Die Stabilitä von Spaltspuren wird durch mehrere Faktoren beeinflußt Aus geologischer Sicht sind Zeit, Temperatur, hydrostatischer Druck, intergranulare Lösunge sowie lonisationsstrahlung die wichtigsten Parameter. FLEISCHER et al. (1965b) konnten zeigen, da die Temperatur den größt Einfluà auf die Spurenstabilitä hat. Die Ergebnisse aus Experimenten (2.B. WAGNER & REIMER, 1975; YAMADA et al., 1995) und in situ Bohrlochmessungen (HAMMERSCHMIDT et al., 1984) ergaben, da latente Spaltspuren materialspezifisch nur unterhalb einer bestimmten Temperatur stabil sind. Oberhalb dieser Temperatur gelangen die durch Spontanspaltung auf Zwischengitterplätz verdrängte Gitteratome des Trägermaterial durch Diffusion zurüc auf ihren Ursprungsplatz. Die Wie- derherstellung der materialspezifischen atomaren Nahordnung des Materials wird als Ausheilung bezeichnet. HAMMERSCHMIDT et al. (1984) beschrieben an Proben der Geothermiebohrung Urach 111, da die Spaltspuren in Apatit ober- halb von Ca. 140 C ausheilen und praktisch keine Spuren mehr akkumuliert werden. Unterhalb dieser Temperatur verläuf der Prozeà der Ausheilung lang- samer, bis er unterhalb von 60' C so langsam ist, da er fü geologische Fra- gestellungen nicht mehr relevant ist und von Spurstabilitä gesprochen werden kann. Allerdings heilen Spaltspuren bei jeder Temperatur aus, lediglich die Rate der Ausheilung variiert mit der Temperatur (GLEADOW & DUDDY, 1981 ; GREEN et al., 1985, 1986).
In der Praxis wird fü Apatit eine effektive Schließungstemperatu von 100  20 C (2.B. WAGNER & REIMER, 1972) angenommen. Die effektive Schließungstem peratur entspricht derjenigen Temperatur, bei der die Hälft der anätzbare Spurlänge übe geologische Zeiträum stabil bleibt. Dieser Bereich liegt etwa zwischen 60' C und 120' C und wird als partielle Ausheilungszone (PAZ) bezeichnet (Abb. 3.3). Die PAZ ist somit ein Temperaturbereich, innerhalb welchem latente Spaltspuren je nach Verweildauer mehr oder weniger aus- heilen. Übe 120' C findet keine Spurakkumulation statt, und unterhalb von 60' C ist fü geologische Fragestellungen von Spurstabilitä auszugehen.
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ZeitAbb. 3.3: Arrhenius-Plot nach WAGNER & REIMER (1972). Dargestellt sind Geraden gleicher prozentualer Spurenausheilung in Abhangigkeit von der Ausheilungstemperatur und -zeit.
Effektive Schließungstemperature variieren je nach Mineral, Mineralchemis- mus und Abkühlungsgeschwindigkeit GLEADOW et al. (1983) und GREEN (1981, 1988) zeigten, da CI-Apatite eine um etwa 20' C höher Schließungstempera tur als F-Apatite aufweisen. Nach NAESER & FAUL (1969) beträg die effektive Schließungstemperatu von Apatit 94' C bei einer Abkühlungsrat von 10' CIMa, 78' C bei 1' CIMa und 62' C bei 0,1 CIMa. Totale Ausheiltemperaturen von Titanit und Zirkon sind nur unzureichend bekannt. Aktuelle Arbeiten übe Zirkone deuten auf eine partielle Ausheilungszone (ZPAZ) im Bereich von -230' ( 30' C) bis etwa 330' C ( 50°C fü einen Zeitraum von -106 Jahren (TAGAMI & SHIMADA, 1996) bzw. -1 70' bis -390' C ( 50' C, 2er) fü einen Zeit- raum von etwa 10' Jahren (YAMADA et al., 1995) sowie eine Schließungstempe ratur von -240' C. Schließungstemperature fü Titanit werden mit etwa 250'  40' C Von WAGNER & VAN DEN HAUTE (1 992) abgeschätzt
Problematisch wird das Konzept der PAZ fü Proben, welche sehr geringen He- bungsraten, zeitweiliger Subsidenz oder erhöhte thermischen Gradienten aus- gesetzt waren. Hier wär die Interpretation als reines Abkühlungsalte falsch (Abb. 3.4).
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- .
Abb. 3.4: Akkumulation von Spaltspuren in Abhängigkei . . von der thermischen Geschichte (nach:
WAGNER, 1972b).
@ Schnelle Abkühlun wie z.B. bei Vulkaniten. Hier durchfähr das Material die PAZ sehr schnell und die Gesteine erreichen die Zone III in kurzer Zeit. Aufgrund der sofortigen Spaltspur- Akkumulation entspricht das Spaltspuralter dem Bildungsalter der Gesteine.
@ Langsame, allmählich Abkühlung wie z.B. fü ein kristallines Grundgebirge.. Erste Spaltspuren bilden sich bereits innerhalb der PAZ. Mit sinkender Temperatur nimmt die Akkumulationsrate der Spaltspuren zu, bis sie in der Zone 111 konstant bleibt.
@ Komplexe Abkühlun mit erneuter thermischer Uberprägung Hierbei kann das Gestein zeitweilig einer Subsidenz unterzogen, oder durch einen sich andernden Paläogradiente thermisch überprä worden sein. Latente Spaltspuren werden innerhalb der PAZ verkürz oder ausgeheilt, neue Spaltspuren bei sinkender Temperatur akkumuliert. Typisch ist fü die Spaltspurtängenverteilun ein bimodales Muster. Das Spaltspuralter entspricht einem Mischalter.
Sämtlich Spaltspuren stammen aus den Zonen II und 111 (Abb. 3.4). In der Zone II ( P M ) könne Spaltspuren zugleich entstehen und ausheilen, so da ihre Netto-Akkumulation (pro Flächeneinheit von der Temperatur abhängi ist.
Mit abnehmender Temperatur steigt die Akkumulationsrate, bis sie in Zone 111 konstant wird. Übe die Spaltspurdichte wird jedoch nicht nur der Akkumulationszeitraum der Spuren ermittelt. Zusätzlic könne Informationen übe den Temperatur-Zeit-Verlauf innerhalb der PAZ gewonnen werden.
Unterschiedliche Verweilzeiten in der PAZ werden durch Unterschiede in der Einzelkornalter-Verteilung der Gesteine repräsentiert
3.3.2. Spaltspurlängenverteilunge
FLEISCHER et al. (1964b) und FLEISCHER & PRICE (1964~) beschrieben nicht nur die völlig Ausheilung, sondern auch die Verkürzun von Spaltspuren in Aus- heilexperimenten.
Jeder Temperatur-Zeit-Pfad hinterläà ein bestimmtes Muster der Spurlängen verteilung. Minerale, welche sehr langsam innerhalb der PAZ abkühlen akkumulieren relativ kurze Spaltspuren. Demgegenübe bewirkt ein schneller Durchgang die Anreicherung von relativ langen Spaltspuren. Eine inter- kristalline Einheitsfläch schneidet bei gleicher Spurdichte mehr lange als kurze Spuren, was sich auf das scheinbare Spaltspuralter auswirkt (GREEN, 1988;
DUDDY et al., 1988). Bezogen auf Abb. 3.4 ergeben sich fü den Ab- kühlungspfa @ schmale Spurenlängenverteilunge mit relativ langen Spuren, im Fall @ werden breitere Spurlängenverteilunge resultieren und Pfad @ hinterläà bimodale Muster d e r ~ à ¤ n ~ e & e r t e i l u n ~ e n
Abb. 3.5: Typische Verteilungsmuster von mittleren Spaltspurli4ngen nach GLEADOW et al.
(1986b). Die einzelnen Histogramme zeigen deutlich den Einfluà unterschiedlicher thermischer Entwicklung auf die Spurlänge von Apatiten, I: induzierte Spuren, 11: schnelle Abkuhlung (2.B.
Vulkanite), 111: langsame Abkuhlung (z.B. Grundgebirge), IV und V: Proben mit Mischaltern (erneuter thermischer Einfluß)
Die mit etwa 15,5
-
17 um und einer sehr schmalen Verteilung längste Spuren in Apatiten sind induzierte Spuren. Sehr schnell abgekühlt Gesteine, z.B. Vul- kanite, haben mittlere Spurlänge von 14-
15,5 Fm, und Basementgesteinebesitzen mittlere Spurlänge von 11,4
-
14 um. Spurlänge von <I 1 um werden bei Gesteinen beobachtet, welche erneut in den Bereich der PAZ gelangen.Ihre Verteilungsbreite ist entsprechend groà (Abb. 3.5).
Die Verteilung von Spurlänge in Titaniten und Zirkonen wurde bisher nicht sy- stematisch beschrieben. Fü die vorliegende Arbeit sind anhand des Mt. Drome- dary Titanit-Standards (Anhang Abb. A.4 ) Spaltspurlängenverteilunge ermittelt worden. Der verwendete Standard hat mittlere Spurlangen von 13, 2  0,8 um. Fü Zirkone wurden aufgrund der geringen Qualitä des vorhandenen Materials keine Vergleichsmessungen durchgeführt
Zur Messung von Spurlänge werden zwei Typen von Spaltspurlänge genutzt.
Dies sind projected tracks (projizierte Spuren) (z.B. WAGNER & STORZER, 1975) und confined tracks (wahre Spuren) (2.B. GLEADOW & DUDDY, 1981). Projizierte Spurlänge sind an der Mineraloberfiäch angeschnittene Spuren. Wahre Spurlänge werden an Spuren innerhalb des Minerals ermittelt (Abb. 3.6).
Confined tracks werden unterschieden in TINTs (Tracks IN Tracks) und TINCLEs (Tracks IN CLEavages) (BHANDARI et al., 1971).
wahre Spurenfange projizierte
Spurenlange
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I I
Abb. 3.6; Die zwei fü die Spaltspuruntersuchung relevanten Spurtypen (projizierte und wahre) sind als TINT's und TINCLE's in einem Mineral dargestellt.
in der vorliegenden Arbeit wurden nur confined tracks gemessen, welche annä
hernd parallel mit einem Schnittwinkel < 15O zur Oberfläch auftreten. Eine Ver- schiebung der mittleren Spaltspurlänge zu höhere Werten ist aber nicht zu vermeiden, da die Anzahl der von Klüften Rissen und anderen Spaltspuren ge- schnittenen confined tracks direkt proportional zur Spurläng ist (LASLETT et al., 1982). Vollständig Spuren sind charakterisiert durch gut abgerundete End- punkte mit einem parallelen Verlauf zur Betrachtungsebene (GLEADOW, 1984).