Senckenberg Forschung

Altersbestimmung des Brockengesteins

 Brocken mit Gipfelantenne
Brockengranit und Gipfelantenne.

Die Altersbestimmung von Gesteinen ist für viele geowissenschaftliche Fragestellungen wichtig. Ein Forscher-Team mit Senckenbergbeteiligung fand nun heraus, dass das Gipfelgestein des Brockens ungefähr 293 Millionen Jahre alt ist. Das Alter des Brockengranits lässt weitreichende neue geologische Schlussfolgerungen zu.

Die Senckenberg Naturhistorischen Sammlungen Dresden verfügen am Museum für Mineralogie und Geologie über ein Labor zur Altersbestimmung von Gesteinen (Sektion Geochronologie). Altersbestimmungen an Gesteinen liefern Kernaussagen im Rahmen der meisten geowissenschaftlichen Forschungsprojekte.

Um aktuelle Fragen zur Entstehung des Grundgebirges von Mitteleuropa (Variszisches Orogen) besser beantworten zu können, war eine moderne Altersbestimmung des Gipfelgesteines vom Brocken im Harz notwendig. Über seine geologische Bedeutung hinaus hat der Brocken auch für die Teilung und Wiedervereinigung von Deutschland eine große Symbolhaftigkeit, da die innerdeutsche Grenze über den Brocken verlief. 

Das Team, das an der Altersbestimmung von der Probenahme bis zum Resultat mitwirkte, bestand aus Mitarbeitern der Senckenberg Naturhistorischen Sammlungen Dresden, des Nationalparks Harz und des Sächsischen Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie. Das Alter wurde an dem Mineral Zirkon (ZrSiO4) ermittelt, das im Gipfelgestein des Brockens, dem Brockengranit, häufig zu finden ist.

Das Team, das an der Altersbestimmung mitgewirkt hat am Brockengipfel
Das Team, das an der Altersbestimmung mit gewirkt hat,
nach der Probennahme auf dem Brocken (Sektion Geochronologie
Senckenberg Dresden und beteiligte Fachkollegen, von links
nach rechts): Ulf Linnemann (Senckenberg Dresden), Anja Sagawe
(Senckenberg Dresden), Maren Zweig (LfULG Sachsen),
Friedhart Knolle (Nationalpark Harz), Andreas Gärtner (Senckenberg
Dresden), Nadine Richardt (Senckenberg Dresden), Sindy Becker
(Senckenberg Dresden), Mandy Hofmann ( Senckenberg Dresden).

Allerdings sind die Mikrokristalle nur etwa 200 bis 250 Mikrometer groß. Nach einer aufwendigen Gesteinsaufbereitung werden die zur Altersbestimmung nötigen Uran- und Bleiisotope aus den Zirkonkristallen mit Hilfe eines Lasers analysiert, der mit einem Massenspektrometer mit induktiv gekoppeltem Plasma verbunden ist (LA-ICP-MS*). Das Alter des Gesteins am Gipfel des Brockens wurde mit Hilfe von Uran- und Bleiisotopen an Zirkonen bestimmt und beträgt 293 ± 3 Millionen Jahre. Damit wird die Intrusion des Brockengranits in das Untere Perm (Sakmarium) eingestuft. 

Das Alter des Brockengranits lässt weitreichende neue geologische Schlussfolgerungen zu. Das Variszische Gebirge resultierte letztlich aus der Kollision der Superkontinente Laurussia und Gondwana sowie mehrerer Mikrokontinente im Devon und Unterkarbon, wobei der neue Superkontinent Pangäa gebildet wurde. Die Entstehung des Brockengranits fand jedoch wesentlich später, im Unteren Perm, statt. In dieser Zeitspanne wurden das Variszische Gebirge durch Oberflächenprozesse großräumig abgetragen. Aufgrund der Farbe der Sedimente werden die entsprechenden Schuttmassen sowie begleitende Vulkanite von den Geowissenschaftlern als „Rotliegendes“ zusammengefasst. Die Bildung des Brockengranits während des unteren Perms wurde durch Tiefenprozesse verursacht. Zu diesen Prozessen zählen die Verringerung der Dicke der Kruste wie auch die Verformung des Variszischen Gebirges nach der Kollision der Kontinente.

 

Geochronologie-LaborBlick in das Geochronologie-Labor der Senckenberg Naturhistorischen Sammlungen Dresden (Museum für Mineralogie und Geologie). Hier wurde das Uran-Blei-Alter des Brockengranits bestimmt. Links befindet sich ein Excimer-Laser (UP 193) der Firma New Wave. Rechts ist das ICP-MS*  (ELEMENT 2 XR) der Firma Fisher Scientific zu sehen. (* Massenspektrometer kombiniert mit induktiv gekoppeltem Plasma.)

 

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen eines polierten Zirkonkristalls Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines polierten Zirkonkristalls vom Brockengranit im Kathodolumineszenz-Modus. Der Zonarbau bzw. das Wachstumsmuster des Kristalls ist deutlich zu sehen. Die Länge des Kristalls beträgt etwa 180 μm.

 

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen eines Zirkonkristall vom BrockengranitRasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Zirkonkristalls vom Brockengranit. Die beiden Löcher („spots“) stammen von der Laserablation, die zur Altersbestimmung nötig ist. Der Kristall ist etwa 250 Mikrometer lang. Das mit Hilfe von Uran- und Bleiisotopen bestimmte Kristallisationsalter ist 293 Millionen Jahre vor heute. Dieses wird als Entstehungsalter des Brockengranits interpretiert. Zur Berechnung des Alters wurden die Isotopenverhältnisse von 206Pb / 238U und 207Pb / 235U von 30 Zirkonkristallen benutzt.

 

 

Autor

Prof. Dr. Ulf Linnemann

Geologe Prof. Dr. Ulf Linnemann ist geschäftsführender Direktor der Senckenberg Naturhistorischen Sammlungen Dresden und Leiter der Sektion Geochronologie. Darüber hinaus ist er im Rahmen einer Honorarprofessur an der Technischen Universität Dresden in der geowissenschaftlichen Lehre tätig.

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