Transvaal

Die 15 km mächtige Sukzession der Transvaal Supergroup (Button, 1986) setzt sich zusammen aus vulkanischen Gesteinen sowie siliziklastischen und chemischen Sedimenten. Sie sind in drei durch Erosion getrennte Becken des Kaapvaal Kratons aufgeschlossen: Im botswanischen Kanye Becken, im Transvaal und im Griqualand-West Becken Südafrikas (Eriksson und Altermann, 1998; Abb. 6.1.1). Die folgende Beschreibung beschränkt sich auf die Geologie und Stratigraphie des Transvaal Beckens, da wir auch im Zuge der Exkursion nur Aufschlüsse dieses Gebietes sahen.

Die Transvaal Supergroup wird stratigraphisch in die basale Black Reef Formation und die überlagernde Chuniespoort und Pretoria Gruppen unterteilt. Die Basis, in der "protobasinale" vulkanosedimentäre Gesteine vorkommen (Abb. 6.1.2), tritt als eigenständige Einheit nur am Rand des Transvaal Beckens auf (Eriksson et al., 2001; Abb. 6.1.3).

Die Black Reef Formation besteht zum Großteil aus fluviatilen, deltaischen und flachmarinen Sandsteinen und wurde zu einer Zeit tektonischer Stabilität und Subsidenz abgelagert (Eriksson et al., 2001). Dies hatte einen relativen Meeresspiegelanstieg und so die Bildung mächtiger karbonatischer Plattformen und gebänderter Eisenerze (BIF) der Chuniespoort Gruppe zur Folge. Diese Phase hielt etwa 30 bis 50 Ma an. Im Zuge einer anschließenden erosiven Periode setzte eine extensive chemische Verwitterung und Verkarstung dieser Gesteine ein (Eriksson und Altermann, 1998)

Nach einer Phase der Hebung und Abtragung entstand ein Becken, das die Sedimente der Pretoria Gruppe aufnahm; sie überlagern deswegen diskordant die chemischen Sedimente der Chuniespoort Gruppe. Die Pretoria Gruppe besteht hauptsächlich aus Tonsteinen und Quarziten (McCarthy und Rubidge, 2005) und zeichnet sich durch zwei Transgressionen aus, wodurch das Ablagerungsmileu zwischen marin und terrestrisch wechselte (Eriksson et al., 2001).

Sie besteht in weiten Abschnitten aus stromatolithischem Dolomit, der sich als Karbonatplattform in einem Flachmeer vor etwa 2640 Ma bis 2516 Ma auf dem Kapvaal Kraton bildete (Eriksson und Altermann, 1998). Die Malmani Subgruppe erreicht eine Mächtigkeit von 1200 m (Eriksson et al., 2001).

Stromatolithe sind Strukturen, die durch die Stoffwechselaktivität von Mikroorganismen, vor allem Cyanobakterien, gebildet werden. Sie bestehen aus Lagen mikrobieller Matten und ausgefällter Minerale sowie eingefangenen klastischen Sedimenten (NASA Ames Research Center, 2007; Abb. 6.2.1).

Die Stromatolithen der Malmani Subgruppe zeichnen sich vor allem durch ihr hohes Alter, welches frühes Leben und Sauerstoffproduktion auf der Erde belegt, und ihre beeindruckende Größe aus. Sie treten als langestreckte Dome mit 1 bis 2 m Relief auf. An der Basis des Aufschlusses sind sie als verlinkte Säulen und als laminierte mikrobielle Matten zu erkennen (Abb. 6.2.3).

Truswell und Eriksson (1973) entwarfen für die Dolomite der Malmani Subgruppe ein Modell, welches die Entwicklung der unterschiedlichen Stromatolithtypen in einem von Gezeiten beeinflussten Küstenbereich veranschaulicht (Abb. 6.2.4). Große domförmige Stromatolithe sind dem subtidalen Bereich zuzuordnen, deren Relief zur Küste hin abnimmt. Säulige Stromatolithe und laminierte Biomatten bildeten sich in intertidalen bis supratidalen Küstenbereichen.

Geologie im Walter Sisulu Botanical Garden

Florian Achilles, Andreas Jakobi

Der nach Walter Sisulu benannte botanische Garten etwa 28 Kilometer nordwestlich des Stadtzentrums von Johannesburg, beherbergt neben botanischen Besonderheiten einen geologischen Lehrpfad entlang eines Aufschlusses der untersten Einheit der Witwatersrand Supergroup.

Einige Abschnitte dieser hier etwa 7000 m mächtigen, nordwest-streichenden Sedimentgesteine sind aufgrund ihres Goldgehalts berühmt.

Die Wechsellagerung von Quarziten, Tonsteinen und Siltsteinen wurde vor etwa 2.97 Ga abgelagert und wird stratigraphisch der Hospital Hill Subgroup der West Rand Group (Abb. 6.3.2) zugeordnet, wie uns Prof. Nic Beukes, Professor an der University of Johannesburg, erklärte (Abb. 6.3.1). Er wies dabei insbesondere auf die ins Hangende abnehmende Mächtigkeit der Quarzite, die darauf aufbauende stratigraphische Unterteilung und die wechselnden Ablagerungsmilieus hin.

Unmittelbar neben dem beeindruckenden Witpoortjie-Wasserfall führt ein kurzer Wanderweg in etwa 35 m Höhe. Entlang dieses Pfads nahmen wir die Lithologien stratigraphisch auf (Abb. 6.3.2).

Die Basis des Profils, der Orange Grove Quarzit, liegt diskordant auf archaischen, talkreichen Grünstein-Schiefern der Rookeveld-Gruppe. Weder ist die archaische Lithologie in ausreichender Qualität aufgeschlossen noch lässt sich der Kontakt untersuchen.

Der hangende weiß-orang-farbene Quarzarenit ist etwa 12 m mächtig und enthält mindestens drei coarsening upward-Zyklen von Fein- zu Mittelsand. Quarzkörner sind gut sortiert, gut gerundet und quarzitisch zementiert. Die Bänke zeigen low-angle planar crossbedding und Wellenrippel. Der Quarzsand resultierte vermutlich aus der Verwitterung granitischer Gesteine und deren Aufarbeitung in flachmarinen (upper shoreface) Ablagerungsräumen im nördlichen Witwatersrand-Becken.

Anstiege des Meeresspiegels verursachten die (wahrscheinlich auf dem äußeren Schelf abgelagerten) laminierten Bänke aus Ton-/Siltschiefern. Niedrige Meeresspiegel dagegen scheinen für die quarzitischen Ablagerungen verantwortlich zu sein. Ab Profilmeter 36 beginnt die Mächtigkeit der Quarzitbänke abzunehmen. Die hangende Folge wird dem Parktown Shale zugeordnet. Das gesamte Ablagerungsmilieu scheint etwas tiefer marin. Die variierende Sedimentanlieferung verursachte die Wechsellagerung von Tonstein und geringmächtigem Quarzit mit Rippeln, coarsening upwards-Zyklen und vereinzelten foresets. Bei hoher Sedimentanlieferung und / oder sinkendem Meeresspiegel erreichten die sandigen Ablagerungen den mittleren oder äußeren Schelf und überlagern die dort dominierenden Tonsteine.

Zwischen Profilmeter 99 und 103 werden die serizitführenden, metamorphen Tonsteine von Bändereisenerzen (BIF - banded iron formation) unterbrochen. Das sogenannte contorted band markiert die tiefst-marine Ablagerung, zeigt aber noch vereinzelt feinsandigen Eintrag. BIFs sind Ablagerungen photoferrotropher Mikroorganismen, welche im sauerstoffarmen Wasser Eisenoxid in ihre Zellwände einbauten und aus der Oxidation von Fe⁺⁺ ihren Metabolismus betrieben. Nach deren Tode mitabgelagertes organisches Material reduzierte während der Frühdiagenese den Hämatit zu Magnetit.