Petrographie und Geochemie des Eckfelder Maares und von Hillscheid und die Einbindung in den Hocheifelvulkanismus

Tertiäre Vulkanite aus dem Eckfelder Maar, dem Hillscheider Diatrem und dem Hillscheid Basalt (Schlot) wurden petrologisch und geochemisch untersucht. Bis auf tonige Klasten aus dem Bohrkern des Eckfelder Maares handelt es sich bei allen weiteren Proben um undifferenzierte basische Vulkanite. Die tonigen Klasten aus dem Bohrkern müssen der ehemaligen Landoberfläche vor der Eruption des Eckfelder Maares zugerechnet werden, in dessen Krater sie während der Eruption hineingefallen sind. Bis auf die Proben des Hillscheid Basaltes sind die Proben alteriert. Die Alteration zeigt sich an der Bildung von Zeolithen und Calcitmineralisationen, die primär und sekundär gebildete Hohlräume aufgefüllt haben oder an einer vertonten Grundmasse der Proben, die daneben Mineraleinschlüsse (Spinell) und kantige Fremdgesteinsbruchstücke enthalten können. Bei den Proben mit vertonter Grundmasse handelt es sich um Palagonite, Umwandlungsprodukte aus Sideromelan (basaltischem Glas). Geochemische Analysen an Grundmassepräparaten der alterierten bis vertonten Proben zeigen, dass außer den immobilen Elementen Ti, Nb, Zr, Y alle weiteren Elemente teilweise bis vollständig abgereichert worden sind. Eine Ausnahme bildet Barium (Ba), welches z.T. in beträchtlichen Mengen in Zeolithen (Harmotom) angereichert wurde. Bei den Proben aus dem Eckfelder Maar kann die Alteration bis Vertonung der Proben alleine mit der Palagonitisierung und Verwitterung erklärt werden. Es gibt keine Hinweise auf Materialzufuhr und damit für sich anschließende hydrothermale Prozesse. Die Proben des Hillscheider Diatrem sind wesentlich geringer alteriert (glasige Grundmasse). Neuste Erkenntnisse aus einer Bohrung im Sommer 1999 im vermuteten Zentrum des Hillscheider Diatrems beschränken das Diatrem maximal auf einen kleineren Bereich im Nordosten der bisherigen Lokation. Bei der Bohrung stieß man nach 20 Meter auf Anstehendes. Im Hangschutt darüber fand man Blöcke des Hillscheid Basaltes. Eine geringere Größe der Lokation zusammen mit der geringen Alteration könnten auf deren Entstehung mit einer initialen Maarphase gefolgt von Schlackentätigkeit hinweisen. Die Schlacken könnten die ersten Ablagerungen vor Verwitterung geschützt haben. Allerdings gibt es keine Funde die eine Schlackentätigkeit belegen. Beim sogenannten 'Hillscheider Diatrem' könnte es sich aber auch um Hangschutt aus der Randbreccie des Hillscheider Basaltes handeln. Zusammen mit Bruchstücken aus dem Schlot des Hillscheid Basaltes wären die Palagonite des sogenannten 'Hillscheider Diatrem' erst in jüngster Zeit im Bereich einer Uferböschung zur Ablagerung gekommen. Dies würde allerdings das sogenannte 'Hillscheider Diatrem' in seiner Existenz in Frage stellen. Vergleiche der Proben des Hillscheid Basaltes mit basischen Hocheifelvulkaniten deuten auf kogenetische Beziehung aller Proben untereinander und ordnen die Proben des Hillscheid Basaltes geochemisch dem Hocheifelvulkanismus zu. REE- und weitere Spurenelementgehalte und auch deren Elementverhältnisse weisen für alle tertiären Eifelvulkanite gemeinsam auf Mantelschmelzen aus dem Bereich eines Granatperidotits mit niedrigen Aufschmelzgraden um ein Prozent hin. Vergleich der Elementverhältnisse hochinkompatibler Elemente im Bezug auf die Bildung mafischer Schmelzen mit primitivem Mantel deuten darauf hin, dass der Mantel im Bereich der Hocheifel verarmt ist an K, Rb, Sr und angereichert an Ba und eventuell an Nb. Ursachen für diese von typisch primären Mantelzusammensetzung abweichenden Verhältnisse könnten durch Mischungen von Mantelschmelzen mit lithosphärischem Mantel (K-Anomalie) und durch Anreicherungen mit fluiden Phasen (Ba-Anomalie) oder auch Schmelzen aus einem tieferliegenden Plume (Kelberger Hoch) verursacht worden sein. Englischer Zusammenfassung:

Tertiary volcanic rocks from the Eckfeld Maar, the Hillscheid Diatreme and from the Hillscheid Basalt are petrologically and geochemically investigated. All these rocks are undifferentiated mafic volcanic rocks, except for the clay stones from the drill-cores of the Eckfeld Maar. These clay stones must have been exposed at the surface during the Tertiary, just before the the Eckfeld Maar volcano erupted. They must have slid into the Eckfeld Maar during the eruption. All analysed samples were taken from altered rocks, except for the samples from the Hillscheid Basalt. The alteration lead to secondary mineralisation of zeolite and calcite. These minerals filled primary and secondary pore space. The alteration is also shown by the presence of a groundmass of clay minerals in some of the volcanic rocks, which, in addition, contain spinel and different amounts of angular xenoliths. These volcanic rocks with a groundmass of clay are called palagonites. They are the alteration product of sideromelane (a vitreous basalt). The groundmass of the altered samples was geochemically analysed. It appeared that the immobile elements (Ti, Nb, Zr, Y) were enriched, whereas the mobile elements were depleted (except for Ba, which was found strongly enriched in the zeolites). In case of the Eckfeld Maar samples it was shown that the alteration was caused by palagonitisation and by weathering. There is no indication for a supply of material from elsewhere, e.g., by hydrothermal processes. The presence of remnants of a glassy groundmass in the samples taken from the Hillscheid Diatreme indicates that alteration was much less important here. In summer 1999 a borehole was drilled in the assumed centre of the Hillscheid Diatreme and it appeared that the assumed extension of the diatreme was too large. It had to be restricted to a smaller area in the northeast of the actual location. At a depth of 20 m, solid bedrocks were encountered. In the sediments lying above the solid bedrocks blocks from the Hillscheid Basalt were found. Taking into account the smaller size of the diatreme together with the lower degree of alteration of the volcanic rocks, it was suggested that an initial maar phase was followed by the deposition of scoriae. These scoriae should have covered and protected the rocks against intensive alteration, but their are no remnants of such scoriae. Alternatively, the rocks from the Hillscheid Diatreme could also belong to a rim-breccia surrounding the Hillscheid Basalt. Like the blocks from the Hillscheid Basalt, the rocks of the Hillscheid Diatreme could represent relatively recent talus deposits. This would imply that the 'Hillscheid Diatreme' is not the remnant of a former volcanically active centre. Comparison of the samples from the Hillscheid Basalt with other basic volcanic rocks from the Tertiary volcanic field of the Eifel shows good geochemical correlation. This indicates that the samples of the Hillscheid Basalt belong to the Tertiary volcanic field. REE- and trace element contents as element relations indicate that all Tertiary volcanic rocks originate from the same source, i.e. from a garnet-bearing peridotite by melt generation of about one percent. The comparison of the element relations of the highly incompatible elements during melt generation shows that the mantle from which the Tertiary volcanic rocks from the Eifel were generated, is depleted in K, Rb, Sr and enriched in Ba and Nb. These anomalies suggest that the magma originated not only from the primitive mantle, but possibly also (i) from the lithospheric mantle (K-anomaly), (ii) from a metasomatised mantle by fluids (Ba-anomaly), or (iii) from a mantle infuenced by a deeper situated plume (Kelberger Hoch).