Original paper
Long lasting subsidence and deformation in and above maar-diatreme volcanoes a never ending story
Suhr, Peter; Goth, Kurt; Lorenz, Volker; Suhr, Stefan
Zeitschrift der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften Band 157 Heft 3 (2006), p. 491 - 511
published: Sep 1, 2006
DOI: 10.1127/1860-1804/2006/0157-0491
ArtNo. ESP171015703013, Price: 29.00 €
Abstract
Following scoria cones maar-diatreme volcanoes represent the second most common volcano type on continents. They develop when magma rises in dykes and interacts explosively and almost constantly with ground-water. These thermohydraulic explosions repeatedly fragment the magma (forming juvenile pyroclasts) and large amounts of the surrounding country rocks. After ejection of a large proportion of both types of clasts the explosions leave behind a series of explosion chambers which jointly form the root zone of a maar-diatreme volcano. At a certain point in the development the overlying rocks cave into the root zone forming a cone of subsidence, i.e. a diatreme. As a consequence a crater of subsidence, i.e. a maar crater, forms at the surface. By ongoing explosive activity and repeated subsidence into the root zone, the diatreme grows in diameter and depth as does the overlying maar crater.Posteruptive maar crater sediments may be of quite diverse origin but often include lacustrine deposits, as e.g. in the maars of the Oligocene Guttau Volcano Group in eastern Saxony/Germany. Because of posteruptive diagenesis the diatreme fill is usually subject to a more or less long period of compaction and the last crater floor (formed with the last eruption) is subject to the same subsidence. Therefore, the posteruptive sediments deposited over a long period of time likewise go through syn- and postsedimentary subsidence and deformation and even synsedimentary slumping. The interaction of the sedimentation and the synsedimentary subsidence of the younger deposits above maar-diatreme volcanoes may be understood using the maars of Baruth and Kleinsaubernitz as examples. It can be verified that the compaction of the sediments above maar-diatreme volcanoes may last for 27 million years. Knowledge of the regional geology and deep drilling into the maar craters of the Guttau Volcano Group supplied the data used here for our investigations. Furthermore, correlation of the Miocene cover sediments with the local stratigraphy allows calculation of the amount of subsidence in the maar craters.We conclude that the sediments above the maar crater of Kleinsaubernitz record subsidence of more than 200 m since the beginning of the Miocene and that the amount of subsidence in the smaller structure Baruth was less. It appears that the subsidence is still going on, as indicated by depressions above the structures.
Kurzfassung
Nach den Schlackenkegeln sind die Maar-Diatrem-Vulkane der zweithäufigste Vulkantyp auf den Kontinenten. Sie entwickeln sich, wenn Magma in Gängen aufsteigt und explosiv und meist kontinuierlich mit dem Grundwasser reagiert. Diese thermohydraulischen Explosionen fragmentieren das Magma (bilden juvenile Pyroklasten) und größere Anteile des umgebenden Nebengesteins. Nach dem Auswurf eines Großteils beider Klastentypen hinterlassen die Explosionen eine Serie von Explosionskammern, die zusammen die Wurzelzone des Maar-Diatrem-Vulkans bilden. An einem bestimmten Punkt der Entwicklung stürzen die überlagernden Gesteine in die Wurzelzone und bilden einen Subsidenzkegel, d. h. ein Diatrem. Als Konsequenz entsteht ein Subsidenzkrater, d. h. ein Maarkrater an der Oberfläche. Bei anhaltender explosiver Aktivität und wiederholtem Einbrechen in die Wurzelzone wächst das Diatrem sowohl im Durchmesser als auch in die Tiefe, ebenso der darüber liegende Maarkrater.Posteruptive Maarkratersedimente können ganz verschiedenen Ursprungs sein, beinhalten aber oft lakustrine Ablagerungen wie z. B. in den Maaren der Guttauer Vulkangruppe in Ostsachsen/Deutschland. Wegen der posteruptiven Diagenese der Diatremfüllung ist sie Gegenstand einer mehr oder weniger langen Kompaktion und der letzte Kraterboden (gebildet bei der letzten Eruption) erleidet die gleiche Absenkung. Deshalb gehen die posteruptiven Sedimente, die über einen längeren Zeitraum abgelagert werden, durch eine syn- und postsedimentäre Subsidenz und Deformation, z. T. mit synsedimentären Rutschungen. Das Zusammenspiel der Sedimentation und der synsedimentären Absenkung der jüngeren Ablagerungen über Maar-Diatrem-Vulkanen kann durch die Beispiele der Maare von Baruth und Kleinsaubernitz besser verstanden werden. Es kann gezeigt werden, dass die Kompaktion der Sedimente über Maar-Diatrem-Vulkanen 27 Millionen Jahre anhalten kann. Die Kenntnis der regionalen Geologie und tiefe Bohrungen in die Maarkrater lieferten die Daten, die für unsere Untersuchungen benutzt wurden. Des Weiteren erlaubte die Korrelation der miozänen Decksedimente mit der lokalen Stratigraphie die Berechnung der Subsidenzrate. Wir können zeigen, dass die jüngeren Sedimente über dem Maar von Kleinsaubernitz mehr als 200 m seit dem Beginn des Miozäns abgesunken sind und dass die Subsidenzrate in der kleineren Struktur Baruth geringer war. Anscheinend geht die Subsidenz auch heute noch weiter, wie die Senken über den Strukturen vermuten lassen.
Keywords
maar • diatreme • lake sediments • tephra • subsidence • compaction • oligocene • miocene • saxony