A profile through the central American landbridge in Western Panama [Elektronische Ressource] : 115 Ma interplay between the Galápagos hotspot and the central American subduction zone / vorgelegt von Britta Lissinna

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• Publié par: christian-albrechts-universitat_zu_kiel
• Publié le: 01 janvier 2005
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• Langue: Deutsch
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Extrait

„A profile through the Central American Landbridge in western
Panama: 115 Ma Interplay between the Galápagos Hotspot and
the Central American Subduction Zone“







Dissertation


zur Erlangung des Doktorgrades
der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät
der Christian-Albrechts-Universität
zu Kiel



vorgelegt von

Britta Lissinna

Kiel

2005




Referent: Prof. Dr. Kaj Hoernle


Korreferent:.....................................................................................


Tag der Disputation..........................................................................


zum Druck genehmigt Kiel, den ...................................................... Danksagung
Für die Vergabe dieser Doktorarbeit, den kritischen Diskussionen und der Durchsicht
meiner Manuskripte danke ich Prof. Kaj Hoernle. Seine Anregungen hinsichtlich der
Darstellung und Publikationen von Ergebnissen haben entscheidend zum Gelingen dieser
Arbeit beigetragen. Für die Betreuung während der Geländearbeit und den aufgrund meiner
Schwangerschaft ohne mich durchgeführten Geländearbeiten, möchte ich Kaj Hoernle, Paul
van den Boggard und Reinhard Werner danken. Unserem Kooperationspartner in Panama
Juan de Dios Villa möchte ich für seine logistische Unterstützung danken. Zusätzlich möchte
ich insbesondere Reinhard Werner für die Ausarbeitung des DFG Projektantrages HO-
1833/6-1 & 2 Panama Terranes danken. Colin Devey danke ich dafür, dass er sich für eine
weitere finanzielle Unterstützung für mich eingesetzt hat, ohne diese wäre die Arbeit
wahrscheinlich nicht zustande gekommen.
Weiterer Dank gebührt, Folkmar Hauff und Silke Hauff für die Durchführung der Sr-Nd-
40 39Pb Isotopenanalytik, Paul van den Boggard und Jan Stiklus für die Ar/ Ar Datierungen,
sowie Dagmar Rau für die RFA-Analytik. Ein besonderer Dank für die freundliche Aufnahme
und Hilfestellung bei der chemischen Aufbereitung von ICP-MS Analysen geht an Heidi
Blaschek, Dieter Garbe-Schönberg, die bedauerlicherweise verstorbene Sonja Klauke und
Ulrike Westernstroeher (Institut für Geologie und Paläontologie an der Universität Kiel). Für
die kritischen Diskussionen und Unterstützung möchte ich meinen Kollegen von Gebäude 12
Jörg Geldmacher, Maxime Portnyagin und Seth Sedofsky danken.
Für die Vergabe eines Graduiertenstipendiums sowie die Förderung des Projektes HO-
1833/6-1 & 2 Panama Terranes, möchte ich der Deutschen Forschungs Gemeinschaft (DFG)
danken. Für das große Interesse und die positive Wertung der Forschungsergebnisse möchte
ich Guillermo Alverado und David Scholl danken.
Einen besonders großen Dank geht an meine Familie insbesondere meinen Mann Ralf
Ahrens für die lange moralische und praktische Unterstützung, meinen Schwiegereltern für
die Unterstützung und tolle Betreuung von Johanna und an Johanna einfach nur dafür das sie
da ist. Zusammenfassung
Die Zielsetzung dieser Arbeit ist zum einen die Rekonstruktion der
Entwicklungsgeschichte des Galápagos-Hotspots anhand der Untersuchung von 17–115 Mill.
J. alten vulkanischen Gesteinen im südlichen Mittelamerika. Dabei sollen die tektonischen
Auswirkungen beim Auftreffen von Galápagos-Hotspotspuren auf die zentralamerikanische
Landbrücke sowie der „Input“ in die Subduktionszone untersucht werden. Desweiteren soll
durch die Analyse der tertiären bis quartären Inselbogengesteine entlang der panamaischen
Subduktionszone die Bildungsgeschichte, Paläotektonik sowie die geochemische Entwicklung
des panamaischen Inselbogens untersucht werden.
Der erste Focus des ersten Kapitels dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung
aufgehobener Plateaukruste der Karibischen Platte, welche auf den Halbinseln Soná und
Azuero und entlang der pazifischen Küste von Ostpanama aufgeschlossen ist. Laser-
40 39Ar/ Ar-Datierungen dieser Komplexe reichen von 71 bis 115 Mill. J..
Ein zweite Schwerpunkt liegt auf der Rekonstruktion der bereits subduzierten
Geschichte des Galápagos-Hotspots (68-15 Mill. J.), die anhand von akkretierten
magmatischen Komplexen entlang der pazifischen Küste Panamas untersucht wurde. Es
wurden räumliche Variationen der Geochemie akkretierter magmatischer Komplexe
untersucht, um eine mögliche paläozäne bis miozäne Zonierung des Galápagos-Hotspots zu
überpüfen, wie Sie während der letzten 20 Mill. J. zu beobachten war. Die Geochemie der
magmatischen Komplexe zeigt Affinität zu Ozeaninselbasalten (OIB) und reicht von
tholeiitischer bis alkaliner Zusammensetzung. Nur selten treten mittelozeanische
40 39Rückenbasalte (N-MORB) auf. Laser- Ar/ Ar-Datierungen der Gesteine reichen von 17 bis
66 Mill. J.. Die magmatischen Komplexe bestehen aus akkretierten Ozeaninseln, Seamounts,
aseismischen Rückenstrukturen und ozeanische Kruste. Die Spurenelement- und Sr-Nd-Pb-
Isotopen-Signaturen zeigen, dass sich die für den Galápagos-Hotspot typischen vier
Mantelkomponenten (nördliche, südliche, zentrale und östliche Komponente) schon in den
paläozänen bis eozänen Hotspotspuren (66–50 Mill. J.) nachweisen läßt. Die isotopische
Zonierung und die räumliche Anordnung der akkretierten magmatischen Komplexe ist
vergleichbar mit der heutigen Zonierung des Galápagos-Archipels: Isotopen-Signaturen mit
Affinität zur nördlichen Galápagos-Mantelkomponente wurden nordwestlich von Panama in
magmatischen Gesteinen der Halbinsel Quepos (Costa Rica) bestimmt. Von Osa bis Coiba
treten Laven mit Affinität zur östlichen Galápagos-Mantelkomponente und auf der
südwestlich davon gelegenen Halbinsel Azuero magmatische Gesteine mit südlicher und
östlicher Galápagos Mantelkomponente auf.
Die Akkretion der Paläo-Galápagos-Hotspotspuren an den pazifischen Plattenrand der
karibischen Platte erfolgte im wesentlichen zwischen dem Frühen Paläozän und dem
IMittleren Eozäns (~60–45 Mill. J.). Dieser Akkretionsgürtel erstreckt sich von Quepos (Costa
Rica) bis Azuero. Spätere Akkretion von Hotspotspuren vom Frühen Miozän bis zum Quartär
(<23 Mill. J.) erfolgte nur sporadisch. Akkretierte magmatische Komplexe des Späten Eozäns
bis Miozäns sind im südlichen Teil der Halbinsel Azuero und an der westlichen Küste von
Coiba aufgeschlossen. Dies weist darauf hin, dass eine Paläo-Galápagos-Hotspotspur vor ca.
20–30 Mill. J. und eine weitere während der letzten 5 Mill. J. unter dem westlichen Panama
subduzierte. Anhand unserer Untersuchungen können wir schlussfolgern, dass Paläo-
Galápagos-Hotspotspuren fast während des gesamten Tertiärs entlang der pazifischen Küste
Panamas akkretierten.

Das zweite Kapitel behandelt die geochemische Entwicklung des Inselbogen-
vulkanismus‘ Panamas, dessen Auftreten sich über das gesamte Känozoikum erstreckt. Es
40 39wurden vulkanologische Studien, Laser- Ar/ Ar Datierungen, Haupt- und Spurenelement-
sowie Sr-Nd-Pb-Isotopen-Analysen an Proben des Inselbogens durchgeführt, um neben der
magmatischen die tektonische Entwicklungsgeschichte des panamaischen Inselbogens zu
40 39untersuchen. Neue Laser- Ar/ Ar-Datierungen an tholeiitischen bis calc-alkalinen Proben
liegen zwischen 60.9 ±0.5 Mill. J. und 7.4 ±0.7 Mill. J.. Isotopen-Signaturen von paläozänen
Inselbogenvulkaniten bestätigen den Einflußbereich einer nahe gelegenen suduzierenden
Paläo-Galápagos-Hotspotspur. Zwischen ca. 50–30 Mill. J. migrierte das westpanamaische
Inselbogensegment nach Nordwesten. Es wird angenommen, dass die bisher vorherrschende
tektonische Akkretion während dieses Zeitraumes von tektonischen Erosionsprozessen
abgelöst wurde. Die Rate der tektonischen Erosion zwischen ca. 50–30 Mill. J. liegt bei 84-96
3 -1 -1km Ma km , vergleichbar mit den Raten des heutigen Costa Ricas
Angereicherte Pb-Isotopen-Signaturen (Galápagos Signatur) in Inselbogenvulkaniten
von Azuero (~45 Mill. J.) und dem östlichen Panama (12–22 Mill. J.) deuten auf eine ostwärts
Verlagerung der subduzierenden Hotspotspur relativ zum Inselbogen hin. Das ostpanamaische
Inselbogensegment ist entlang einer linkslateralen Verschiebung entlang der Panamakanal-
Störungszone nach Norden relativ zum westpanamaischen Inselbogensegment verschoben.
Der überlagernde jüngere, miozäne Inselbogen erstreckt sich jedoch in einem
zusammenhängenden Stück von West- bis Ostpanama. Daraus schliessen wir das die
Verschiebung des paläozänen bis späteozänen Inselbogensegments zwischen dem Späten
Eozän und dem Frühen Miozän (40–20 Mill. J.) erfolgte. Der Inselbogenvulkanismus in
Ostpanama endete ca. vor 12 Mill. J., zeitgleich mit der Kollision von Ostpanama mit
Südamerika.