Geowissenschaftliche Madeira Exkursion

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Die Geologie Madeiras (2019)

Thema gewählt von Tjark Peters

Madeira ist eine portugiesische Vulkaninsel im Atlantik, welche zum Madeira-Archipel gehört. Die Inselgruppe liegt auf der afrikanischen Platte und ist 737 Kilometer von der afrikanischen Küste entfernt. Die Vulkaninsel Madeira ist die Größte der Inselgruppe mit einer Fläche von 728 Quadratkilometern.

Zusammen mit Porto Santo, den unbewohnten Inselgruppen Ilhlas Desertas und Ilhlas Selvagens wird die Autonome Region Madeira mit Funchal als Hauptstadt gebildet.

Funchal stellt den Ausgangspunkt unserer täglichen Erkundungstouren über die Insel dar.

Entstehung

Madeira ist eine, geologisch gesehen, junge Vulkaninsel. Ihre Entstehung begann erst vor ungefähr 5 Millionen Jahren (Ma) und endete vor 6450 Jahren. Dies konnte exakt bestimmt werden, da in einigen Gesteinen Holzkohlestücke entdeckt worden sind, sodass die Radiokarbonmethode angewandt werden konnte. Die Entstehung ist an ihre Nachbarinsel Desertas gekoppelt und lässt sich in vier Hauptphasen einteilen:

  • Shield Stage
    • Early Madeira Rift Phase: EMRP (>4,6-3,9 Ma): Entstehung submariner Basis und ältester subaerialer Gesteine durch explosiven Vulkanismus am Übergang vom Unterwasservulkan zur Vulkaninsel
    • Desertas Rift Phase: DRP (3,6-3,2 Ma): Verschiebung des Vulkanismus vom Madeira Rift zum Desertas Riftarm
    • Late Madeira Rift Phase: LMRP (3,0-0,7 Ma): Verschiebung der vulkanischen Aktivität zurück zum Madeira Rift und hauptsächlich effusiver Vulkanismus
  • Post Erosional Stage
    • Post Erosional Phase: PE (<0,7 Ma): Nach Einsetzen der Erosion gab es nur noch vereinzelte Ausbrüche auf der Insel
Abb. 1: Bathymetrie und geologische Karte Madeiras

Durch die verschiedenen, vulkanischen Phasen hat es die Insel in der Zentralregion zu einer Höhe von 1.862 Metern am Picu Ruivo geschafft. Es fällt auf, dass die Bathymetrie rund um Madeira und seinen Nachbarinseln sehr schnell bis auf 4.000 Meter abfällt.

Das steht im Zusammenhang damit, dass der Madeira Vulkankomplex durch einen Hot-Spot entstanden ist. Dies erklärt zum einen, dass Porto Santo, Madeiras Nachbarinsel, älter ist, da aufgrund der Bewegungsrichtung der afrikanischen Platte alle älteren Vulkanbauten im Nordosten Madeiras liegen müssen. Dazu passt, dass die Hot-Spot-Spur der kanarischen Inseln einen sehr ähnlichen Verlauf hat.

Durch die Verschiebung des Vulkanismus zum Desertas-Riftarm in der Entstehungsphase geht man von einem zweiarmigen Vulkansystem aus. Der Madeira-Riftarm und der Desertas-Riftarm schneiden sich östlich der São Lourenço -Halbinsel in einem 110 Grad Winkel. Zudem gibt es noch den Funchal-Rücken, dieser wurde von dem deutschen Forschungsschiff Meteor bei der Fahrt M51/1 entdeckt. Der ozeanische Rücken ist 50 km lang und erstreckt sich südlich Funchals in Richtung Süden. Die Gesteinsproben, die dort entnommen wurden, sind sehr jung, daher wird vermutet, dass der Rücken immer noch aktiv sein könnte.

Abb. 2: Übersichtskarte Atlantikinseln

Nachfolgend ist die Entwicklung Madeiras von einem Unterwasservulkan zu einer Vulkaninsel vereinfacht dargestellt. Hierbei ist interessant, dass es zur Riffbildung kommt, während der Vulkankomplex gerade eben die Wasseroberfläche durchbrochen hat. Diese Riffe wurden mit der fortschreitenden Entwicklung der Vulkaninsel in die Höhe gehoben. Auf Madeira gibt es Riffgestein in 475 Meter Höhe.

Abb. 3: Vereinfachte Darstellung von Madeiras Entstehung

Da es sich um ozeanischen Intraplattenvulkanismus handelt, ist die Magmenzusammensetzung davon auch beeinflusst. So gibt es verschiedene Faktoren, die eine Rolle spielen:

  • Alter der ozeanischen Platte und chemische Alteration dieser
  • Sedimentauflage auf der Platte, denn durch Aufschmelzung dieser wird auch direkt Einfluss auf die chemische Zusammensetzung des Magmas genommen
  • Herkunft des aufsteigenden Mantelmaterials; hier angereicherter
    an Alkali-Gehalten gegenüber dem SiO2-Gehalt, da es mit einem Manteldiapir aus tieferen Regionen des Mantels kommt

Abb.4: TAS-Diagramm von madeirischen, vulkanischen Gesteinen

Dies führt dazu, dass man von einer alkalinen Magmenserie spricht. Das ist das Resultat aus der Einordnung der madeirischen, vulkanischen Gesteine in ein Total-Alkali-Silica-Diagramm.

Madeiras Gesteine

Überwiegend besteht Madeira aus magmatischen, vulkanischen Gesteinen. Gemäß der Tatsache, dass es sich um einen alkalinen Magmatismus handelt, treten ultrabasische bis intermediäre Gesteine auf. Genauer gesagt treten verschiedene Basalte, Basanite und Trachyte auf. Zusätzlich gibt es häufige Ablagerungen von pyroklastischen Strömen. Es gibt aber auch Ausnahmen, so befindet sich auf Madeira auch plutonisches Gestein in Form von Gabbros. Das beweist die Existenz fraktionierter Kristallisation kleiner Mengen Magma in dem Vulkankomplex. Die Gesteinsvielfalt beschränkt sich nicht nur auf magmatische Gesteine, sondern es existiert auch sedimentäres Gestein auf Madeira. Zum Beispiel gibt es das Riffgestein aus Kalkstein, indem auch einige Fossile erhalten sind. Es treten aber auch Sedimentablagerungen direkt an der Küste auf, welche meist von den Klippen direkt an der Küste stammen. Sedimentablagerungen treten auch in Form von grobkörnigem schwarzen Sand in den Mündungen von Flüssen auf. Außerdem gibt es eine kleine Anzahl an Sandstränden und Dünen, diese sind bei früherem, niedrigem Meeresspiegel entstanden, in Ponta de São Lourenço im Osten der Insel.

  • Abb. 5: Fossilierter Kalkstein mit Korallenfragmenten
  • Abb. 6: pyroklastische, chaotische Ablagerungen
  • Abb. 7: Mugearitischer Lavafluss (Trachy-Andesit) über metrischen Sedimentlagen
  • Abb. 8: erstarrte, prismatische Basaltsäulen

Die Verteilung dieser Gesteine auf Madeira teilt sich wie folgt auf. Beta-1 entspricht der EMRP (Early Madeira Rift Phase) und stellt somit die ältesten Gesteine dar. Hierbei handelt es sich vorwiegend um vulkanische Brekzien und pyroklastische Ablagerungen. Diese sind im Zentralbereich und im Osten Madeiras zu finden. Die Einheiten Beta 2-4 fassen die Gesteine der LMRP (Late Madeira Rift Phase) zusammen. Es handelt sich um alkalische Basaltlavaflüsse, welche teilweise von ganzen Schwärmen von Dikes durchzogen sind und den größten Teil der Insel bedecken. Teilweise wird eine Mächtigkeit von mehr als 500 Metern erreicht. Die Gesteine, welche zuletzt in der PE-Phase (Post-Erosional-Phase) entstanden sind, wurden als Beta 5 und 6 zusammengefasst. Nur an vereinzelten Lokalitäten im Norden sowie Nordwesten sind sie zu finden. Dabei handelt es sich hauptsächlich um Intra-Canyon-Ströme und Schlackenkegel.

  • Abb. 9: Vereinfachte geologische Karte von Madeira

Geomorphologie

Da es sich um eine sehr junge Insel handelt, ist das Landschaftsbild auch dementsprechend geprägt. Durchweg dominant ist die schroffe Landschaft Madeiras, da die Erosion erst seit einem geologisch kurzen Zeitraum wirkt. Hinweise dafür sind unter anderem die madeirischen Flüsse, da diese meist sehr gradlinig verlaufen. Dies gilt als ein Hinweis für das junge Alter Madeiras, da Flüsse, je länger sie fließen, anfangen zu mäandrieren.

Die Geomorphologie wird in zwei Haupteinheiten unterteilt, einmal die Küstenlinie und das zentrale, vulkanische Massiv im Inselinneren. Der Zentralbereich wird in ein östliches und ein westliches Massiv aufgeteilt. Aufgrund der Lage der Basaltschichten und der Ablagerungen der pyroklastischen Ströme bilden sich, auch durch die unterschiedliche Verwitterungsbeständigkeit bedingt, unterschiedliche Morphologien aus. Prägend für das östliche Massiv sind mehrere Gipfel und dazwischen liegende Täler. An einigen Stellen fallen die Hänge fast vertikal ein. Außerdem durchziehen viele Basaltgänge und Schlackenkegel das Gelände. Das westliche Massiv hingegen wird durch ein großes Hochplateau, Paul da Serra, auf 1.300 – 1.500 Meter über dem Meeresspiegel geprägt.

Madeiras Küstenlinie ist bekannt für ihre steilen Klippen. Die Küstenlinie ist, bis auf den Osten Madeiras, fast durchgängig sehr steil. Die steilsten Klippen liegen im Norden und Westen der Insel. Bei Cabo Girão gibt es eine der höchsten Steilklippen Europas, denn an dieser Stelle ist die Klippe 580 Meter hoch.

  • Abb. 10: herausgewitterte Basaltsäulen
  • Abb. 11: Östliches Massiv, Blick auf Curral das Freiras
  • Abb. 12: Typische Küste Madeiras
  • Abb. 13: Ausblick auf São Vicente vom Paul da Serra Plateau

Quellenverzeichnis

Literaturverzeichnis

  • Geldmacher, J., et al., 2000. The 40Ar/39Ar age dating of the Madeira Archipelago and hotspot track (eastern North Atlantic). Geochem. Geophys. Geosyst., 1, 1008.
  • Geldmacher, J., et al., 2005. New 40Ar/39Ar age and geochemical data from seamounts in the Canary and Madeira volcanic provinces: Support for the mantle plume hypothesis. Earth and Planetary Science Letters 237, 85-101.
  • Ribeiro, L. et al., 2010. A geological tour of the Archipelago of Madeira
  • Schwarz, S., et al., 2004. Melt extraction pathways and stagnation depths beneath the Madeira and Desertas rift zones (NE Atlantic) inferred from barometric studies. Contrib Mineral Petrol 147, 228-240
  • http://madeiraislands.net/geology/the-origin-of-madeira-island/
  • https://de.wikipedia.org/wiki/Madeira
  • https://de.wikipedia.org/wiki/Autonome_Region_Madeira
  • https://en.wikipedia.org/wiki/Benmoreite

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Abbildungsverzeichnis

  1. Schwarz, S., et al., 2004. Melt extraction pathways and stagnation depths beneath the Madeira and Desertas rift zones (NE Atlantic) inferred from barometric studies. Contrib Mineral Petrol 147, 229.
  2. Geldmacher, J., et al., 2000. The 40Ar/39Ar age dating of the Madeira Archipelago and hotspot track (eastern North Atlantic) S.2.
  3. http://madeiraislands.net/geology/the-origin-of-madeira-island/
  4. Schwarz, S., et al., 2004. Melt extraction pathways and stagnation depths beneath the Madeira and Desertas rift zones (NE Atlantic) inferred from barometric studies. Contrib Mineral Petrol 147, 230.
  5. Ribeiro, L. et al., 2010. A geological tour of the Archipelago of Madeira S.35.
  6. Ribeiro, L. et al., 2010. A geological tour of the Archipelago of Madeira S.40.
  7. Ribeiro, L. et al., 2010. A geological tour of the Archipelago of Madeira S.42.
  8. Ribeiro, L. et al., 2010. A geological tour of the Archipelago of Madeira S.41.
  9. Ribeiro, L. et al., 2010. A geological tour of the Archipelago of Madeira S.36-37.
  10. https://ausreisserin.de/laender/portugal/madeira/madeira-wandern-1/
  11. Ribeiro, L. et al., 2010. A geological tour of the Archipelago of Madeira S.13.
  12. Ribeiro, L. et al., 2010. A geological tour of the Archipelago of Madeira S.17.
  13. https://ausreisserin.de/laender/portugal/madeira/madeira-wandern-1/

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