aus den eisenreichen Kerne der Pipes wurde Platin gefördert.

Die Platin-Gruppen Elemente (PGE) Mineralisation tritt in Schichten auf, bekannt als UG2, Merensky und Platform reef. Die Hauptgesteinsarten in den Gängen sind Chromitit, Pyroxenit, Norit und Anorthosit.

Platin-Gruppen Elemente kommen in Dunit Pipes vor, die im östlichen Ast liegen. Die mineralisierten Pipes haben einen Rand aus Magnesium-Dunit um einen kleinen eisenreichen Kern, der die PGE enthält. Das Merensky reef, die wichtigste platinhaltige Schicht, besteht aus bis zu drei Chromitit-Schichten in der Nähe der Basis eines grobkörnigen feldspatführenden Pyroxenit oder Harzburgit. Der Platingehalt beträgt 3-11 g/t. Die ultramafischen Gesteine gehen abrupt über Norit in Anortosit über. In dem Merensky reef treten sogenannte Potholes auf. Die obere Chromitit-Schicht und die darüberliegenden Schichten schneiden in die darunter liegenden Schichten ein. Die Schichtung unter oder neben einem Pothole ist gestört oder deformiert. Meistens sind die Potholes kreisförmig bis elliptisch. Sie sind wahrscheinlich das Ergebnis einer thermalen Erosion der liegenden Schichten durch einen neuen Zufluss von Magma und einer Ausdünnung des teilweise verfestigten Magmas durch listrische Störungen.

Weitere Informationen über den Bushveld-Komplex gibt es in einem Exkursionsbericht der Uni Karlsruhe.

7. Tag: 09.10.2005 Pilanesberg National Park

Natürlich gehört zu Südafrika auch die Tierwelt, weshalb der Pilanesberg National Park besucht wurde. Auch geologisch ist der Park interessant, da der Pilanesberg eine alkalische Intrusion im Bushvled Komplex ist. Die Intrusion ist 1,2 Ga alt und ist reich an Kalium und Natrium. Die Pilanesberg Intrusion ist die größte der alkalischen Intrusionen in der North West und Mpumalange Province. Ausgehend vom Zentrum der Intrusion ziehen sich radialstrahlig Klüfte bis zum Rand. Die Klüfte wurden mit Magma gefüllt und es entstanden Dykes, die 100km nach Norden und Süden verfolgt werden können. Magma füllte auch die Ring-Störungen, die Ring-Dykes formen. Teilweise floss Magma an der Oberfläche aus und bildete einen großen Vulkan, aber ein anderer Teil des Magmas kristallisierte langsamer im Vulkan und bildete grobkörnigere Gesteine.

Der Pilanesberg intrudierte in Gesteine des Bushveld Komplexes.

8.Tag: 10.10.2005 Cullinan Diamant Mine (DeBeers)

Die Diamanten treten in der Lithosphäre unter alten Kratonen, hier der Kapvaal Kraton auf. Das Kimerlit-Magma stieg aus der Astehnosphäre auf und blieb in der Lithosphäre stecken und verzweigte sich. Es regierte mit dem Grundwasser und explodierte an der Oberfläche, wodurch sich die Durchschlagsröhren (Pipes) bildeten, in die das umgebende Gestein fiel.

9.Tag: 11.10.2005 Impala Platinum Mine

Informationen zu Impala Platinum auf der Webseite der Firma.

10.Tag: 12.10.2005 Anglo Platinum Mine Potsgiersrust (Anglo American)

 Anglo Platinum produziert das meiste Platin der Welt (38%). Anglo Platinum plante 2009 2,4 Millionen Ounzen an raffiniertem Platin. Der Großteil der Bergwerke liegt im Bushveld-Komplex.

Außer Platin produziert der Konzern Seltene-Erden-Elemente (REE) Gold, Kupfer und Nickel (Link zurWebseite von Anglo Platinum).

12.Tag: 14.10.2005 Foskor Phalaborwa

In Phalaborwa wird in einem 6 km langen und 34 km breiten Karbonatit-Komplex Kupfer abgebaut. Im Zentrum steht Karbonatit an und um diesen herum Pyroxenit. Im Nordwesten wird Apatit und im Süden Pyroxenit abgebaut. Die Karbonatite enthalten Magnetit (Fe2O3) mit 0,6 % Kupfer (Cu), Zirkon (Zn) und Monacit.

Der Phalaborwa-Komplex ist eine 2050 Mio. Jahre alte mehrphasige magmatische Intrusion. Drei vulkanische Pipes sind in die granitischen Gesteine des Kapvaal Kratons intrudiert. Der äußere Berecih besteht aus Diopsid und Phlogopit-haltigem Pyroxenit. Das Gesteine enthält teilweise Apatit. Der innere Bereich des Komplex besteht aus Karbonatit und enthält Kupfer, das in den Mineralen Bornit, Chalcopyrit und Valleriit vorkommt. Der Karbonatit wird von einem Gestein umgeben, das Phophorit heisst. Das Gestein weist Karbonatit Gänge mit Magnetit und Olivin Reaktionsrändern in dem Pyroxenit auf. Mehr als 200 Millionen t von Magnetit wurden las Eisen-Quelle abgenaut. Die Hälfte des Vermiculit der Welt wird in Phalaborwa abgebaut. Vermiculit entsteht bei der Verwitterung von Phlogopit.

Der Abbau fand seit 1951 durch die staats-eigene Firma Foskor in zwei Tagebauen statt. Heute ist der Abbau auf den nördlichen Pyroxenit Tagebau beschränkt, dort werden 26000 t pro Tag abgebau. Die Reseven werden auf 1Gt geschätzt.

Der Komplex wird von jüngeren Dolerit-Gängen durchschlagen.

In der Umgebebung komment kleine Hügel vor, die aus Syenit bestehen und im Zusammenhang mit dem Karbonait-Magmatismus entsanden sind. Diese Hügel sind im umgebenden Krüger Park wieit verbreitet.

13.Tag: 15.10.2005 Sheba Gold Mine

Die Sheba-Fault ist ein wichtiges Strukturelement für die Gold-Mineralisation. Das Gold ist in Grauwacken (3,2 Ga) enthalten. Darin ist es an Sulfiden in Kristallstrukturen gebunden. Die Entstehung des Golds ist hydrothermal, die Fluide stiegen an Störungen auf. Der Gehalt ist mit 10-20g/t gut. Das Alter des Golds kann auf 3,1 Ga bestimmt werden.

14.Tag: 16.10.2005 Komatiite im Barberton Greenstone Belt

Der Barberton Greenstone Belt setzt sich aus mafischen bis ultramafischen vulkanischen Gesteinen, die mit Sedmenten vergesellschaftet sind, zusammen. Die Grennstone Belts kommen im Allgemeinen in archaischen und proterozoischen Kratonen zwischen Granit- und Gneiskörpern vor. Der Name kommt von den grünen Minerale wie Chlorit, Aktinolith und grünen Hornblenden. Sie sind typischweise einige Duzent bis einige 1000 tausend Kilometer lang und daher aus vielen verschiedenen Gesteinen zusammengesetzt. Der name beschreibt daher eine stratigraphische Einheit auf kontinentalen Maßstäben. Die Greenstone Belts enthalten mehr Informationen über die tektonischen und metamorphen Ereignisse, Deformationen und paläogeologische Verhältnisse als die Granite oder Gneise, da die Greenstones als alterierte Basalte und andere vulkanische oder sedimentäre Gesteine interpretiert werden. Die Gesteine sind metaorph überprägt.

Die Entstehung der Greenstone Belts wird auf Inselbögen und ozeanische Spreizungszentren zurückgeführt. Daher bestehen sie zum größten Teil aus Basalt mit wechsellagernden Sedimenten.

Die Komatiite treten in der Komati-Formation auf. Es sind Spinifex-Texturen ausgebildet (Foto), die Verwachsungen von Hornblende und Pyroxenen darstellen. Die Strukuren wurden in der Schmelze durch das Wachstum von schweren Mineralen nach unten ausgebildet. Es sind Fließstrukturen von ultramafischen Laven erkennbar. Darüber steht ein 1 m mächtige Sedimantschicht an, die die erste erosionale Oberfläche darstellt.