Pluton (Geologie)

Pluton (nach Pluton, dem Gott der Totenwelt in der griechisch-römischen Mythologie) ist in der Geologie die Bezeichnung für einen innerhalb der Erdkruste oberflächenfern sehr langsam auskristallisierten magmatischen Intrusivkörper.

Entstehung und Begleitphänomene

Brandbergmassiv, Namibia, ein durch Erosion freigelegter Granitpluton, aufgenommen von Bord der ISS

Plutone entstehen, wenn Magma aus der unteren Erdkruste oder dem lithosphärischen Mantel in höhere Krustenniveaus eindringt, sich dort, etwa fünf bis zehn Kilometer unter der Erdoberfläche, eine Magmakammer schafft und in dieser langsam^* erstarrt. Ein Pluton ist folglich nichts anderes als eine tiefe fossile Magmakammer. Die dabei entstehenden Gesteine werden Tiefengesteine oder Plutonite genannt und zeichnen sich als solche durch eine relativ großkörnige Struktur aus. Das Gestein, in dem sich die Magmakammer etabliert hat, wird Nebengestein genannt. Dabei handelt es sich oft um gefaltete, nicht selten auch um dynamometamorphe Gesteine (vgl. → Kristallinkomplex). Plutone können eine erhebliche Größe besitzen (einige wenige Kilometer bis zu mehreren 100 Kilometern Durchmesser) und weisen meist eine subzylindrische bis subsphärische Gestalt auf. Besonders große, komplex (mehrphasig) aufgebaute Plutone, die mehrere Generationen von Magmakammern repräsentieren, werden auch als Batholithe bezeichnet.

Vor allem durch die Wärme, die von dem Magma ausgeht, wird das Nebengestein in unmittelbarer Umgebung eines Plutons gegenüber dem weiter entfernten Nebengestein verändert. Diese Form der Gesteinsumwandlung wird Kontaktmetamorphose genannt und die Aureole kontaktmetamorpher Gesteine um einen Pluton heißt Kontakthof. Zudem ist der Dachbereich, das heißt der oberste Teil eines Plutons sowie das daran angrenzende Nebengestein, in aller Regel von Gängen durchschlagen. Diese gehen entweder auf sehr mobile Restschmelzen des schon weitgehend erstarrten Magmas zurück, oder sie bezeugen den weiteren Aufstieg des Magmas in Richtung der Erdoberfläche (siehe → Ganggestein). Die Gesamtheit der mit einem Pluton assoziierten Gänge wird auch als Ganggefolgschaft bezeichnet.

Nach ihrer Stellung im magmatektonischen Zyklus unterscheidet man prä-, syn-, spät- und posttektonische, -kinematische oder -orogene Plutone. Prä- und synorogene Plutone sind infolge der nachfolgenden bzw. andauernden orogenetischen Prozesse in aller Regel deformiert und das Gestein bisweilen zudem metamorph. Beispiele für solche nachträglich deformierten Plutone finden sich zuhauf in den präkambrischen Schilden.

Geomorphologie

Plutone sind der direkten Beobachtung in der Regel erst zugänglich, nachdem das sie überlagernde Gestein infolge von Erosion abgetragen worden ist. Wenn das Nebengestein weniger verwitterungs- und erosionsresistent ist als das Gestein des Plutons, wird der ausbeißende Teil des Plutons als Bergmassiv aus der Umgebung herausmodelliert. Beispiele für solche Massive sind unter anderem der Brocken im Harz oder das Brandbergmassiv in Namibia.

Wenn das Nebengestein verwitterungs- und erosionsresistenter ist als das Gestein des Plutons, dann bildet sich im Ausbiss des Plutons ein Talkessel bzw. ein morphologisches Becken. Ein Beispiel hierfür liefert der Thüringer Hauptgranit in der Umgebung von Zella-Mehlis und Suhl. Ist das Gestein des Kontakthofs resistenter als sowohl das Gestein das Plutons als auch das unveränderte Nebengestein jenseits des Kontakthofs, wird ein ringförmiger Wall aus der Landschaft herauspräpariert, wie beim Bergener Granit im Vogtland zu beobachten.

Beispiele

Die geologische Übersichtskarte des Erzgebirges zeigt einige große Ausbisse granitischer Plutone, insbesondere im Westerzgebirge

Plutone sind weltweit verbreitet, besonders in sogenannten Kristallinkomplexen, wo sie in überwiegend mittelgradig dynamometamorphen Gesteinen (vor allem in Gneisen und Glimmerschiefern) platzgenommen haben.

Deutschland

Bramscher Pluton bei Osnabrück (hypothetisch, nicht ausbeißend, gabbroid, saxonisch)
Brocken-Batholith im Harz (überwiegend granitoid, spät- und postvariszisch)
Thüringer Hauptgranit und Ruhlaer Granit im Thüringer Wald (granitisch, spätvariszisch)
Kirchberger Granit und Eibenstocker Granit im Westerzgebirge (Böhmische Masse i. w. S., granitisch, spätvariszisch)
die Greifensteine als einer von mehreren kleinen Ausbissen eines vermuteten großen mittelerzgebirgischen Plutons (Böhmische Masse, granitisch, spätvariszisch)
Granitplutone des Fichtelgebirges, u. a. das Weißenstadt-Marktleuthener Massiv (Böhmische Masse, spät- und postvariszisch)

Außerhalb Deutschlands

Krkonoše-Jizera Pluton im Riesengebirge (Böhmische Masse, überwiegend granitisch, spätvariszisch)[1]
Südböhmischer Batholith auf der Böhmisch-Mährischen Höhe und dem Granit- und Gneisplateau (Böhmische Masse, überwiegend granitisch, spätvariszisch)[2]
die Chibinen auf der Halbinsel Kola im europäischen Teil Russlands (Baltischer Schild, überwiegend Nephelinsyenit, anorogen, Oberdevon)[3]

Außerhalb Europas

Der Granitpluton, der den Denali (Mount McKinley) aufbaut, erfährt seit etwa 5 Millionen Jahren enorm hohe Hebungsraten,[4] was die große Höhe des Berges erklärt.

Brandbergmassiv, Namibia, repräsentiert den Riftmagmatismus im Zusammenhang mit der beginnenden Öffnung des Südatlantiks (überwiegend Granit, Unterkreide)[5]
Batholithe der Nordamerikanischen Kordillere, Zeugnis des Vulkanbogen-Magmatismus im Zuge der Subduktion der Kula- und Farallon-Platte unter intra-ozeanische Inselbögen und den Westrand Nordamerikas im Mesozoikum und Känozoikum, u. a.
- Sierra-Nevada-Batholith in Kalifornien (überwiegend Granitoide, Obertrias bis Oberkreide)[6]
- „Alaska-Aleutian Range Batholith“ in Alaska, repräsentiert unter anderem die Magmakammern des intra-ozeanischen Talkeetna-Vulkanbogens des Peninsula-Terrans (überwiegend Granitoide und Diorite, Mitteljura bis Paläozän[7]); weil die post-jurassischen Teilplutone des Batholiths wahrscheinlich anderen tektonischen Milieus entstammen als die jurassischen, wird die Bezeichnung „Alaska-Aleutian Range Batholith“ von einigen Autoren generell vermieden[8]
  - McKinley-Pluton, baut zum Großteil das Denali-Massiv auf und wird traditionell dem Alaska-Aleutian Range Batholith zugerechnet (Granit, obere Oberkreide/Paläozän[4]).

Anmerkungen

^* Für den McKinley-Pluton in Alaska sind Abkühlraten von 4 bis 10 Kelvin pro Million Jahre ermittelt worden.[4]

Literatur

Myron G. Best: Igneous and Metamorphic Petrology. W.H. Freeman & Company, San Francisco 1982, ISBN 0-7167-1335-7, S. 119 ff.
Hans Murawski: Geologisches Wörterbuch. 8. Auflage. Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart 1982, ISBN 3-432-84108-6, S. 170.
Werner Zeil: Brinkmanns Abriß der Geologie, erster Band: Allgemeine Geologie. 12. Auflage. Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart 1980, ISBN 3-432-80592-6, S. 179 ff.

Einzelnachweise

Jiří Žák, Kryštof Verner, Jiří Sláma, Václav Kachlík, Marta Chlupáčová: Multistage magma emplacement and progressive strain accumulation in the shallow-level Krkonoše-Jizera plutonic complex, Bohemian Massif. Tectonics. Bd. 32, Nr. 5, 2013, S. 1493–1512, doi:10.1002/tect.20088
C. Vellmer, K. H. Wedepohl: Geochemical characterization and origin of granitoids from the South Bohemian Batholith in Lower Austria. Contributions to Mineralogy and Petrology. Bd. 118, Nr. 1, 1994, S. 13–32, doi:10.1007/BF00310608
Gregory Ivanyuk, Victor Yakovenchuk, Yakov Pakhomovsky, Natalya Konoplyova, Andrei Kalashnikov, Julia Mikhailova, Pavel Goryainov: Self-Organization of the Khibiny Alkaline Massif (Kola Peninsula, Russia). S. 131–156 in: Imran Ahmad Dar (Hrsg.): Earth Sciences. InTech, 2012, ISBN 978-953-307-861-8 (PDF)
Andrew W. West, Paul W. Layer: Thermocronologic History of the McKinley Pluton, Denali National Park, Alaska. S. 351 in: M. A. Lanphere, G. B. Dalrymple, B. D. Turrin (Hrsg.): Abstracts of the Eighth International Conference on Geochronology, Cosmochronology, and Isotope Geology. U.S. Geological Survey Circular 1107. U.S. Geological Survey, Department of the Interior, Washington, D.C. 1994 (online).
A. K. Schmitt, R. Emmermann, R. B. Trumbull, B. Bühn, F. Henjes-Kunst: Petrogenesis and ⁴⁰Ar/³⁹Ar Geochronology of the Brandberg Complex, Namibia: Evidence for a Major Mantle Contribution in Metaluminous and Peralkaline Granites. Journal of Petrology. Bd. 41, Nr. 8, 2000, S. 1207–1239, doi:10.1093/petrology/41.8.1207
Paul C. Bateman: Plutonism in the Central Part of the Sierra Nevada Batholith, California. U.S. Geological Survey Professional Paper 1483. U.S. Geological Survey, Department of the Interior, Washington, D.C. 1992 (online).
B. L. Reed, M. A. Lanphere: Generalized geologic map of the Alaska-Aleutian Range batholith showing potassium-argon ages of the plutonic rocks. Miscellaneous Field Studies Map 372. U.S. Geological Survey, Department of the Interior, Washington, D.C. 1972 (online).
z. B. Matthew Rioux, James Mattinson, Bradley Hacker, Peter Kelemen, Jurek Blusztajn, Karen Hanghøj, George Gehrels: Intermediate to felsic middle crust in the accreted Talkeetna arc, the Alaska Peninsula and Kodiak Island, Alaska: An analogue for low-velocity middle crust in modern arcs. Tectonics. Bd. 29, Nr. 3, 2010, Art.-Nr. TC3001, doi:10.1029/2009TC002541

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[1] Jiří Žák, Kryštof Verner, Jiří Sláma, Václav Kachlík, Marta Chlupáčová: Multistage magma emplacement and progressive strain accumulation in the shallow-level Krkonoše-Jizera plutonic complex, Bohemian Massif. Tectonics. Bd. 32, Nr. 5, 2013, S. 1493–1512, doi:10.1002/tect.20088

[2] C. Vellmer, K. H. Wedepohl: Geochemical characterization and origin of granitoids from the South Bohemian Batholith in Lower Austria. Contributions to Mineralogy and Petrology. Bd. 118, Nr. 1, 1994, S. 13–32, doi:10.1007/BF00310608

[3] Gregory Ivanyuk, Victor Yakovenchuk, Yakov Pakhomovsky, Natalya Konoplyova, Andrei Kalashnikov, Julia Mikhailova, Pavel Goryainov: Self-Organization of the Khibiny Alkaline Massif (Kola Peninsula, Russia). S. 131–156 in: Imran Ahmad Dar (Hrsg.): Earth Sciences. InTech, 2012, ISBN 978-953-307-861-8 (PDF)

[west&layer-4] Andrew W. West, Paul W. Layer: Thermocronologic History of the McKinley Pluton, Denali National Park, Alaska. S. 351 in: M. A. Lanphere, G. B. Dalrymple, B. D. Turrin (Hrsg.): Abstracts of the Eighth International Conference on Geochronology, Cosmochronology, and Isotope Geology. U.S. Geological Survey Circular 1107. U.S. Geological Survey, Department of the Interior, Washington, D.C. 1994 (online).

[5] A. K. Schmitt, R. Emmermann, R. B. Trumbull, B. Bühn, F. Henjes-Kunst: Petrogenesis and ⁴⁰Ar/³⁹Ar Geochronology of the Brandberg Complex, Namibia: Evidence for a Major Mantle Contribution in Metaluminous and Peralkaline Granites. Journal of Petrology. Bd. 41, Nr. 8, 2000, S. 1207–1239, doi:10.1093/petrology/41.8.1207

[6] Paul C. Bateman: Plutonism in the Central Part of the Sierra Nevada Batholith, California. U.S. Geological Survey Professional Paper 1483. U.S. Geological Survey, Department of the Interior, Washington, D.C. 1992 (online).

[7] B. L. Reed, M. A. Lanphere: Generalized geologic map of the Alaska-Aleutian Range batholith showing potassium-argon ages of the plutonic rocks. Miscellaneous Field Studies Map 372. U.S. Geological Survey, Department of the Interior, Washington, D.C. 1972 (online).

[8] z. B. Matthew Rioux, James Mattinson, Bradley Hacker, Peter Kelemen, Jurek Blusztajn, Karen Hanghøj, George Gehrels: Intermediate to felsic middle crust in the accreted Talkeetna arc, the Alaska Peninsula and Kodiak Island, Alaska: An analogue for low-velocity middle crust in modern arcs. Tectonics. Bd. 29, Nr. 3, 2010, Art.-Nr. TC3001, doi:10.1029/2009TC002541