Eigg-Lava-Formation

Überblick, Verbreitung und geologischer Rahmen

Die Eigg-Lava-Formation ist eine vulkanische Gesteinsformation aus dem Paläozän. Sie entstand im Thanetium und ist rund 400 Meter mächtig. Ihr Hauptvorkommen liegt auf der schottischen Insel Eigg; weitere Teile treten auf Muck, untermeerisch bis etwa 10 Kilometer südsüdwestlich von Muck und in Verwerfungstreppen im Südosten von Rùm auf. Die Laven erreichen auf Eigg 344 Meter Höhe. Besonders auffällig sind die bis zu 76 Meter hohen Basaltkliffs der Nordwestküste und der langgezogene basaltische Höhenrücken im Norden, der am Beinn Buidhe 334 Meter erreicht.

Die Formation liegt diskordant, also mit einer Schichtlücke und abweichender Lagerung, auf der oberkretazischen Strathaird-Limestone-Formation und der mitteljurassischen Great Estuarine Group. Ihre harten Laven schützen die darunterliegenden mesozoischen Gesteine vor Abtragung. Die gesamte Abfolge fällt mit 5 bis 10° sanft nach Südwesten bis Süden ein. An der Basis liegen im Norden und Nordosten meist nur wenige Zentimeter mächtige Tuffe. Im Südwesten kann die Formation diskordant von der Sgurr-of-Eigg-Pitchstone-Formation überlagert werden.

Die Laven ähneln stark der Skye Lava Group und, mit kleineren Unterschieden, der Mull Lava Group. Auch zur Canna Lava Formation bestehen große Ähnlichkeiten; die Canna-Laven enthalten jedoch mehr normatives Nephelin. Für einen vulkaniklastischen Sandstein an der Basis der Abfolge auf Muck wurde mit der Argon-Argon-Methode ein Alter von 60,65 ± 0,07 Millionen Jahren bestimmt. Dieses Alter entspricht ungefähr dem der unteren Laven auf Mull, weshalb eine Verbindung zum dortigen Lavafeld angenommen wird.

Stratigraphischer Aufbau

Die Stratigraphie gliedert sich in einen nördlichen und einen zentralen bis südwestlichen Bereich, die sich kaum miteinander korrelieren lassen. Der nördliche Bereich ist höchstens 290 Meter mächtig und umfasst vom Hangenden zum Liegenden die Upper Cleadale Group (70 Meter), Middle Cleadale Group (130 Meter), Lower Cleadale Group (50 Meter) und Basal Group (etwa 40 Meter). Der zentrale Bereich erreicht maximal 430 Meter und besteht aus Cora-bheinn Group (65 Meter), Cnoc Creagach Group (85 Meter), Brutach Dearg Group (85 Meter), Glac an Dorchadais Group (105 Meter), Gleann Charadail Group (70 Meter) und Laig Group (20 Meter).

Jede Gruppe lässt sich grundsätzlich durch einen Markierungshorizont an ihrer Basis bestimmen. Die einzelnen Lavaflüsse reichen jedoch häufig nicht weit, schwanken stark in ihrer Mächtigkeit und flossen in unterschiedlichen Richtungen. Dies erschwert ihre Zuordnung und weist auf zahlreiche Ausflusszentren hin. Die einzige über große Entfernung verfolgbare Einheit ist der „Grey Rock“, ein Mugearit an der Basis der Lower Cleadale Group beziehungsweise der Gleann Charadail Group.

Im Norden liegt die Basal Group diskordant auf mitteljurassischen Gesteinen. Sie beginnt mit Tuff und besteht aus basaltischen Strömen; tuffhaltige Tonsteine und eine brekziierte Lavafront belegen teilweise explosive Tätigkeit und das Stirnende eines Stroms. Darüber folgen in der Lower Cleadale Group der bis zu 30 Meter mächtige, nach Norden auf 10 Meter ausdünnende Grey Rock, ein Hawaiit und ein olivin-plagioklashaltiger Basalt. Die Middle Cleadale Group enthält vor allem olivinhaltige Basalte. In der Upper Cleadale Group sind fünf stark veränderte Basaltströme erhalten.

Im zentralen Bereich liegt die Laig Group diskordant auf Sedimenten der Oberkreide. Ihre Laven zeigen teilweise Säulenabsonderung und werden von roten Tonsteinhorizonten bedeckt. Über der Gleann Charadail Group mit dem Grey Rock folgen die Glac an Dorchadais Group und die Brutach Dearg Group. Unterschiede zwischen nördlichen und südlichen Laven der Glac an Dorchadais Group sprechen für mindestens zwei Quellregionen. Auch die seitlich stark wechselhaften Cnoc Creagach und Cora-bheinn Groups lassen mehrere örtliche Eruptionszentren vermuten, ohne dass diese direkt nachgewiesen sind. Ein Basaltstrom der Cora-bheinn Group ist am An Sgùrr 50 Meter, am Cora-bheinn aber nur 10 Meter mächtig; seine Quelle lag daher möglicherweise im Süden oder er füllte eine topographische Senke.

Gesteine und Lavaformen

Petrologisch besteht die Formation hauptsächlich aus olivinführenden basaltischen Laven. Vorherrschend sind Alkaliolivinbasalte; daneben kommen stärker differenzierte basaltische Hawaiite, Hawaiite und Mugearite vor. Ein Phänokristall ist ein deutlich größerer Kristall in einer feineren Grundmasse. In den Alkaliolivinbasalten bestehen solche Kristalle vor allem aus Olivin, während die Grundmasse Labradorit, Klinopyroxen und Titanomagnetit enthält.

Alkaliolivinbasalte stellen 82 % der Lavaflüsse. Ihr SiO₂-Gehalt beträgt 45,0 bis 49,5 Gewichtsprozent; sie sind mafisch und an Kieselsäure untersättigt. Olivinphänokristalle sind meist 1 bis 3 Millimeter groß. Von allen Laven entfallen 48 % auf Basalte mit Olivinphänokristallen, 12 % auf Basalte mit Olivin und Plagioklas, 7 % auf solche mit Plagioklas und 5 % auf aphyrische, also makroskopisch einsprenglingsfreie Basalte. Weitere Kombinationen enthalten unter anderem Klinopyroxen und Spinell.

Hawaiite machen 6 % der Lavaflüsse aus. Sie sind meist stärker aphyrisch, enthalten Andesin als Plagioklas und besitzen 46,0 bis 53,5 Gewichtsprozent SiO₂; damit können sie bis in den intermediären Zusammensetzungsbereich reichen. Mugearite stellen 12 %. Sie sind feinkörnig, überwiegend aphyrisch und enthalten 53,6 bis 54,4 Gewichtsprozent SiO₂. Ihre Grundmasse umfasst Alkalifeldspat, braunen Biotit, opake Oxide, Klinopyroxen und Apatit. Anders als die übrigen basaltischen Gesteine können Mugearite an Kieselsäure übersättigt sein.

Zwei Mugearitströme ungefähr 50 Meter über der Basis sind zusammen bis zu 12 Kilometer lang und durchschnittlich 8 bis 12 Meter mächtig. Dies deutet trotz des relativ zähen Magmas auf eine hohe Ausflussrate. Insgesamt zeigen die Laven keine durchgehende Entwicklung von einfachen zu stärker differenzierten Magmen, da Mugearite bereits weit unten auftreten.

Manche Laven besitzen regelmäßige Fließbänderungen; örtliche Verformungen weisen auf Turbulenzen beim Ausfließen hin. Hohlräume sind mit Zeolithen, Kalzit und häufig chloritischem Material gefüllt. Säulenabsonderung kommt nur in der Basal Group vor. Zwischen den Laven liegen dünne rote bis orange, eisenreiche Ton- und Siltsteine, teilweise pyroklastischen Ursprungs. Da sie leichter verwittern als die Lava, entstehen trappartige Geländestufen. Fluviatile Sedimente sind selten.

Intrusionen und tektonische Strukturen

Nach dem Ende der Lavaergüsse drangen Dolerite, Basaltgänge, untergeordnete Lagergänge und felsische, also kieselsäurereiche Intrusionen in die Formation ein. Zwei größere Doleritintrusionen sind bekannt. Die 120 Meter lange Intrusion von Gualainn na Sgurra besteht aus grob-ophitischem Olivindolerit. Daneben treten bis zu 5 Meter dicke Doleritgänge auf.

Die meist höchstens 2 Meter mächtigen Basaltgänge streichen überwiegend nach Südosten, seltener nach Nordnordost, Ostnordost oder Südsüdost. Sie durchschlagen jurassische Sedimente und paläozäne Laven. Wahrscheinlich entstanden sie überwiegend vor der Sgurr-of-Eigg-Pitchstone-Formation, doch ein einzelner Gang drang auch in deren Pechstein ein. Die Gänge sind meist aphyrisch oder enthalten wenige Feldspat- und Olivinphänokristalle. Geochemisch gehören sie zum Übergangstypus. Ihre Merkmale sprechen für eine Kontamination durch granulitfazielle archaische Krustengesteine oder deren partielle Schmelzen. Daher werden die Laven und die meisten Basaltgänge vermutlich unterschiedlichen magmatischen Ereignissen zugeordnet.

Basaltische Lagergänge verlaufen annähernd parallel zu vorhandenen Schichten. Die mafischen Kildonnan-Schichtintrusionen sind gewöhnlich weniger als 1 Meter und nur selten mehr als 2 Meter mächtig. Ihre rasch abgekühlten tachylitischen Ränder enthalten Mikrophänokristalle aus Plagioklas. Harker deutete sie als basaltische Andesite; Allwright bestimmte 1980 dagegen eine basaltische bis basaltisch-hawaiitische Zusammensetzung.

Zu den felsischen Intrusionen gehören ein 400 Meter langer Quarzporphyrstock bei Sròn Laimhrige, mehrere Pechsteingänge und der dunkle Grulin-Felsit, ein Quarzmikrosyenit. Dieser durchschneidet Basaltflüsse und ist jünger als die von ihm durchschnittenen basaltischen Ganggesteine.

Ganz Eigg ist von Verwerfungen durchzogen. Die meisten streichen nach Südosten und besitzen einen Höhenversatz von rund 10 Metern nach Nordosten. Dadurch werden Lavaflüsse an Osthängen wiederholt; der basale Markierungshorizont der Brutach Dearg Group erscheint beispielsweise dreimal. Die seitliche Begrenzung der Lavaflüsse erschwert allerdings die genaue Bestimmung von Richtung und Versatz.

Chemische Entwicklung und Entstehung

Alle untersuchten Gesteine sind metaluminos: Al/(K+Na+Ca) ist kleiner als 1, Al/(K+Na) größer als 1. Sie liegen im Grenzbereich zwischen alkalischen und subalkalischen Gesteinen. Mit der Entwicklung vom Alkaliolivinbasalt zum Mugearit steigen im Allgemeinen SiO₂, Na₂O, K₂O, P₂O₅ und Fe₂O₃. CaO und MgO nehmen stark, FeO etwas schwächer ab. TiO₂ steigt erst in differenzierten Laven an und ist in den Intrusiva erhöht.

Die CIPW-Norm ist eine rechnerische Darstellung der idealisierten Mineralzusammensetzung. Alkaliolivinbasalte enthalten keinen normativen Quarz, aber 14,6 bis 29,4 Gewichtsprozent normatives Olivin; Anorthit kann 33,8 %, Albit 26,5 % und Diopsid 28,9 % erreichen. Hawaiite enthalten ebenfalls keinen normativen Quarz; Albit dominiert mit bis zu 30,9 %. Mugearite können bis zu 2,0 % quarznormativ sein, enthalten kein Nephelin und besitzen bis zu 36,1 % Albit sowie bis zu 19,4 % Orthoklas.

Bei den Spurenelementen nehmen Chrom und Nickel mit zunehmender Differentiation deutlich ab: Chrom fällt von maximal 1497 ppm in Alkaliolivinbasalten über 363 ppm in Hawaiiten auf 9 ppm in Mugeariten; Nickel sinkt entsprechend von 856 über 150 auf 21 ppm. Barium erreicht 2886 ppm in Alkaliolivinbasalten, 877 ppm in Hawaiiten und 2213 ppm in Mugeariten. Auch Strontium, Zirconium und Zink sind vergleichsweise angereichert.

Die Formation gehört zur British Paleogene Igneous Province der Inneren Hebriden. Lang anhaltende Krustendehnung erzeugte Sedimentbecken mit mächtigen mesozoischen Ablagerungen. Über dem nordatlantischen Mantelplume führte Dekompressionsschmelzen der Asthenosphäre zur Bildung großer Mengen basaltischen Magmas. Dieses drang in Dehnungsrisse als Gangschwärme und Lagergänge ein und erreichte schließlich bei Spalteneruptionen die Landoberfläche. So entstanden ausgedehnte Lavafelder, bevorzugt über älteren Sedimentbecken. Subsidenz und Krustenverdünnung hielten mindestens bis zum Ende des Paläozäns an.