Der Ilimmaasaq-Komplex (auch Ilimaussaq-Komplex oder englisch Ilímaussaq complex) ist eine vorwiegend agpaitische, magmatische Intrusion im Südwesten Grönlands, die im Mesoproterozoikum eingedrungen war. Die Intrusion war in mehreren Phasen erfolgt und ihr Chemismus ist alkalisch bis überwiegend peralkalisch.
Etymologie Der Ilimmaasaq-Komplex ist nach dem Berg Ilimmaasaq (nach alter Rechtschreibung Ilímaussaĸ) bei Narsaq benannt. Der Name des Bergs leitet sich von seiner Gestalt ab, welche an den Zapfen einer Inuit-Harpune erinnert.
Geschichtliches Der Ilimmaasaq-Komplex ist bereits seit Anfang des 19. Jahrhunderts unter Geologen bekannt. Bereits 1806 und erneut 1809 wurde er von Carl Ludwig Giesecke erstmals mineralogisch untersucht. Es folgten Erstbeschreibungen von Typlokalitätsmineralen, beispielsweise von Eudialyt im Jahr 1819 von Friedrich Stromeyer, von Arfvedsonit im Jahr 1823 durch H. S. Brooke, von Aenigmatit im Jahr 1865 durch August Breithaupt oder von Britholit-(Ce) im Jahr 1899 durch C. Winther. Im Jahr 1898 hatte Niels Viggo Ussing die Nephelinsyenite beschrieben. Die ersten detaillierten Kartierungen aus den Jahren 1900 und 1908 sowie petrologische Untersuchungen des Komplexes wurden sodann im Jahr 1912 ebenfalls von Ussing veröffentlicht. Auf ihn geht auch die Erstdefinition von agpaitischen Gesteinen zurück, die er über das Molarverhältnis von (Na2O + K2O)/Al2O3) definiert hatte (wobei er (Na+K)/Al noch als ≥ 1,2 setzte).
In den auf Ussing folgenden Jahren 1912 bis 1955 wurde nur wenig am Komplex geforscht. Die Exploration radioaktiver Minerale setzte am Komplex im Jahr 1955 ein, gefolgt von geologischen Kartierungsarbeiten durch den Geological Survey of Greenland in den kommenden Jahren. Dies führte sodann zu Bestandsaufnahmen der Elemente Uran, Beryllium, Niob, Seltene Erden und Zirconium, zu weiteren mineralogischen, geochemischen und petrologischen Untersuchungen, zu Bohrungen und zu wirtschaftlichen Rentabilitätsstudien.
Geographie mini|hochkant=1.6|Lujavrit mit Villiaumit, Ilimmaasaq-Komplex, Grönland
Die Mitte der Intrusion liegt etwa 11 km östlich der Stadt Narsaq in der Kommune Kujalleq. Das Aufschlussgebiet ist kaum bewachsen und stark verwittert. Das Terrain steigt von Südosten nach Nordwesten an.
Der Ilimmaasaq-Komplex wird durch den Fjord Tunulliarfik an der südwestgrönländischen Küste zweigeteilt. Die Intrusion ist in die Südsüdost-Nordnordwest-Richtung ausgelängt, ihre Dimensionen sind 17 Kilometer Länge bei maximal 8 Kilometer Breite.
Einführung Der Ilimmaasaq-Komplex in Südwestgrönland ist eine zusammengesetzte, mesoproterozoische Intrusion, die hauptsächlich aus Syeniten und Nephelinsyeniten aufgebaut wird. Der Komplex ist die Typlokalität für Agpaite – peralkalische Gesteine mit einem molaren Verhältnis (Na + K)/Al >1. Agpaitische Gesteine zeichnen sich durch sehr komplexe Natrium-Calcium-(Titan, Zirconium)-Silikate aus – mit Mineralen der Eudialyt-Gruppe als häufigste Vertreter. Diese peralkalischen Nephelinsyenite werden folglich jetzt über ihre komplex aufgebauten Zirconium-Titan-Silikatminerale wie Eudialyt oder Rinkit definiert – anstatt der gewöhnlichen Minerale Zirkon, Sphen und Ilmenit.
Ihr Entstehungsmodus ist noch nicht vollständig geklärt, es wird jedoch jetzt angenommen, dass agpaitische Gesteine durch fraktionierte Kristallisationsprozesse aus Stammmagmen von Alkalibasalten und Nepheliniten hervorgegangen waren, welche ihren Ursprung im Lithosphärenmantel hatten. Im Ilimmaasaq-Komplex finden sich Gesteine, die aus extremen magmatischen Differentiationsprozessen entstammen. Sie stellen daher sehr ungewöhnliche Magmatite dar – sowohl was ihre mineralogische als auch ihre geochemische Zusammensetzung betrifft.
Geologie mini|hochkant=1.6|Kakortokit aus dem Ilimmaasaq-Komplex
Geologisch gehört der Ilimmaasaq-Komplex zur Provinz des Gardar-Rifts in Südwestgrönland und stellt eine sehr junge Manifestation dieser Rifttätigkeit dar. Das Gardar-Rift entstand im Mesoproterozoikum und bildet jetzt ein herausgehobenes und stark erodiertes, kontinentales Grabenbruchsystem. Während der Anfangsstadien des Riftvorgangs zwischen 1.350 und 1.120 Millionen Jahre (Ectasium bis Stenium) wurde die Eriksfjord-Formation abgelagert – eine mächtige, rund 3.500 Meter dicke Abfolge von Laven und Sedimenten (vorwiegend Basaltlaven und Sandsteine), die zusammen mit dem Grundgebirge von zahllosen Basaltgängen durchschlagen werden. Ferner intrudierten eine große Anzahl von Gängen und zusammengesetzten Magmatiten in das Grundgebirge, das bereits im Archaikum und vor allem im Paläoproterozoikum konsolidiert worden war.
Das paläoproterozoische Grundgebirge im Hauptteil der Gardar-Provinz besteht überwiegend aus kalkalkalischen Granitoiden, die zusammen den Julianehåb-Batholithen aufbauen. Dieser Batholith des Anden-Typus wuchs innerhalb des Ketiliden-Gürtels heran. Er entstand im Zeitraum 1.850 bis 1.725 Millionen Jahre (Orosirium bis Statherium) und wird einer Subduktion zugeschrieben, entlang derer eine ozeanische Platte unter den archaischen Kraton im Norden abgetaucht war.
Im Nordwestabschnitt bilden hochgradige Gneise des Archaikums das Anstehende der Gardar-Intrusiva. In den Abschnitten Tuttutooq-Ilimmaasaq-Narsarsuaq und Nunarsuit-Isortoq nahmen größere Gangschwärme im Julianehåb-Batholith Platz. Sie besitzen eine sehr weit gestreute petrochemische Zusammensetzung und reichen von basaltisch über phonolithisch, rhyolithisch, lamprophyrisch bis hin zu karbonatitisch.
Intrusion Die Lage der Intrusion war tektonisch vorgezeichnet – was allein die Auslängung des Komplexes schon zu erkennen gibt. Es wird angenommen, dass ein blockartiges Einbrechen erfolgt war, dem sich sodann ein so genanntes Stoping anschloss – Magmen waren von unten in entstandene Hohlräume eingedrungen.
In der Nordhälfte der Intrusion ist die Dachregion der Magmenkammer freigelegt, die hier gleichzeitig die vulkanosedimentäre Schichtenfolge der Eriksfjord-Formation intrudiert. Auf ihrer Nordwestseite verfehlt sie die Narsaq-Intrusion nur knapp. Der Igaliko-Komplex liegt jedoch bereits 25 Kilometer weiter östlich. Auf der Südhälfte hingegen stehen stratigraphisch tiefere Niveaus an – so ist beispielsweise unterhalb der Diskordanz der Eriksfjord-Formation der Kontakt zwischen den Ilimmaasaq-Magmatiten und dem granitischen Nebengestein des Grundgebirges aufgeschlossen.
Petrologie Mineralogie mini|hochkant=1.6|Grün-grauer Naujakasit aus dem Ilimmaasaq-Komplex mini|hochkant=1.6|Rosafarbener Tugtupit aus dem Ilimmaasaq-Komplex
Die Gesteine des Ilimmaasaq-Komplexes sind durch extreme magmatische Differentiation entstanden. Folglich enthalten sie sehr ungewöhnliche magmatische Gesteinsarten, erkennbar an ihrem mineralogischen und geochemischen Aufbau.
Die agpaitischen Gesteine sind sehr stark angereichert an Alkalien (Lithium, Natrium, Rubidium und Cäsium), Halogenen (Fluor, Chlor, Brom und Jod), Eisen, Schwefel, HFSE-Elementen (wie beispielsweise Zirconium, Hafnium, Niob, Tantal, Seltene Erden, Uran, Thorium) und anderen seltenen Elementen (wie Beryllium, Zinn, Antimon, Wolfram, Molybdän, Arsen, Zink, Blei und Gallium). Sehr niedrig konzentriert hingegen sind Barium, Strontium, Kobalt, Kupfer, Nickel, Scandium, Vanadium und Chrom.
Es ist daher nicht weiter erstaunlich, dass der Komplex die Typlokalität von 34 Mineralen darstellt. Einige darunter (wie Sodalith, Arfvedsonit und Eudialyt) sind gesteinsbildende Komponenten. 15 Minerale sind bisher nur im Ilimmaasaq-Komplex gefunden worden. Somit stellt der Komplex für Mineraliensammler, Petrologen, Mineralogen und Geochemiker einen echten Anziehungspunkt dar – was seinen Ausdruck in mehreren hunderten wissenschaftlichen Veröffentlichungen gefunden hat.
An recht seltenen Mineralen finden sich im Ilimmaasaq-Komplex neben den mehr gewöhnlicheren Mineralen Aegirin, Aenigmatit, Albit, Alkalifeldspat, Analcim, Apatit, Arfvedsonit, Augit, Biotit, Fluorit, Mikroklin, Nephelin, Olivin, Pektolith, Quarz, Sodalith und Zirkon insbesondere die Minerale Astrophyllit, Baddeleyit, Chkalovit, Djerfisherit, Elpidit, Epididymit, Eudialyt, Katapleit, Murmanit, Natrosilit, Natrophosphat, Naujakasit, Neptunit, Pyrochlor, Rinkit, Sørensenit, Steenstrupin, Thermonatrit, Trona, Tugtupit, Ussingit und Villiaumit. An Erzmineralen sind zugegen gediegenes Blei, Bleiglanz, Chalkopyrit, Ilmenit, Magnetit, Pyrrhotin, Sphalerit, Titanomagnetit und gediegenes Zinn.
Neben seiner exotischen Mineralogie kann der Ilimmaasaq-Komplex als Lehrbuch für eine Reihe von magmatischen und hydrothermalen Prozessen angesehen werden. Wegen seines ausgesprochen langen Kristallisationsintervalles und den mineralogisch sehr starken Abwandlungen in den jeweiligen Gesteinsfolgen bietet der Komplex die einzigartige Gelegenheit, Stabilitätszusammenhänge und Zusammensetzungsänderungen in gesteinsbildenden Mineralen innerhalb von alkalischen und peralkalischen Magmen zu studieren. Überdies lassen sich die Parameter untersuchen, welche die Anreicherung an Natrium, Eisen, Halogenen, HFSE und anderen seltenen Elementen in derartigen Systemen beherrschen.
Gesteinstypen Im Ilimmaasaq-Komplex können drei intrusive Hauptphasen mit vier Schmelzphasen (engl. batch) unterschieden werden: ein metaluminoser Augitsyenit – Schmelzphase 1 ein peralkalischer Granit und Quarzsyenit – Schmelzphase 2 und schließlich peralkalische Nephelinsyenite – Schmelzphasen 3 und 4.
Die meisten der Nephelinsyenite führen Minerale der Eudialyt-Gruppe und können somit als agpaitische Gesteine klassifiziert werden. Volumometrisch dominieren die Nephelinsyenite eindeutig den Komplex. Sie können ihrerseits nun weiter unterteilt werden:
in eine grobkörnige Dachserie und in eine Bodenlage intermediär in mehrere Typen von feinkörnigen und melanokratischen Lujavriten.
Die grobkörnige Dachserie – Schmelzphase 3 – baut sich aus Pulaskit, Foyait, Sodalithfoyait und Naujait auf. In der Bodenlage – Schmelzphase 4 – finden sich als Kumulatgesteine Kakortokite (diese kommen nur in der Südhälfte des Komplexes vor). Die auflagernden Lujavrite besitzen ein sehr deutliches magmatisches Gefüge. Sie intrudierten den Dachbereich, jedoch nicht die Kumulate der Bodenlage.
Augitsyenit Die älteste Einheit im Komplex ist der durchschnittlich 100 Meter an Mächtigkeit erreichende Augitsyenit. Der Augitsyenit ist an Kieselsäure übersättigt bis leicht untersättigt. Er besitzt stark variable Korngrößen von 2 bis 20 Millimeter. Mineralogisch besteht der Augitsyenit aus deutlich entmischtem, perthitischem Alkalifeldspat, fayalitischem Olivin, Klinopyroxen (calciumreicher Augit – Diopsid bis Hedenbergit), Eisen-Titanoxiden (Titanomagnetit, ulvöspinellreicher Magnetit ± Ilmenit) und calciumreichem Amphibol (Hastingsit, Ferropargasit bis Ferrohedenit). Vorhanden sein können auch noch kleinere Mengen von ternärem Feldspat, Nephelin, Plagioklas (ternärer Feldspat), Biotit, Apatit, Zirkon/Baddeleyit und verschiedene Sulfide wie Chalkopyrit und Pyrrhotin. Das mittel- bis grobkörnige Gestein erscheint hypidiomorph bis xenomorph, es kann körnig, massiv aber auch lagig auftreten. In Adern können roter Tugtupit und weißer Albit erscheinen.
Der Augitsyenit wird als unmittelbares Ausgangsgestein der später folgenden Nephelinsyenite angesehen. Sein sehr niedriges Zr/Nb-Verhältnis von 3,7 ähnelt Benmoreiten einer benachbarten Alkalibasaltserie.
Peralkalischer Granit und Quarzsyenit Peralkalischer Granit und Quarzsyenit sind an Kieselsäure übersättigt und finden sich an verschiedenen Stellen im Komplex. Es wird ferner angenommen, dass die ursprüngliche Ausdehnung dieser Gesteine sehr stark durch Erosion reduziert worden ist. Aufgeschlossen ist eine Gesamtmächtigkeit von etwa 50 Meter. Das größte Vorkommen befindet sich im Dachbereich des Komplexes. Die Gesteine sind mittel- bis grobkörnig und zeigen hypidiomorphes, granulares Gefüge.