Kaiserstuhl

Il complesso vulcanico di Kaiserstuhl

Il complesso vulcanico di Kaiserstuhl (Fig.1) è situato all’interno del graben del Reno (Germania meridionale), ed è una d (elle numerose manifestazioni del vulcanismo Terziario e Quaternario che ha caratterizzato la zona centro orientale dell’Europa. Il nome "Kaiserstuhl" (sedia dell’imperatore) commemora il luogo in cui era situato il tribunale a cielo aperto dell’imperatore Carolingio Otto III nel 994.

Il complesso vulcanico di Kaiserstuhl rappresenta un laboratorio geologico naturale di notevole interesse scientifico, ed è stato oggetto di prolungati studi fin dal 1800. Il complesso ha una forma vagamente ellittica (16 x 12 km) e copre un’area di circa 92 km². L’attività vulcanica di Kaiserstuhl è iniziata nel Miocene, circa 18-13 Ma fa; le principali litologie che caratterizzano il complesso sono nefeliniti a olivina, basaniti (comprese le limburgiti), essexiti, fonoliti, rari dicchi lamproitici a melilite (bergaliti) e carbonatiti estrusive (alvikiti) e plutoniche (söviti). Le varie litologie che caratterizzano il complesso derivano, secondo molti autori, da due distinti magmi parentali (Keller 1984, 2001; Schleicher et al. 1991):

1. Un magma olivin-nefelinitico, riscontrato nelle rocce che affiorano a Limberg, vicino Sasbach (Fig.1), che avrebbe generalo per processi di differenziazione le basaniti (limburgiti), le rocce melilite (bergaliti) e le carbonatiti.

2. Un magma basanitico, contaminato da materiale crostale, che avrebbe generalo, a seguito di processi di differenziazione, due serie distinte di rocce: una serie tefritica (Wimmenauer 1957, 1959a; Kim 1985) costituita da tefriti a leucite e olivina e tefriti fonolitiche. La continua differenziazione avrebbe poi generato una serie fonolitica Wimmenauer 1962), costituita da fonoliti, sieniti a nefelina e dicchi leucocratici.

La deposizione alternata, di rocce tefritiche e fonolitiche, testimonierebbe la contemporanea attività di questi due sistemi magmatici distinti. (Wimmenauer 1962).

Fig.1. a) carta geologica del complesso di Kaiserstuhl; b) profilo geologico schematica del graben del Reno. Immagine modificata da Walter, B. F et., al (2016).

Due terzi di tutte le rocce, che attualmente affiorano a Kaiserstuhl sono rappresentate da colate laviche e rocce piroclastiche; si hanno poi rare brecce vulcaniche e rocce intrusive (comprese le carbonatiti). La maggior parte delle colate laviche ha uno spessore medio inferiore a 10 m, ed estensione molto limitata; Tuttavia, alcune rare colate, come quella di Limberg, hanno un’estensione chilometrica e uno spessore fino a 50 m. Le rocce della serie tefritica (e i loro equivalenti intrusivi), formano la maggior parte delle rocce del complesso.

Evoluzione del complesso di Kaiserstuhl

Keller (1984) ha schematizzato l’attività magmatica di Kaiserstuhl nel seguente modo: 1. L’attività vulcanica iniziò circa 17-18 Ma fa con la formazione un vasto, e complesso cono tefritico. Le colate emesse da questo cono ricoprirono le pianure alluvionali circostanti. L’attività tefritica si protrasse per tutta la storia magmatica del complesso.

2. Messa in posto di intrusioni tefritiche (prevalentemente sieniti a nefelina) all’interno dell’edificio vulcanico. Formazione delle brecce vulcaniche, i cui condotti successivamente, furono sfruttati dalle carbonatiti (Sigmund 1996).

3. Messa in posto, nella zona centrale del complesso, delle rocce carbonatitiche.

4. L’attività magmatica terminò con la formazione di un cono satellite, nella zona di Limberg, con la formazione di nefeliniti a olivina, limburgiti e in fine tefriti.

I processi magmatici che hanno portato alla formazione delle carbonatiti di Kaiserstuhl non sono del tutto chiari, e sono fonte di accesi dibattiti scientifici. Secondo gli studi condotti da Schleicher et al. (1990), sembra esserci un legame tra le carbonatiti e le rocce della serie fonolitica; anche le rare bergaliti sono considerate strettamente legate alla carbonatiti. Queste rare rocce sono i prodotti più frazionati dell’intero complesso (hanno basso Mg, e alti contenuti in P, Nb, Sr, Ba, Y e REE, con un rapporto Na₂O/K₂O >1).

Carbonatiti

Le carbonatiti di Kaiserstuhl possono essere suddivise e distinte in base alle caratteristiche petrografiche e giaciturali:

1. Carbonatiti a grana medio grossa (söviti) si rinvengono in corpi subvulcanici al centro del complesso vulcanico. Hanno un’estensione di circa 1 km².

2. Dicchi di alvikiti, generalmente spessi meno di 1 m (ma di solito spessi qualche centimetro). Alcuni di questi dicchi presentano una tessitura porfirica.

3. Carbonatiti vulcaniche con caratteristiche simili ai dicchi alvikitici. Si ha inoltre la presenza di depositi di lapilli e di lacrime di pelee (unico caso in un contesto carbonatitico).

Le carbonatiti di Kaiserstuhl sono costituite da una paragenesi fondamentale data da calcite, magnetite, apatite. Si hanno inoltre rare vene carbonatitiche tardive costituite da dolomite e ankerite. I minerali accessori più comuni sono: koppite (varietà di pirocloro), forsterite, augite, granato melanite, Nb-perovskite, zirconolite, baddeleyite, zircone, flogopite e Ba-flogopite.

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Affioramento delle carbonatiti di Schelingen. Immagine tratta La lithothèque

Carbonatiti di Schelingen. Immagine tratta La lithothèque

Carbonatite (alvikite). Badberg. Immagine tratta Sand Atlas

Lapillistone con lapilli carbonatitici. Immagine tratta James St. John

Limburgite. Immagine tratta Geologische Streifzüge

Limburgite con vescicole riempite da zeoliti (philipsite). Immagine trattaMineral forum.

Breccia vulcanica. Immagine tratta Geologische Streifzüge

Tefrite con vescicole riempite da zeoliti. Immagine tratta da Geologische Streifzüge

Bibliografia

Le informazioni contenute in questa pagina sono tratte da:
• Ulianov, A., Müntener, O., Ulmer, P., & Pettke, T. (2007). Entrained macrocryst minerals as a key to the source region of olivine nephelinites: Humberg, Kaiserstuhl, Germany. Journal of Petrology, 48(6), 1079-1118.
• Walter, B. F., Marks, M. A. W., & Markl, G. (2016). The Kaiserstuhl natural laboratory-an introduction and first results. Abstract Malawi Expert Council.
• Weisenberger, T. B., Spürgin, S., & Lahaye, Y. (2014). Hydrothermal alteration and zeolitization of the Fohberg phonolite, Kaiserstuhl Volcanic Complex, Germany. International Journal of Earth Sciences, 103(8), 2273-2300.
• Weisenberger, T., & Spuergin, S. (2009). Zeolites in alkaline rocks of the Kaiserstuhl Volcanic Complex, SW Germany–new microprobe investigation and the relationship of zeolite mineralogy to the host rock. Geologica Belgica