Im Zuge meiner Recherchen zur Diplomarbeit bin ich heute über ein Paper von August 2006 gestolpert, das sich mit dem Einfluss von Versenkung, Heraushebung und Erosion geologischer Einheiten auf die zeitliche Verteilung von Lagerstätten beschäftigt. Das Paper wurde als “Express Letter” unter dem Titel “The Role of Exhumation in the temporal Distribution of Ore Deposits” in Economic Geology veröffentlich und stammt von Stephen E. Kesler und Bruce H. Wilkinson aus Michigan, USA. Der Artikel ist nicht nur aus fachlicher Sicht interessant, sondern auch, weil er eine wissenschaftliche Diskussion mit den “Orogenic Gold-Gurus” Richard Goldfarb und David Groves nach sich zog, auf die ich später noch eingehen werde.

Kesler und Wilkinson wollten anhand von drei verschiedenen, aber in gleichen Bildungsmilieus auftretenden, Lagerstättentypen herausfinden, ob die Exhumierung von Lagerstätten der wesentliche Faktor für deren zeitliches Auftreten ist. Dazu haben sie zusammenfassende Literatur über die Alter und Tiefenlage von epithermalen, “porphyry copper”- und “orogenic gold”- Lagerstätten ausgewertet.

Wie sollte die zeitliche Verteilung von Lagerstätten verschiedener Bildungstiefen aussehen?

Kesler und Wilkinson stellen zwei Endglieder von vielen möglichen Szenarien vor. Die erste Variante: Lagerstätten, die sich in geringen Tiefen gebildet haben. Diese Lagerstätten sollten am häufigsten in der jüngsten geologischen Geschichte nachweisbar sein. Die Anzahl älterer Vorkommen müsste mit der geologischen Zeit extrem abnehmen, da sie bereits erodiert wurden. Die zweite Variante: Lagerstätten, die in tiefen krustalen Niveaus entstanden sind. Dort sollte ein rasanter Rückgang der Häufigkeit ihres Auftretens in geologisch junger Zeit zu erwarten sein, denn diese Lagerstätten wurden noch nicht exhumiert. Grafisch veranschaulicht sieht das dann so aus:

Schematische Darstellung der Bildungstiefe (gelbe Bereiche) und der äquivalenten Häufigkeitsverteilung des zeitabhängigen Auftretens von Lagerstätten (modifiziert nach Kesler und Wilkinson, 2006).

Der Test: Wie sind die Lagerstätten tatsächlich über die Zeit verteilt?

Kesler und Wilkinson haben die Alter oberflächennaher Lagerstätten gegen deren Häufigkeit geplottet. Das Ergebnis ist verblüffend, bestätigt es doch in etwa die theoretischen Kurven. So sind die meisten epithermalen (und in geringen Tiefen gebildeten) Lagerstätten etwa 3 Ma alt (Modalalter) und nur wenige älter als 50 Ma. Die schon etwas tiefer entstehenden porphyry copper-Lagerstätten sind mit einem Modalalter von 12 Ma vertreten, während orogenic gold-Lagerstätten weit abgeschlagen bei 160 Ma landen. Der Grund: sie bilden sich in noch größeren Tiefen, als die beiden anderen Lagerstättentypen.

Alter und Häufigkeit von epithermalen, porphyry copper- und orogenic gold-Lagerstätten (modifiziert nach Kesler und Wilkinson, 2006).

Orogenic gold-Lagerstätten missachten die Theorie

Nun fällt auf, dass die Verteilung der orogenic gold-Lagerstätten vor allem im Archaikum stark “gestört” ist. Dort treten entgegen aller Erwartung gehäuft Lagerstätten dieses Typs auf. Noch merkwürdiger wird diese Häufung, wenn aus der zeitlichen Verteilung und der Bildungstiefe der Lagerstätten die Exhumierungsrate berechnet wird. Sie ergibt sich für den epithermalen Typ zu 167 m/Ma, für porphyry copper zu 158 m/Ma und für die orogenic gold-Lagerstätten zu 63 m/Ma. Die Autoren schreiben nun, dass sich die berechneten Hebungsraten mit Daten decken, die mit anderen Methoden in vergleichbaren geologischen Milieus gewonnen wurden. Dennoch fällt auch Kesler und Wilkinson auf, dass bei einer Exhumierungsrate von 63 Metern pro Million Jahre und einer Bildungstiefe von 5-20 Kilometern (Modaltiefe: 10 km) heute keine archaischen Goldlagerstätten mehr existieren dürften. Theoretisch müssten diese Lagerstätten mit 4 mm/Ma gehoben worden sein, um heute an der Erdoberfläche aufgeschlossen zu liegen. Die Autoren gehen deshalb davon aus, dass archaisch-paläoproterozoische Goldlagerstätten vom Typ “orogenic gold” sehr viel häufiger gebildet wurden, als im Phanerozoikum. Zusammenfassend geben Kesler und Wilkinson ihren Lesern auf den Weg, dass es eine indirekt proportionale Beziehung zwischen Exhumierungsrate und Exhumierungsweglänge gibt. So sind orogenic gold-Lagerstätten deutlich stärker exhumiert worden, als die beiden anderen Typen, jedoch mit einer deutlich geringeren Exhumierungsrate.

Wie können wir aus den Erkenntnissen Nutzen ziehen?

Kesler und Wilkinson stellen fest: da die berechneten Exhumierungsraten der Lagerstätten mit den Hebungsraten ihrer geologischen Bildungsmilieus übereinstimmen, ist davon auszugehen, dass die Exhumierung von Lagerstätten der wesentliche kontrollierende Faktor ihrer zeitlichen Verteilung ist. Und das biete Möglichkeiten, für eine objektivere Identifikation metallogenetischer Provinzen und vor allem metallogenetischer Epochen. Einzige Bedingung: der Effekt der Exhumierung muss aus der zeitlichen Verteilung der Lagerstätten herausgerechnet werden.

Kritik, Kritik, Kritik …

Etwa ein halbes Jahr nach der Veröffentlichung von Kesler und Wilkinsons Artikel wurde ein Diskussionspapier von David Groves und Richard Goldfarb veröffentlicht, das scharfe Kritik an den Berechnungen der beiden Autoren übte. Eingangs noch schmeichelnde Worte findend, gehen Groves und Goldfarb kurz danach ohne Umschweife in die wissenschaftlichen Auseinandersetzung. Die beiden orogenic gold-Experten zweifeln das errechnete Modalalter von 160 Ma als Alter des häufigsten Auftretens von Lagerstätten dieses Typs an, da kaum absolute Alter für diesen Zeitraum bekannt seien. Ein zweiter Kritikpunkt ist die den Berechnungen der Exhumierungsrate zugrunde gelegte Bildungstiefe von 5 bis 20 km, die aus einem Artikel von Goldfarb und anderen stammen sollte. Groves und Goldfarb merken an, dass in Goldfarbs Veröffentlichung von 2 bis 20 km Tiefe die Rede war. Dies würde auch eine andere Modaltiefe ergeben, die Grundlage der Berechnung Kesler und Wilkinsons gewesen ist. Ein weiterer wesentlicher Kritikpunkt sei, dass die errechnete Exhumierungsrate von orogenic gold-Lagerstätten nur etwa 40 Prozent der Rate von epithermalen und porphyry copper-Lagerstätten ausmache – und dass, obwohl sie im gleichen geotektonischen Milieu entstünden. Außerdem wird geltend gemacht, dass die Exhumierung von Lagerstätten nicht zwangsläufig so kontinuierlich stattfinde, wie von Kesler und Wilkinson dies angenommen haben. Abschließend weißen Groves und Goldfarb noch auf eine Reihe von Lagerstätten hin, die nicht in die zeitliche Verteilungskurve Kesler und Wilkinsons passen und somit die Berechnungen für die Exhumierungsraten von orogenic gold-Lagerstätten hinfällig werden ließen.

… und Rechtfertigung

Drei Wochen nach der massiven Kritik Grove und Goldfarbs reagierten Kesler und Wilkinson mit einer Antwort auf die zur Diskussion stehenden Punkte ihrer Arbeit. Sie machen geltend, dass das Modalalter von 160 Ma eine Größe ist, die sich aus der Verteilungskurve der ausgwerteten Lagerstätten ergeben habe. Damit sei das Modalalter durch Daten der absoluten Altersbestimmung gestützt und keineswegs blanke Theorie. Auch, dass der Artikel von Goldfarb et al. 2 bis 20 km Bildungstiefe vorgebe, verneinen sie vehement. Sie verweisen auf eine Abbildung, in der 5-20 km ausgewiesen seien. Der Vorwurf, dass die Exhumierungsrate von orogenic gold-Lagerstätten deutlich geringer berechnet wurde, als die der beiden anderen Lagerstättentypen, ist für Kesler und Wilkinson unhaltbar, da er außer Acht lasse, dass Abtragungsraten mit der Dauer der Abtragung sinken. Es sei ein mittlerweile allgemein akzeptierter Fakt, dass die Raten der meisten geologischen Prozesse indirekt proportional mit der Länge des betrachteten Zeitraumes zusammenhängen. Das hieße also, dass die orogenic gold-Lagerstätten mit 160 Ma als Alter ihres häufigsten Auftretens einem deutlich größeren Denudationszeitraum unterworfen waren, als die porphyry copper- und die epithermalen Lagerstätten. Und dies wiederum würde eine deutlich geringere Denudations- und Exhumierungsrate bedeuten. Den abschließenden Hinweis Grove und Goldfarbs auf zahlreiche Ausnahmen in der von Kesler und Wilkinson veröffentlichten Verteilungskurve für orogenic gold-Lagerstätten, machen die beiden Autoren für sich nicht geltend. Das Betrachten von Details gehöre zum Wesen der Geologie, aber solle nicht davon abhalten, größere Zusammenhänge zwischen der erdgeschichtlichen Entwicklung und der Bildung von Erzlagerstätten zu sehen.

Was lernen wir daraus?

Die von Kesler und Wilkinson veröffentlichte Arbeit ist sicherlich ein Novum gewesen und wurde wohl auch deshalb recht kontrovers diskutiert. Aber das ist Wissenschaft. Letztlich sind Veröffentlichungen mit öffentlicher und sachlicher Diskussion immer eine Quelle neuer Ideen und Anregungen – für die Autoren selbst, als auch für die Leser der Artikel. Oft sind fachliche Kritiken auch Fragen der Verständlichkeit und der eindeutigen Formulierung wissenschaftlicher Ansätze und Methoden. Der Artikel, den ich gerade beschrieben habe, erweckt in mir, zum Beispiel im Falle des 160 Ma-Modalalters, den Eindruck, dass die vier Geowissenschaftler bestimmte Ergebnisse verschieden eingeordnet haben. Deshalb ist es so wichtig, dass beide Seiten ihre Argumente austauschen und im besten Fall zu einer übereinstimmenden Sichtweise gelangen. So oder so wird die zukünftige Forschung der einen oder der anderen Gruppe Recht geben – oder einen ganz neuen Ansatz präsentieren.

Literatur

S. E. Kesler, B. H. Wilkinson (2006). THE ROLE OF EXHUMATION IN THE TEMPORAL DISTRIBUTION OF ORE DEPOSITS Economic Geology, 101 (5), 919-922 DOI: 10.2113/gsecongeo.101.5.919

D. I. Groves, R. J. Goldfarb (2007). THE ROLE OF EXHUMATION IN THE TEMPORAL DISTRIBUTION OF ORE DEPOSITS–A DISCUSSION Economic Geology, 102 (1), 155-157 DOI: 10.2113/gsecongeo.102.1.155

S. E. Kesler, B. H. Wilkinson (2007). THE ROLE OF EXHUMATION IN THE TEMPORAL DISTRIBUTION OF ORE DEPOSITS–A REPLY Economic Geology, 102 (1), 158-158 DOI: 10.2113/gsecongeo.102.1.158

Tags: Bruce Wilkinson, David Groves, Denudation, economic geology, epithermal, Exhumation, exhumation rates, orogenic gold, porphyry copper, Richard Goldfarb, Stephen Kesler

Dieser Eintrag wurde am Samstag, 6. September 2008 um 23:17 Uhr in der Kategorie Lagerstättengeologie veröffentlicht. Mit dem RSS 2.0 Feed kannst du den Antworten zu diesem Artikel folgen. Du kannst eine Antwort hinterlassen, oder einen Trackback von deiner eigenen Seite senden.