Karbonatite in Ostafrika

1. Karbonatite, allgemein.

Als Karbonatite werden magmatische Gesteine bezeichnet, die mehr als 50% Karbonatminerale enthalten, jedoch liegt der Anteil im allgemeinen bei 70 bis 90%. Hauptminerale sind gewöhnlich Calcit, Dolomit, Ankerit sowie Siderit. Daneben kommen auch silikatische Minerale ( Forsterit, Melilith, Diopsid, Ägirin, Wollastonit, Alkali-Amphibole, Phlogopit, Titanit, Zirkon, Alkalifeldspäte), Oxide (Magnetit, Ilmenit, Rutil, Perowskit, Pyrochlor), sowie Phosphate vor. Karbonatite stellen eine der am wenigsten verbreiteten Gesteinsarten dar. Sie kommen meist streng lokal begrenzt in nur wenige Quadratkilometer großen Arealen vor. Ihr Vorkommen ist vornehmlich mit kontinentalen Riftsystemen verbunden. Afrika ist der Kontinent mit der höchsten Konzentration an Karbonatitkomplexen. Karbonatite sind vornehmlich mit Alkaligesteinen vergesellschaftet, meist als subvulkanische oder flach plutonische Komplexe.

Unterschieden werden:

Calcitkarbonatit: Grob- bis mittelkörnig Sövit

Klein- bis feinkörnig Alvikit

Ferrokarbonatit: mit Ankerit oder Siderit als Hauptmineral

Natrokarbonatit: Hauptminerale Na-, K-, Ca-Karbonatite

Hauptbestandteil von Karbonatiten sind Ca und CO ₂ , die gemeinhin über 50 Gew% ausmachen. Im Falle des Oldoinyo Lengai in Tansania ist auch Na ein dominierendes Element. Je nach Karbonatit sind auch MgO und FeO bedeutende Bestandteile.

Äußere Erscheinung: Karbonatite sind oft durch die Verwitterung eisenhaltiger Karbonatminerale bräunlich verfärbt. In Karbonatitkomplexen kann es zu typischen Karsterscheinungen kommen. Unter tropischen Bedingungen kommen oft meter- bis dekameter mächtige Verwitterungsschichten vor, in denen sich die nichtkarbonatischen Minerale wie Apatit und Pyrochlor häufig zu abbauwürdigen Konzentrationen angereichert haben. Jedoch ist der Karbonatitkomplex von Tororo im Osten Ugandas verwitterungsbeständiger als die umliegenden Silikatgesteine. Er ragt als rund 300 m hoher Hügel über seine Umgebung (WIMMENAUER 1985).

2. Karbonatite Ostafrika

2.1. Uganda

5 tertiäre Alkalikomplexe liegen südwestlich des Mt Elgon in Uganda (BLOOMFIELD 1969). Budeda, Sekululu, Bukusu, Tororo und Sukulu (Abb. 2.1.). Ihr Auftreten hängt mit der Entwicklung des ostafrikanischen Riftsystems eng zusammen.

Abb. 2.1. Karte von Ostuganda mit den vulkanischen Zentren und Karbonatiten. Nach NIXON & CLARKE (1967), verändert.

Tororo besteht aus Karbonatiten, die von einer Aureole aus fenitisierten Syeniten umgeben sind (WILLIAMS 1952, KING & SUTHERLAND 1966). Tororo selber stellt einen Intrusivkörper dar, nach NELSON et al. (1988) handelt es sich um einen Skapolith Alvikit. Dagegen zeigt Limekiln Hill, ein kleines südlich von Tororo gelegenes Vorkommen, einen komplexeren Aufbau mit Ijolithen und Nephelinsyenitbrekzien (KING & SUTHERLAND 1966).
Als Alter werden von BISHOP et al. (1969), KING et al. (1972) und CAHEN et al. (1984) K:Ar Datierungen von 32 ± 1,3 Ma angegeben.
Flüssigkeitseinschlüsse in Apatiten gaben für diese Minerale nach RANKIN (1977) eine Homogenisierungstemperatur von 350 °C.
Die sövitischen Karbonatitkomplexe Ugandas wurden zur Zementherstellung abgebaut.

2.2 Tansania

Im Süden und Südwesten Tansanias liegen die folgenden 9 Karbonatitkomplexe mit unterschiedlichen Eigenschaften: Ngualla, Nachendezwaya, Sangu-Ikola, Mbalizi, Panda Hill, Sengeri Hill, Musensi, Songwe Scarp, Makonde (Abb. 2.2.). Die Karbonatite intrudierten in die ca. 2000 Ma alten Gneise des Ubendian mobile belt, die weitgehend fenitisiert wurden.

Abb.2.2. Verteilung der Karbonatitvorkommen im Rukwa Trog. Nach SUWA et al. (1969), verändert.

Panda Hill hat einen Durchmesser von 1,5 Kilometern und liegt rund 330 m über dem Rukwa Rift. K:Ar Datierungen ergeben nach SNELLING (1965) ein Alter von 113 ± 6 Ma. Der Komplex zeigt eine große Vielfalt an Karbonatgesteinen, wobei zu den bedeutendsten in Volumen abnehmend Sövit, Magnesiokarbonatit und Ferrokarbonatit zählen. Die Gesteine zeigen eine ringförmige Anordnung. Nach JAMES (1954) besteht der innere Ring hauptsächlich aus Sövit, umgeben von Magnesiokarbonatit. In den Randzonen treten Gänge und Adern aus Ferrokarbonatit auf. Der Sövit zeigt gut zu erkennende magmatische Fließstrukturen durch Apatit- und Magnetit-reiche Lagen. An den nördlichen und westlichen Grenzen ist der Karbonatit durch feldspatreiche Agglomerate und Brekzien von den umgebenden Gneisen getrennt. Es tritt eine Vielzahl von akzessorischen Mineralen auf, von denen der Pyrochlor ökonomisch interessant ist (FAWLEY & JAMES 1955). JÄGER et al. (1959) beschrieb am Panda Hill erstmals einen Bariopyrochlor (Pandait). Panda Hill hat einen Durchmesser von 1,5 Kilometern und liegt rund 330 m über dem Rukwa Rift. K:Ar Datierungen ergeben nach SNELLING (1965) ein Alter von 113 ± 6 Ma.
Der Komplex zeigt eine große Vielfalt an Karbonatgesteinen, wobei zu den bedeutendsten in Volumen abnehmend Sövit, Magnesiokarbonatit und Ferrokarbonatit zählen. Die Gesteine zeigen eine ringförmige Anordnung. Nach JAMES (1954) besteht der innere Ring hauptsächlich aus Sövit, umgeben von Magnesiokarbonatit. In den Randzonen treten Gänge und Adern aus Ferrokarbonatit auf. Der Sövit zeigt gut zu erkennende magmatische Fließstrukturen durch Apatit- und Magnetit-reiche Lagen. An den nördlichen und westlichen Grenzen ist der Karbonatit durch feldspatreiche Agglomerate und Brekzien von den umgebenden Gneisen getrennt. Es tritt eine Vielzahl von akzessorischen Mineralen auf, von denen der Pyrochlor ökonomisch interessant ist (FAWLEY & JAMES 1955). JÄGER et al. (1959) beschrieb am Panda Hill erstmals einen Bariopyrochlor (Pandait).

FAWLEY & JAMES (1955) betrachten Panda Hill als den zentralen Rest eines einstmals größeren vulkanischen Komplexes. FICK & VAN DER HEYDE (1959) vermuten, das es sich um eine Intrusion in ein höheres Stockwerk des Vulkangebäudes handelt.
Bohrlochdaten und im Gelände zeigt sich nach VAN STRAATEN (1989), daß der zentrale Teil von Panda Hill weitgehend von fenitisierten Gesteinen bedeckt ist.

Literatur

BISHOP, W.W., MILLER, J.A. & FITCH, F.J. (1969): New potassium - argon age determinations relevant to the Miocene fossil mammal sequence in East Africa. Amer. J. Sci. 267.

BLOOMFIELD, K.(1969): Notes on the tertiary alkaline volcanoes of Eastern Uganda. - 50 Anniversary Uganda Geological Survey an Mines Department, 5-18, Entebbe.

CAHEN, L., SNELLING, N.J., DELHAL, J. & VAIL, J.R. (1984): The Geochronology and Evolution of Africa. - XIII, 1-512, Clarendon Press, Oxford.

FAWLEY, A.P. & JAMES, T.C. (1955): A pyrochlor carbonatite, southern Tanganyika. Econ. Geol. 50, 571-585.

FICK, L.J. & VAN DER HEYDE, (1959): Additional data on the geology of the Mbeya carbonatite. Econ. Geol. 54, 843-872.

JÄGER, E., NIGGLI, E. & VAN DER VEEN, A.H. (1959): A hydrated barium - strontium pyrochlor in a biotite rock from Panda Hill, Tanganyika. Min. Mag. 32, 10-25.

JAMES, T.C. (1954): Preliminary report on geological investigations at Panda Hill, Mbeya district. Geological Survey of Tanganyika.

KING, B.C., LE BAS, M.J. & SUTHERLAND D.S. (1972): The history of the alkaline volcanoes and intrusive complexes of eastern Uganda and western Kenya. J. Geol. Soc. London 128, 173-205.

KING, B.C. & SUTHERLAND, D.S. (1966): The Carbonatite complexes of eastern Uganda. In: TUTTLE. O.F. & GRITTINS, J. (eds.): Carbonatites. 73-126, Interscience, New York.

NELSON, D.R., CHIVAS, A.R., CHAPPEL, B.W. & McCULLOCH, M.T. (1988): Geochemical and isotopic systematics in carbonatites and implications for the evolution of ocean-island sources. Geochim .Cosmochim. Acta 52, 1-17.

NIXON, P.H. & CLARKE, L. (1967): The alkaline centre of Yelele and its bearing on the petrogenesis of other eastern Ugandan volcanoes. Geol. Mag. 104, 455-472.

RANKIN, A.H. (1977): Fluid-inclusion evidence for the formation conditions of apatite from the Tororo carbonatite complex of eastern Uganda. Min. Mag. 41, 155-164.

SNELLING, N.J. (1965): Age determination on three African carbonatites. Nature 205, 491.

SUWA, K., OSAKI, S., OANA, S., SHIIDA, I. & MIYAKAWA, K. (1969): Isotope geochemistry and petrology of the Mbeya carbonatite, south-western Tanzania, East Africa. J. Earth Sci. Nagoya University, 17., 125-168.

VAN STRAATEN, P. (1989): Nature and structural relationships of carbonatites from Southwest and West Tanzania. In: Bell, K. (ed.): Carbonatites. 149-176, Unwin Hyman, London.

WILLIAMS, C.E. (1952): Carbonatite Structure: Tororo Hill, Eastern Uganda. Geol. Mag. 89, 286-292, London

WIMMENAUER, W. (1985): Petrographie der magmatischen und metamorphen Gesteine. 160-163, Enke, Stuttgart.

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