Palaeozoic and Mesozoic Palaeomagnetism of South America: Results from Peru, Bolivia, Argentina, and Brazil.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit, wurden in verschiedenen Regionen
Südamerikas detaillierte paläomagnetische Untersuchungen
durchgeführt. Ziel dieser Arbeiten war die Erstellung einer
hochauflösenden scheinbaren Polwanderkurve für Gondwana im
Paläozoikum und eine Beschreibung der paläogeographischen
Entwicklung des pazifischen Gondwanarandes. In den zentralen Anden
wurden ordovizische bis früh-triassische Sequenzen untersucht. Im
einzelnen wurden folgende Regionen detailliert bearbeitet: die
Subandine Zone, die östliche Kordillere, der Altiplano, die
Famatina Ketten die argentinische Vorkordillere sowie das Paganzo
Becken. Zusätzlich wurden Sedimente und Vulkanite paläozoischen und
kretazischen Alters auf dem südamerikanischen Kraton untersucht.
Untersuchungsgebiete waren hier die Parnaíba, Araripe und
Pernambuco-Paraiba Becken in Nordost Brasilien. Insgesamt wurden im
Rahmen dieser Studie 1682 orientierte Proben an mehr als 320
Lokalitäten entnommen. Detaillierte paläomagnetische Experimente
ergaben jedoch lediglich für einen Bruchteil dieser Kollektion
zuverlässige Daten. Die Mehrheit des untersuchten Probenmaterials
ist entweder remagnetisiert oder aber trägt Magnetisierungen, die
als instabil zu bezeichnen sind. Dennoch konnte eine hohe Zahl
paläomagnetischer Ergebnisse von hoher Qualität erzielt werden.
Diese Ergebnisse liefern wichtige Parameter für das Verständnis der
paläogeographischen Entwicklung Westgondwanas. Die mesozoischen
Gesteine Nordost-Brasiliens (Sardinha Formation) weisen stabile,
von Magnetit getragene Remenzrichtungen auf. Diese Remanenz wurde
in der frühen Kreide erworben. Die gemittelte paläomagnetische
Richtung dieser Einheit (120-130 Ma) ist D= 176°; I= +05.1°; a95=
2.0°; k= 355; n= 82 Proben; N= 15 Sites),was einer Pollage von l=
84.4°S; f= 090.7°E; A95= 1.8°; K= 441.9 entspricht. Dieser Pol ist
in guter Übereinstimmung mit bereits publizierten Daten datierter
paläomagnetischen Pole der Unterkreide Brasiliens. Fasst man die
Ergebnisse der Sardinha Formation mit publizierten und
verlässlichen Daten gleichen Alters zusammen so ergibt sich ein
neuer paläomagnetischer Pol für die frühe Kreide (115-133 Ma) des
stabilen Südamerikas (l= 84.3°S; f= 067.7°E ; A95= 2.3°; K= 867).
Die Einheiten der Mitu und Copacabana „Groups“, aufgeschlossen in
den südlichen peruanischen Anden, tragen primäre, gut definierte
Remanenzrichtungen die in der frühen Trias bzw. dem frühen Perm
erworben wurden. Sowohl inverse als auch normale Polarität konnten
bei Proben der Mitu „Group“ (244 ±6 Ma) nachgewiesen werden (D=
349.3°; I= -35.3°; a95= 4.1°; k= 351.4; n= 36 Proben; N= 5 Sites).
Die hohe Qualität der Daten wird durch einen positiven Faltentest
(99% Konfidenz) und eine positiven Reversaltest der Kategorie B
belegt. Durch Kombination dieser Daten mit bereits publizierten
paläomagnetischen Ergebnissen ergibt sich ein neuer
früh-triassischer Pol von l= 78.6°S; f= 351.9°E (A95= 3.7°; K=
447). Im Gegensatz zur Mitu „Group“ wurden bei den Proben der
früh-permischen Copacabana „Group“ ausschließlich
Remanenzrichtungen inverser Polarität identifiziert. Diese Tatsache
legt einen Erwerb der Magnetisierung während der
„Permian-Carboniferous Reverse Superchron“ (PCRS) nahe. Der
Faltentest ist auf dem 99% Konfidenzniveau positiv. Die gemittelte
paläomagnetische Richtung von D= 166.1°; I= +48.9° (a95= 4.5°; k=
131.5; n= 39 Proben; N= 9 Sites) und der damit definierte
früh-permische Pol (l= 68.2°S; f= 321.3°E; A95= 5.2°; K= 99.8) kann
daher als zuverlässig betrachtet werden. Auch in diesem Fall lässt
sich ein neuer paläomagnetischer Pol berechnen. Zusammen mit
Literaturdaten ergibt sich ein Pol für das frühe Perm des stabilen
Südamerika von l= 70.4°S; f= 341.8°E; A95= 8.8°; K= 48.3; N= 7
Daten). Die neuen Ergebnisse für das frühe Perm und die frühe Trias
des stabilen Südamerikas haben weitreichende Auswirkungen auf die
paläogeographische Rekonstruktion Pangäas. Sie sind nicht
kompatibel mit Polen gleichen Alters wie sie für Laurussia bestimmt
wurden, wenn man ein Pangäa A Konfiguration annimmt. Geht man
allerdings von einer Pangäa B Konfiguration im frühen Perm und dem
Modell von Pangäa A2 in der frühen Trias aus, so werden diese
Unstimmigkeiten aufgelöst. In diesem paläogeographischen Szenario
muß man von einer westwärtigen Bewegung Gondwanas relativ zu
Laurussia während des Perms ausgehen. Diese Relativbewegung hat
sich möglicherweise im Jura fortgesetzt, bis die Pangäa A
Konfiguration, so wie sie allgemein für den Zeitraum vor dem
Zerbrechen Pangäas akzeptiert wird, erreicht wurde. Die Einheiten
der „Subandine Zone“ Boliviens (Taiguati Formation) lieferten keine
primären Remanenzrichtungen. Allerdings konnte nachgewiesen werden,
dass die ermittelte mittlere paläomagnetische Richtung (D= 149.0°;
I= +54.0°; a95= 5.1°; k= 46; Pol: l= 58.3°S; f= 348.9°E; A95= 6.0°;
K= 66) auf eine Remagnetisierung im späten Karbon zurückzuführen
ist. Ein Vergleich mit Daten gleichaltriger Gestein aus anderer
Regionen Südamerikas, Afrika und Australien ergibt eine sehr gute
Übereinstimmung. Daher kann auch in diesem Fall ein neuer
kombinierter spät-karbonischer Pol für Südamerika bestimmt werden
(l= 53.0°S; f= 348.4°E; A95= 6.0°; K= 86.4; N= 8 Daten). Die neuen
paläomagnetischen Pole erlauben die Erstellung einer vollständigen
scheinbaren Polwanderkurve „apparent polar wander path“, APWP) für
Südamerika und damit indirekt auch für Gondwana. Transferiert man
diesen APWP in afrikanische Koordinaten, so zeigt es sich, dass der
Paläosüdpol sich von der nördlichen Antarktis (spätes Karbon)
südwärts bis in die südliche Antarktis (frühe Trias) bewegt hat.
Daraus ergibt sich eine nordwärtige Drift Gondwanas mit einer
mittleren Geschwindigkeit von 7.2 cm/a zwischen dem frühen Karbon
und dem frühen Perm. Während des Perms liegt die aus den Daten
abgeleitete mittlere Driftgeschwindigkeit bei 4.6 cm/a. Der in
dieser Arbeit vorgeschlagene APWP unterstützt das Modell von
Torsvik und Van der Voo (2002) und McElhinney et al. (2003) für das
karbonische bis triassische Segment des APWPs Gondwanas.
Widersprüche ergeben sich allerdings aus dem Vergleich der neuen
spät-karbonischen Daten mit der APWP von Bachtadse und Briden
(1991), Schmidt et al. (1990) und Smith (1998). Um weitere Daten
für den APWP Gondwanas im frühen Paläozoikums zu gewinnen wurde die
Umachiri Serie (Altiplano, Süd-Peru) beprobt. Es konnte eine
stabile Magnetisierungskomponente isoliert werden (D= 003.6°; I=
+45.5°; a95= +13.5°; K= 84; n= 18 Proben; N= 3 Sites). Der primäre
Charakter dieser früh-ordovizischen Komponente wird durch einen
positiven Faltentest (99% Konfidenzniveau) untermauert. Anhand der
Remanenzrichtungen wurde die Paläobreitenlage von Süd-Peru mit 27
±5°S bestimmt. Dieses Ergebnis ist konsistent mit der Lage des
Randes Südamerikas innerhalb Gondwanas im frühen Ordoviz.
Allerdings weicht die Pollage der Umachiri Serie deutlich vom
Referenzpol Gondwanas für diesen Zeitbereich ab. Die Daten weisen
auf eine Rotation des Beprobungsgebietes um 45° gegen den
Uhrzeigersinn relativ zu dem stabilen Südamerika hin. Frühere
Studien belegen, dass diese Rotationen nach dem Oligozän
stattgefunden haben müssen. Sie stehen im Zusammenhang mit einer
Scherzone, die sich während der andinen Deformation im nördlichen
Altiplano gebildet hat. Ein anderer Schwerpunkt dieser Arbeit ist
mit Hilfe paläomagnetischer Methoden die komplexen tektonischen
Prozesse Nordwest-Argentiniens während des Paläozoikums anhand der
„Vorkordillere“ und der „Famatina Ketten“ zu untersuchen. Innerhalb
der „Vorkodillere“ wurden unter anderem die Patquia, Guandacol, Los
Espejos, San Juan und die La Silla Formationen beprobt. Jede dieser
Einheiten ergab primäre Remanenzrichtungen. Im Fall der San Juan
und der La Silla Formation kann dies durch einen positiven
Faltentest nachgewiesen werden. Sowohl die Ergebnisse der
spät-permischen Patquia Formation (D= 225.8°; I= +61.8°; a95= 3.0°;
k=215; n=12 Proben) und der spät-karbonischen Guandacol Formation
(D= 194.1°; I= +59.8°; a95= 4.4°; k= 279; n= 8 Proben) als auch die
Daten der spät-silurischen Los Espejos Formation (D= 289.8°; I=
-29.9°; a95= 17.6°; k= 50; n= 20 Proben, N= 3 Sites) deuten darauf
hin, dass die „Prekordillera“ um 60° mit den Uhrzeigersinn relativ
zu dem stabilen Teil Südamerikas rotiert ist. Auch hier ist der
Ursprung der Rotation in der känozoischen andinen Deformation zu
suchen. Ältere Einheiten zeigen ein davon abweichendes
Richtungsverhalten. Die Ergebnisse der früh-ordovizischen San Juan
und La Silla ergeben eine Paläobreitenlage der Vorkordillere von
39.5 ±4°S. Dies ist konsistent mit ihrer Lage relativ zu Südamerika
innerhalb Gondwanas im frühen Ordoviz, d. h. die Vorkodillere war
zu diesem Zeitpunkt bereits ein Teil Gondwanas. Der kombinierte
Datensatz der San Juan und der La Silla Formation deutet allerdings
eine relative Rotation dieser Einheiten von 45° gegen dem
Uhrzeigersinn hin. Daher muß von einer Rotation von 105° (gegen dem
Uhrzeigersinn) zwischen dem frühen Ordoviz und dem späten Silur
ausgegangen werden. Wahrscheinlich steht sie in Verbindung mit der
Ocloyíc Deformation, die zur Schließung des Puna Beckens geführt
hat. Die Ergebnisse für die „Famatina Ketten“ basieren auf
Untersuchungen an der De La Cuesta Formation (spätes Perm) und der
Suri Formation (frühes Ordoviz). In beiden Fällen konnten stabile
primäre Remanenzrichtungen isoliert werden. Vergleicht man sowohl
die Daten der Suri Formation (D= 107°; I= 31°; a95= 7.1°; k= 97; n=
25 Proben; N= 5 Sites) als auch die der De La Cuesta Formation
(D=163.2°; I= +43.8°; a95= 10.0°; k=59.5; n= 23 Proben; N= 5 Sites)
mit dem jeweiligen gleichaltrigen Referenzpol des stabilen
Südamerikas und Gondwanas, so stellt sich heraus, dass nur erste
eine Rotation (60° mit dem Uhrzeigersinn) belegen. Wie schon bei
der San Juan und der La Silla Formation ist auch hier
wahrscheinlich die Ocloyíc Deformation dafür verantwortlich. Die
aus den Resultaten der Suri Formation abgeleitet Paläobreitenlage
der „Famatina“ (16.5 ±3°S) deckt sich mit ihrer Position innerhalb
Gondwanas im frühen Ordoviz. Man kann daher davon ausgehen, dass
sie ihre Lage relativ zu dem stabilen Südamerika seit dem frühen
Ordiviz nicht verändert hat. Damit kann im Gegensatz zu anderen
Modellen ein para-autochthone Ursprung der „Famatina“
ausgeschlossen werden. Zusammenfassend liefern die Rahmen dieser
Arbeit erzielten Daten wichtige Parameter für die Bestimmung des
Zeitpunkts der „terrane“ Akkretion und der Deformationsgeschichte
am westlichen Rand Gondwanas. Basierend auf diesen Ergebnisse kann
gezeigt werde, dass die argentinische Vorkordillere integraler
Bestandteil Südamerikas bereits im frühen Ordoviz war. Die weitere
Konsolidierung des südamerikanischen Rands war mit
großmaßstäblichen, vorpermischen Rotationen verbunden. Weiter
Rotationen fanden während der andinen Orogenese statt. Qualitativ
hochwertige Ergebnisse für Südperu unterstützen paläogeographische
Modelle vom Typ Pangäa B für das frühe Perm und Pangäa A2
Konstellationen in der frühen Trias.