Das Grundgebirge in Süd-Ägypten: strukturelle Entwicklung und Bodenbildung unter vollariden Bedingungen

Die Grundgebirgsaufschlüsse Süd-Ägyptens - Bir Safsaf, Gebel el Asr, Gebel Umm Shaghir - sind Teil der großen, E-W streichenden Gebel -Uweinat/Bir-Safsaf /Assuan-Schwelle. Die dort aufgeschlossenen präkambrischen Gesteine sind im wesentlichen migmatische Gneise und Granitoide, untergeordnet kommen Metasedimente sowie mafische und alkaline Intrusivgesteine vor. Die metamorphen Grundgebirgsgesteine sind das Hauptobjekt der vorliegenden interdisziplinären Arbeit. Es wird ihre tektonische Entwicklung rekonstruiert sowie die Verwitterung und Bodenbildung auf diesen Gesteinen unter den herrschenden voll-ariden Klimabedingungen. Mit Hilfe von makroskopischen Strukturmessungen im Gelände und mikroskopischen Studien – incl. Universaldrehtischmessungen und Mikrosondenuntersuchungen - konnten die drei Grundgebirgsaufschlüsse als Teile einer strukturellen Einheit identifiziert werden, die dem Ostsahara-Kraton zugehörig sind. Während ihrer tektonischen Entwicklung durchliefen die Gesteine mehrere Deformations- und Metamorphose-Stadien: Eine Granul itfaziesmetamorphose war als ältestes Metamorphoseereignis reliktisch in Kalksilikaten des Gebel -Umm-Shaghir-Gebietes nachweisbar. Während des Pan-Afrikan fand zunächst eine Migmatisierung statt, verbunden mit einer Plane-Strain-Deformation, die einen E-W bis NW-SE gerichteten Lagenbau und eine + horizontale NE-SW streichende Streckungsrichtung erzeugte. Im Anschluß an das Haupt-Migmatisierungsereignis fand eine offene Wellung um eine Achse parallel der Streckungsrichtung statt, die jedoch kaum Deformation im Mikrogefüge erzeugt hat. Nach der Migmatisierung fand als neues Deformationsereignis eine Mylonitisierung statt, die nur die Gebiete Gebel el Asr und Gebel Umm Shaghir betroffen hat. Die Mylonitisierung begann bei Temperaturen um 500°C und endete bei etwa 300°C. Sie erzeugte NW-SE streichende, relativ flache Scherflächen und eine NW-SE liegende flache Streckungsrichtung senkrecht zur NE-SW gerichteten Uberschiebungsrichtung. Das Strainellipsoid dieser Plane-Strain-Deformation lag somit senkrecht zu dem des Migmatit-Deformationsereignisses. Möglicherweise gegen Ende der Mylonitisierung fand eine grünschieferfazielle Überprägung der Gesteine ohne nennenswerte Deformation bei Temperaturen um 200-400°C und Drucken von 0.3-0.5 Gpa statt. Die Bildung der heute vorhandenen Böden des Bir-Safsaf-Gebietes fand im Verlaufe der letzten 11000 Jahre statt. Die Prozesse, die dabei stattgefunden haben, wurden mit geochemischen und petrographischen Methoden untersucht; es handelt sich dabei sowohl um physikalische als auch um chemische, kaum jedoch biologische Prozesse der Mineralum- und neubildung, sowie der Ausbildung des Bodengefüges. Als physikalische Prozesse sind vor allem Temperatursprengung, mechanische Zerkleinerung von Material und die Auswirkungen der Dehnung und Schrumpfung auf die Bodenstruktur zu nennen. Das zu Schluff zerkleinerte Material wurde zu einem großen Teil mit dem Wind ausgeblasen, teilweise bis über 50% der Ausgangssubstanz. Das Maximum der physikalischen Verwitterung, wobei es sich um rezente und unter den heutigen extrem ariden Klimabedingungen entstandene Prozesse handelt, liegt in den oberen Horizonten der Böden. Demgegenüber liegt das Maximum der chemischen Verwitterung in den Unterböden, und die Prozesse sind zum größten Teil während feuchterer, aber trotzdem arider Klimaphasen abgelaufen, die es in der Zeit zwischen 11000 bis 3500 BP gab. Während der chemischen Verwitterung bildeten sich die Minerale des Ausgangsgesteins um zu pedogenen Neubildungen wie Karbonaten, Gips, leichtlöslichen Salzen, pedogenen Oxiden und Tonmineralen. Smectit und Kaolinit sind die dominierenden Tonminerale, das Maximum der Smectite liegt in den Unterböden. In einigen Profilen mit Muldenlage bildeten sich Kalk-, Gips- und/oder Salz-Anreicherungshorizonte, wozu teilweise mehr Material angeliefert und umgelagert werden mußte, als aus der Mineral Verwitterung verfügbar war. In den Profilen mit Kuppenlage wurde dagegen wesentlich mehr Material abgeführt, als in den heute vorhandenen neugebildeten Mineralen wieder gebunden ist. Die Betrachtung der Substanz-, Mineral- und Elementbilanzen und der geochemische und mineralogische Vergleich der Böden mit dem migmatischen Gneis lassen den Schluß zu, daß die beprobten und bearbeiteten Böden miteinander vergleichbar und autochthon aus dem migmatischen Gneis entstanden sind. Aufgrund der zahlreichen für aride Klimabedingungen typischen Merkmale lassen sich diese Böden eindeutig als Wüstenböden charakterisieren.

The Bir Safsaf-Assuan uplift is the eastern part of the large E-W striking Gebel Uweinat-Bir Safsaf-Assuan uplift. The three major basement inliers are the Bir Safsaf, Gebel el Asr and Gebel Umm Shâghir complexes. Dominating rock types are migmatic gneisses and granitic rocks with small amounts of metasediments and mafic and alcaline intrusive rocks. The metamorphic basement outcrops are the main topic of this thesis. The tectonic development of the rocks as well as their weathering and the formation of soils under the prevailing, extremely arid conditions were investigated. Structural field data and microscopic investigations - including universal-stage-measurements and microprobe analysis - showed that the three basement inliers belong to one structural unit and are part of the East-Saharan Craton. During their tectonic development, they experienced several stages of deformation and metamorphism: A granulite facies metamorphism was the oldest metamorphic event and could be found in relics in calcsilicate rocks of the Gebel Umm Shâghir area. It was followed by migmatization together with a plane strain deformation which caused an E-W to NW-SE directed layering and a ± horizontal NE-SW striking stretching direction during the panafrican. An open folding around axes parallel to this stretching direction followed the main migmatization event, but caused no remarkable deformation in the microfabric. The next deformational event was a mylonitization, that was found only in the Gebel el Asr and Gebel Umm Shâghir areas. The mylonitization began at temperatures of about 500°C and finished at 300°C. It caused flat lying NW-SE striking shear planes and a NW-SE horizontal stretching direction perpendicular to the NE-SW direction of transport. The strain ellipsoid of this plane strain deformation was perpendicular to that of the migmatite deformation. Probably at the end of the mylonitization a greenschist facies overprint affected the rocks at temperatures of 200-400°C and pressures of 0.3-0. 5 Gpa but without any remarkable deformation. The soils of the Bir Safsaf region were investigated geochemically and petrographically. Their development took place during the last 11000 years by physical and chemical - hardly biological - weathering processes, which caused alteration and new formation of minerals and the development of the soil structure. The physical processes were mainly temperature cracking, mechanical grinding and permanent change of expansion and shrinking. A great part of the material - sometimes more than 50% of the original rock mass - was ground into silt and transported with the wind. The physical processes are supposed to be recent and they took place under extremely arid conditions, which are prevailing today. The maximum of physical weathering lies in the upper horizons of the soil profiles. In contrast to these processes the maximum of the chemical weathering lies in the subsoil and developed under slightly more humid, but still arid conditions in the time between 11000-3500 BP. In the course of chemical weathering, the minerals of the original rock were transformed into pedogenic minerals like carbonates, gypsum, soluble salts, pedogenic oxides and clay minerals. The dominating clay minerals are smectite and kaolinite, the maximum of the smectite formation lies in the subsoil. In the profiles situated in small depressions enrichments of carbonate, gypsum or salt were formed in the subsoil, and sometimes a greater amount of material was transported and redeposited for their formation, than was available from the weathering of the original minerals. In contrast profiles on the hilltops lost most of their material and only a part of it was fixed in pedogenic minerals. From the balance of soil mass, minerals and elements as well as the geochemical and mineralogical comparison of the soils with the migmatic gneiss it can be concluded that the investigated soils developed autochthonously from the gneisses. Many characteristic features, that are typical for arid conditions, identify the soils as real desert soils.