Authors:	Cornelius, Nina Kaarina
Title:	UHP metamorphic rocks of the Eastern Rhodope Massif, NE Greece: new constraints from petrology, geochemistry and zircon ages
Online publication date:	22-Apr-2009
Year of first publication:	2009
Language:	english
Abstract:	In this PhD thesis, a multidisciplinary study has been carried out on metagranitoids and paragneisses from the Eastern Rhodope Massif, northern Greece, to decipher the pre-Alpine magmatic and geodynamic evolution of the Rhodope Massif and to correlate the eastern part with the western/central parts of the orogen. The Rhodope Massif, which occupies the major part of NE Greece and S Bulgaria, represents the easternmost part of the Internal Hellenides. It is regarded as a nappe stack of high-grade units, which is classically subdivided into an upper unit and a lower unit, separated by a SSE-NNW trending thrust plane, the Nestos thrust. Recent research in the central Greek Rhodope Massif revealed that the two units correspond to two distinct terranes of different age, the Permo-Carboniferous Thracia Terrane, which was overthrusted by the Late Jurassic/Early Cretaceous Rhodope Terrane. These terranes are separated by the Nestos suture, a composite zone comprising metapelites, metabasites, metagranitoids and marbles, which record high-pressure and even ultrahigh-pressure metamorphism in places. Similar characteristic rock associations were investigated during this study along several well-constrained cross sections in vincity to the Ada, Sidiro and Kimi villages in the Greek Eastern Rhodope Massif. Field evidence revealed that the contact zone of the two terranes in the Eastern Rhodope Massif is characterized by a mélange of metapelites, migmatitic amphibolites/eclogites, strongly sheared orthogneisses and marbles. The systematical occurrence of this characteristic rock association between the terranes implies that the Nestos suture is a continuous belt throughout the Greek Rhodope Massif. In this study, a new UHP locality could be established and for the first time in the Greek Rhodope, metamorphic microdiamonds were identified in situ in their host zircons using Laser-Raman spectroscopy. The presence of the diamonds as well as element distribution patterns of the zircons, obtained by TOF-SIMS, indicate metamorphic conditions of T > 1000 °C and P > 4 GPa. The high-pressure and ultrahigh-pressure rocks of the mélange zone are considered to have formed during the subduction of the Nestos Ocean in Jurassic times at ~150 Ma. Melting of metapelitic rocks at UHP conditions facilitated the exhumation to lower crustal levels. To identify major crust forming events, basement granitoids were dated by LA-SF-ICPMS and SHRIMP-II U-Pb analyses of zircons. The geochronological results revealed that the Eastern Rhodope Massif consists of two crustal units, a structurally lower Permo-Carboniferous unit corresponding to the Thracia Terrane and a structurally upper Late Jurassic/Early Cretaceous unit corresponding to the Rhodope Terrane, like it was documented for the Central Rhodope Massif. Inherited zircons in the orthogneisses from the Thracia Terrane of the Eastern Rhodope Massif indicate the presence of a pre-existing Neoproterozoic and Ordovician-Silurian basement in this region. Triassic magmatism is witnessed by the zircons of few orthogneisses from the easternmost Rhodope Massif and is interpreted to be related to rifting processes. Whole-rock major and trace element analyses indicate that the metagranitoids from both terranes originated in a subduction-related magmatic-arc environment. The Sr-Nd isotope data for both terranes of the Eastern and Central Rhodope Massif suggest a mixed crust-mantle source with variable contributions of older crustal material as already indicated by the presence of inherited zircons. nGeochemical and isotopic similarity of the basement of the Thracia Terrane and the Pelagonian Zone implies that the Thracia Terrane is a fragment of a formerly unique Permo-Carboniferous basement, separated by rifting and opening of the Meliata-Maliac ocean system in Triassic times. A branch of the Meliata-Maliac ocean system, the Nestos Ocean, subducted northwards in Late Jurassic times leading to the formation of the Late Jurassic/Early Cretaceous Rhodope magmatic arc on remnants of the Thracia Terrane as suggested by inherited Permo-Carboniferous zircons. The ~150 Ma zircon ages of the orthogneisses from the Rhodope Terrane indicate that subduction-related magmatism and HP/UHP metamorphism occurred during the same subduction phase. Subduction ceased due to the closure of the Nestos Ocean in the Late Jurassic/Early Cretaceous. The post-Jurassic evolution of the Rhodope Massif is characterized by the exhumation of the Rhodope core complex in the course of extensional tectonics associated with late granite intrusions in Eocene to Miocene times. Für diese Dissertation wurden Metagranitoide und Paragneise aus dem östlichen Rhodope Massiv in Nordgriechenland untersucht, um ihre prä-alpine magmatische und geodynamische Entwicklung zu entschlüsseln und den östlichen Teil des Gebirges mit dem westlichen/zentralen Teil zu korrelieren. Das Rhodope Massiv stellt den nordöstlichsten Teil der Internen Helleniden dar und nimmt den größten Teil Nordost-Griechenlands und Süd-Bulgariens ein. Es ist aus hochgradig metamorphen Decken aufgebaut und wird im klassischen Sinne in eine untere und obere lithologische Einheit unterteilt, die durch die SSE-NNW verlaufende Nestos Überschiebung voneinander abgegrenzt sind. Neueren Forschungsergebnissen im zentralen Teil des griechischen Rhodope Massivs zufolge sind diese beiden Einheiten zwei verschiedenen Krustenblöcken verschiedenen Alters zuzuordnen. Das permo-karbonische Thracia Terrane wurde vom spät-jurassischen/früh-kretazischen Rhodope Terrane überschoben. Die Nestos Sutur, welche die Terranes voneinander abgrenzt, setzt sich aus einer Vielzahl von verschiedenen Gesteinstypen zusammen, insbesondere aus Metapeliten, Metabasiten, Metagranitoiden und Marmoren. Diese Gesteine haben eine Hochdruck-Metamorphose (HP) erfahren und in seltenen Fällen sind Indikatoren für eine Ultrahochdruck-Metamorphose (UHP) erhalten. Für die vorliegende Dissertation wurden Geländeprofile untersucht, die eine ähnliche Gesteinsparagenese zeigen. Diese Profile liegen in der Nähe der Orte Ada, Sidiro und Kimi im östlichen Rhodope Massiv Griechenlands. Die Geländebeobachtungen belegen, daß die Kontaktzone der beiden Terranes durch eine charakteristische Gesteinsassoziation aus Metapeliten, migmatitischen Amphiboliten/Eklogiten, gescherten Orthogneisen und Marmoren besteht. Das systematische Vorkommen dieser Gesteinsassoziation deutet darauf hin, daß die Nestos Sutur ein durchgehender Gürtel durch das Rhodope Massiv ist. Mittels Ramanspektroskopie konnten metamorphe Mikrodiamanten in situ in Zirkonen zweier Metapelitproben nachgewiesen und somit eine neue UHP-Lokalität im griechischen Rhodope Massiv etabliert werden. Die Diamanteinschlüsse in den Zirkonen sowie TOF-SIMS Elementverteilungsbilder selbiger Zirkone deuten auf Temperaturen von T > 1000 °C and Drücke von P > 4 GPa hin. Die HP- und UHP-Metamorphose der Metapelite erfolgte während der Subduktion des Nestos Ozeans im Jura um ca. 150 Ma. Schmelzprozesse der metapelitischen Gesteine im UHP-metamorphen Bereich ermöglichten eine Exhumierung der Gesteine bis in die untere Kruste. Durch LA-SF-ICPMS und SHRIMP-II U-Pb Datierungen von Zirkonen wurden zwei magmatische Hauptereignisse identifiziert, wie es schon für den zentralen Teil des griechischen Rhodope Massivs nachgewiesen werden konnte. Die strukturell untere Einheit ist permo-karbonischen Alters und entspricht dem Thracia Terrane, während die strukturell obere Einheit spät-jurassischen/früh-kretazischen Alters ist und dem Rhodope Terrane entspricht. Die Edukte der Orthogneise beider Terranes konnten durch Haupt- und Spurenelementgeochemie als subduktionsbezogene vulkanische-Bogen-Granitoide klassifiziert werden. Untersuchungen zur Sr und Nd Gesamtgesteinsisotopie dieser Orthogneise ergaben, daß die Magmenquelle einen Mischcharakter aus Mantel und Kruste hatte und in unterschiedlichem Maß von einer älteren Krustenkomponente beeinflußt wurde. Diese ältere Krustenkomponente wird auch durch die ererbten Zirkone belegt. Aus der geochemischen und isotopischen Ähnlichkeit des Thracia Terranes und der Pelagonischen Zone wird abgeleitet, daß beide Fragmente eines ehemals ganzheitlichen permo-karbonischen Grundgebirges darstellen, welches durch die Öffnung des Meliata-Maliac Ozean Systems in der Trias geteilt wurde. Ein Zweig dieses Meliata-Maliac Ozean Systems, der Nestos Ozean, wurde im Jura nordwärts subduziert, wodurch subduktionsbezogener Magmatismus zur Bildung des spät-jurassischen/früh-kretazischen Rhodope vulkanischen Inselbogens auf einem Thracia Fragment führte. Dies wird auch durch ererbte permo-karbonische Zirkone in den Jurassischen Orthogneisen belegt. Das Alter der Zirkone der Orthogneise des Rhodope Terranes beträgt ca. 150 Ma und deutet darauf hin, daß der subduktionsbedingte Magmatismus und die HP- /UHP-Metamorphose ihren Ursprung in der gleichen Subduktionsphase haben. Die Subduktion endete mit der Schließung des Nestos Ozeans im späten Jura/ in der frühen Kreide. Die post-jurassische Entwicklung des Rhodope Massivs wird durch die Exhumierung des Kernkomplexes durch Extensionstektonik bestimmt. Damit verbunden ist die Intrusion von Graniten zwischen Eozän und Miozän.
DDC:	550 Geowissenschaften 550 Earth sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-4327
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-19760
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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