Wollastonite formation during variscan post-tectonic cooling in the Schwarzwald, Germany

Summary

Metaquartzdioritic plagioclase-biotite-quartz-gneiss at Artenberg, Schwarzwald, Germany, contains up to 10 cm wide calcite veins partially replaced and surrounded by a zoned calcsilicate sequence. The calcsilicate veins consist of two parts: (a) a zoned mineral sequence of reaction products deposited in the vein itself (wollastonite, garnet, clinopyroxene, quartz with relics of calcite) and (b) a zoned alteration sequence in the wall rock gneiss extending from the vein-gneiss contact several cm into the plagioclase-bearing gneiss (hornblende, chlorite). Based on hornblende-plagioclase thermobarometry and on chlorite stability, the P-T conditions of calcsilicate formation are estimated to be about 450 °C at c. 2 kbar.

The zoned mineral sequence formed by a bi-metasomatic reaction in an open system of the hydrothermal carbonate with the orthogneiss in the presence of an externally derived fluid. The reaction was started by H₂O and SiO₂ infiltration along the vein-gneiss contact. The stability of wollastonite at the above P-T conditions records an X_{CO 2}, of the fluid phase below 0.05. Chemical potential gradients of Ca, Al, Fe, Mg and probably Si between vein and gneiss resulted in diffusional mass transfer perpendicular to the vein-gneiss contact. The sequence of stable calcsilicate minerals suggests Ca diffusion from vein to gneiss, while Fe, Mg and Al were transported in the opposite direction, from gneiss to vein. It is inferred that the calcsilicates formed during Variscan post-tectonic cooling.

Zusammenfassung

Metaquarzdioritische Plagioklas-Biotit-Quarz-Gneise vom Steinbruch Artenberg bei Steinach, Schwarzwald, enthalten etwa 10 cm breite Calcit-Gänge, die von einer zonierten Kalksilikat-Vergesellschaftung teilweise ersetzt und umrandet werden. Die Kalksilikat-Gänge bestehen dann aus zwei Teilen: (a) eine zonierte Mineralsequenz aus Reaktionsprodukten im Gang selbst (Wollastonit, Granat, Klinopyroxen, Quarz mit Relikten von Calcit) und (b) eine zonierte Alterationssequenz im Nebengesteins-Gneis, die vom Gang-Gneis-Kontakt einige Zentimeter in den Gneis hinein reicht (Hornblende, Chlorit). Hornblende-Plagioklas-Thermobarometrie und Chlorit-Stabilität zeigen P-T Bedingungen während der Kalksilikat-Bildung von etwa 2 kbar und 450 °C an.

Die zonierte Mineralsequenz bildete sich bei der bi-metasomatischen Reaktion in einem offenen System von hydrothermalem Gangkarbonat mit dem Orthogneis in der Anwesenheit eines externen Fluids. Die Reaktion begann durch die Infiltration von H₂O und SiO₂ entlang des Gang-Gneis-Kontaktes. Die Stabilität von Wollastonit bei den obigen P-T-Bedingungen zeigt, daß die Fluidphase weniger als 5 Mol-% CO₂ enthielt. Chemische Potential-Gradienten von Ca, Al, Fe, Mg und möglicherweise Si führten zu diffusivem Elementtransport senkrecht zum Gang-Gneis-Kontakt. Die Abfolge der Kalksilikat-Vergesellschaftungen zeigt, daß Ca vom Gang zum Gneis, Fe, Mg und Al dagegen in umgekehrter Richtung diffundierten. Die Kalksilikate bildeten sich wahrscheinlich während der posttektonischen Abkühlung in der Folge der variskischen Orogenese.