K/Ar Age Determinations on very low grade Metasediments of the Rheinisches Schiefergebirge

Abstract

Der Metamorphosegrad der devonischen und karbonischen Gesteine des Rheinischen Schiefergebirges entspricht dem "very low grade" sensu WINKLER (1976) bzw. der "Anchimetamorphose" sensu KUBLER (1969). Dies ergibt sich aus Untersuchungen der Illit-Kristallinität, der Inkohlung sowie nach mineralfaziellen Kriterien. Nach letzteren sind die mitteldevonischen Gesteine des Ostsauerländer Hauptsattels, Teile der Lahn-Dill Mulde, der Moselmulde, des Hunsrück und Taunus in die Pumpellyit-Prehnit-Quarz Fazies zu stellen, ausgenommen die etwas höher metamorphen Gesteine des "Taunus-Vordevons". Auf einem N-S Profil vom Ostsauerländer Hauptsattel bis zum Taunus-Südrand wurde das radiometrische Alter dieser Metamorphose mit der K/Ar-Methode bestimmt. Für die Altersbestimmungen wurden solche Gesteine ausgewählt, bei denen angenommen werden kann, daß ihr Phyllosilikatbestand weitgehend metamorph entstanden ist. Zum Teil handelt es sich dabei um reine Serizitschiefer, die vermutlich aus sauren bis intermediären Glastuffen entstanden sind, zum anderen sind es Serizit- und Seladonit-führende extrem feinkörnige Tuffe, die vermutlich zum mitteldevonischen Hauptgrünsteinvulkanismus gehören. Da aufgrund des sehr geringen Metamorphosegrades angenommen werden kann, daß bei den Hellglimmern die Schließungstemperatur für das System K/Ar nicht überschritten wurde - ausgenommen im "Taunus-Vordevon" - ergeben die Datierungen kein Abkühlungsalter, sondern das Alter des Höchststandes der Metamorphose. Danach liegt das Metamorphosealter im nordöstlichen Rheinischen Schiefergebirge um 300 Mio. Jahre, während es nach Süden hin über 315 Mio. bis auf etwa 330 Mio. Jahre im Taunus ansteigt. Das südlich anschließende "Taunus-Vordevon" zeigt etwas jüngere Alter, die wegen der hier höher temperierten Metamorphose als Abkühlungsalter gedeutet werden. Die Alterswerte um 330 Mio. Jahre in der Lahnmulde wurden an phyllitischen Tonschiefern bestimmt, die wahrscheinlich durch Deckentransport vom Südrand des Schiefergebirges in ihre heutige Position gelangten und daher noch die höheren Alter dieses Südrandes zeigen. Der Alterssprung am Nordrand des Schiefergebirges von 300 Mio. auf etwa 340 Mio. Jahre ist problematisch und wird gegenwärtig näher untersucht. Da in bezug auf die Faltung und erste Schieferung die Metamorphose synkinematisch erfolgte, geben die Alter nicht nur den Höchststand der Metamorphose im östlichen Rheinischen Schiefergebirge an, sondern datieren gleichzeitig den Zeitpunkt der Deformation. Allerdings hat die Deformation den Höchststand der Metamorphose überdauert, wie sich aus der großen Verbreitung der post-kristallinen zweiten Schieferung ergibt.

The metamorphic grade of the Devonian and Carboniferous rocks of the Rheinisches Schiefergebirge corresponds to the "very low grade" sensu WINKLER (1976) respectively to the "anchi-zone" sensu KUBLER (1969). This follows from investigations of illite-cristallinity, coalification and of metamorphic mineral parageneses. According to these date the Middle Devonian rocks of the Ostsauerländer Anticline, parts of the Lahn-Dill Syncline, the Mosel Syncline, the Hunsrück and the Taunus Mountains belong to the pumpellyite-prehnite-quartz facies, excepting the somewhat higher grade metamorphic rocks of the "Taunus Pre-Devonian". Along a N-S cross-section from the Ostsauerländer Anticline to the southern border of the Taunus the radiometric age of this metamorphism was determined by the K/Ar-method. For the age determinations only such rock samples containing phyllosilicate fabrics of presumably metamorphic origin were selected. These samples are either pure sericite slates, probably derived from acid to intermediate glass-tuffs, or sericite- and celadonite-bearing extremely fine-grained tuffs which probably belong to the Middle Devonian volcanism. The samples are therefore assumed to be practically free from detrital phyllosilicates. Because of the very low degree of metamorphism it can be assumed that the blocking temperature for the K/Ar system of white micas was not exceeded-except in the "Taunus-Pre-Devonian". Therefore these age determinations do not give cooling ages but date the peak of metamorphism. According to these datings the age of metamorphism in the northeastern Rheinisches Schiefergebirge is about 300 m.y. whereas it increases towards the south to 315 m. y. and up to 330 m. y. in the Taunus. The "Taunus Pre-Devonian" rocks, following to the south, have yielded younger ages which are interpreted as cooling ages because during metamorphism the temperatures in this area axceeded the blocking temperature for the K/Ar system of the micas. The ages of about 330 m.y. in the Lahn Syncline were measured on phyllitic slates. These rocks probably were emplaced by nappe movement from the southern margin of the Schiefergebirge into their present position and therefore have preserved the higher ages of the southern margin. The sudden transition from 300 m.y. to about 340 m.y. at the northern margin of the Schiefergebirge is still problematical and a matter of present investigations. The metamorphism is synkinematic with respect to the folding and associated first cleavage. For that reason the ages do not only give the peak of metamorphism, but also date the time of deformation. The deformation, however, outlasted the peak of metamorphism, as shown by the widespread distribution of a post-crystalline second cleavage.