DVG Lehrstuhl für Angewandte Botanik und Vulkanbiologie DGG

Field Trip: Quaternary East Eifel Volcanic Field of the Laacher See

within the 5th workshop of the working group Physics of Volcanoes of the DGG (German Geophysical Society)

Date: March 2th 2019

Guide: Dr. Volker Reppke

The one day field trip will be devided in two half days each starting and ending at the Naturfreundehaus Laacher See. We will visit outcrops (active and abandoned quarries) within the deposits of plinian and strombolian eruptions as well as their phreatomagmatic equivalents within the East Eifel Volcanic Field. The field was formed within the Pleistocene with no Ar/Ar age being older than 0,5 Mio. a. The field is formed by about 100 eruption centers which spread over approx 400 km². It is devided into a western part, formed mainly by the Rieden Volcanic Complex and its surrounding scoria cones, in which foiditic (leucititic and nephelinitic) magmas as well as their products of shallow crustal differentiation, leucite-phonolitic magmas, were erupted in between 440 and 380 ka. In the younger eastern half of the field less SiO2 undersaturated magmas of basanitic and tephritic composition started erupting at about 220 ka. Their differentiation products started erupting soon after and continued sporadically culminating in the eruption of the Laacher See Volcano which only is as young as about 13 ka.

However, primary aim oft he field trip will not be the presentation of aspects of the regional geology. The aim will preferably be the phenomenological aspects of the sediments preserved from the diverse types of eruption in order to distinguish the products of plinian from phreatoplinian eruptions as well as of strombolian from phreatomagmatic. The participants shall later on be able to deduce the active processes that lead to a succession of volcaniclastic sediments in other volcanic fields by themselves.

We will firstly visit an outcrop in the NE- sedimentation fan of the Laacher See eruption column in which clearly plinian air fall deposits (pumiceous lapilli layers) can be distinguished from deposits of pyroclastic flows (hot high density systems) (ignimbritic tuffs, lokal miners term: Trass, non-specialists term: Tuffstein); we see the results of a standing plinian eruption column that sporadically (partly) collapsed. As second outcrop we will visit the complex profile of the protected (eastern) Wingertsbergwand. Here, aside from minor fall and flow deposits, we recognize ballistically transported blocks due tot he proximity to the vent, but more prominantly the effect of water-magma-contact during phreatoplinian phases of the Laacher See eruption resulting in innumerable surge deposits (cold low density gas pressure waves). By studying the vesicularity of the pumices we will learn, that the declining Laacher See eruption would have ended much earlier if water wouldn’t have get access to the magma column, so that the eruption ended in a Maar-phase.

In the second half-day field trip during the afternoon we will learn to distinguish the processes that lead to the formation of scoria cones and lava flows during the eruption of basanitic/tephritic magmas. We will learn that the initially erupting magmas of the cupola of the arising magma column are more vesicular as well as more differentiated. Depending on the magma volume the later following degassed and crystal-rich magmas erupt more quietly as intrusions and – depending on the magma volume – as lava flows. We will as well study the effect of mafic magma-water interaction on the particle composition as well as as sorting and grain size of the sediments that are deposited out of gas pressure waves (surges) to form tephrarings. All lava flows expose Aa-characteristics, saying a top- and basal breccie. This tells us that SiO2-undersaturated magmas of basanitic-tephritic composition are more viscous than lavas of SiO2-saturated tholeiitic basalt composition, which in the Vogelsberg volcanic field and elsewhere form Pahoehoe flows. We learn that the lava flows may locally have an erosive character. From the intensity of soil formation in the loesses underlying the flows we can deduce if the lava eruption occurred during a stadial or inter-stadial within the Pleistocene.

Exkursion Laacher See (Osteifel) Vulkanfeld

im Rahmen der Jahrestagung der DGG AG Physics of Volcanoes

Datum: 02. März 2019

Exkursionsführer: Dr. Volker Reppke

Primäres Ziel der Exkursion ist es nicht, die Teilnehmer in die regionale Geologie der Osteifel einzuführen. Ziel ist es vielmehr, den Teilnehmern Werkzeuge an die Hand zu geben, mit denen sie in der Lage sind Eruptionsprozesse aus den Sedimenten abzuleiten. Während der zeitlich und inhaltlich zweigeteilten Exkursion sollen am Vormittag anhand der Ablagerungen der vor ca. 13.000a erfolgten Laacher See Eruption die wirksamen Prozesse abgeleitet werden, durch die im Zuge einer plinianischen Eruption hochdifferenzierten (phonolithischen) Magmas mit phreatomagmatischen Phasen Partikel (Tephra) transportiert wurden.

Das quartäre Vulkanfeld der Osteifel wird durch etwa 100 mono- und polygenetische Eruptionszentren aufgebaut, die ein parallel zu den AC-Klüften des variskischen Grundgebirges bzw. parallel zu den Randbrüchen der Niederrheinischen Bucht NW-SE elongiertes Vulkanfeld von 400 m² bilden. Das Vulkanfeld ist in zwei ebenfalls in gleicher Richtung elongierte Teilfelder gegliedert, die sich in ihrer Lage, ihrem Alter und ihrer Magmenchemie unterscheiden.

Das westliche Teilfeld mit dem Riedener Vulkankomplex als seinem Zentrum wurde vor etwa 440-380 ka durch Eruptionen von stark SiO2-untersättigten, sog. foiditischen, d.h., leuzititischen und nephelinitischen Magmen und deren oberkrustalen Differentiationsprodukten Leuzitphonolithe aufgebaut (Bem.: dies Magmadifferentiationssystem ist frei von Plagioklas und Amphibol, der hohe Gehalt an Kalium bedingt die große Häufigkeit von Leuzit, der Schwefelreichtum die Stabilität von Mineralen der Mischreihe Nosean-Hauyn, Nephelin vertretend). Die Eruptionen von weniger SiO2-untersättigten basanitisch-tephritischen Magmen und Ihren Differentiaten, den Phonolithen, begannen vor etwa 220 ka und formten das östliche Teilfeld aus Schlackenkegeln und Lavaströmen, seltener Calderen. Phreatomagmatische Phasen treten zu Beginn oder innerhalb der strombolianischen und plinianischen Eruptionen auf. Aufgrund der höheren Magmaproduktionsraten treten Maare in diesem jüngeren Teilfeld nicht auf.

Die Eruptionen der Differentiate überdauerten die der Mafite und erfolgten sporadisch bis zu ihrer Kulmination in der Eruption des Laacher See Vulkans vor etwa 13 ka (Bem.: dies Magmadifferentiationssystem enthält Plagioklas und Amphibol). Beide Magmensysteme weisen einen hohen Gehalt an Kalium auf, was die Häufigkeit von Leuzit bedingt und zu der häufigeren Bezeichnung Leuzitit statt Nephelinit im stärker untersättigten System und zur Benennung der jüngeren Mafite als K-Basanite bzw. K-Tephrite führt. Der Schwefelreichtum beider Magmensysteme fördert die Stabilität von Mineralen der Mischreihe Nosean-Hauyn als Nephelin-Vertreter.

Am Vormittag besuchen wir zunächst in einem Aufschluss im NE des Eruptionszentrums, des Laacher See Beckens, die Ablagerungen des sog. Nickenicher Sedimentfächers, wo wir durch die Sortierung und mittlere Korngröße exemplarisch gut die beiden Transportprozesse Partikelfall (Sediment: blockführende Lapillilagen, gut sortiert) und pyroklastischer Strom (hot high density flow) (Sediment: Ignimbritischer Tuff, mäßig sortiert, Lokalname: Trass, Laienbezeichnung: Tuffstein) unterscheiden können.

Anschließend begeben wir uns in den Mendiger Fächer im SE des Laacher See Beckens, wo wir im zweiten Aufschluss, der Wingertsbergwand erkennen können, dass dort weitere Prozesse wirksam gewesen sein müssen: aufgrund der geringeren Entfernung zum Eruptionszentrum zum einen ballistischer Transport und zum anderen als Folge der phreatomagmatischen Einflüsse Ablagerungen aus pyroklastischen Gas-Druckwellen (surges, cold wet low density flows). Wir erkennen, dass diese beiden gemeinsam in der Frühphase der Eruption (Lower Laacher See Tephra, LLST) nachweisbar sind; als Ablagerungen der Mittleren Laacher See Tephra (MLST) erkennen wir wieder die bereits zuvor besuchten Fallablagerungen und Ignimbrite als Belege einer stehenden Eruptionssäule, die sporadisch (anteilig) kollabiert; aufgrund der Verlagerung des Eruptionszentrums innerhalb des Seebeckens nach Norden sind diese Sedimente auch hier frei von ballistischen Impakten; in den dünengeschichteten Lapillilagen der dominierenden Surge-Ablagerungen der späten (Maar-)Phase der Eruption (Upper Laacher See Tephra, ULST) finden wir dagegen nur seltene Ignimbrite und suchen Fallablagerungen vergeblich.

Den Nachmittag verbringen wir damit, die Ablagerungen der initialen Eruption der gasreichen Cupola aufsteigender mafischer Magmen (strombolianischer Schlackenkegel) und die Intrusionen bzw. Effusionen der nachfolgenden gasarmen Schmelze (Dykes und Aa-Lavaströme) tephritisch-basanitischer Zusammensetzung zu studieren. Im Wesentlichen sehen wir unverschweißte Schlackenbreccien und Schlacken-Lapillilagen pulsierender strombolianischer Eruptionen (Vgas > Vmagma). Verschweißte Schlackenbreccien sind nicht in jedem schlotnahen Bereich eines Schlackenkegels realisiert. Dass es nur selten zu einer stehenden (hawaiianischen) Lavafontäne (Vgas = Vmagma) kam, erkennen wir an nur vereinzelt auftretenden sehr gut sortierten Lapillilagen, deren Korngröße und Mächtigkeit nur undeutlich mit zunehmender Entfernung vom Schlot abnehmen. Der gelegentliche Kontakt des Magmas mit Wasser wird dokumentiert durch Zunahme des Nebengesteinsgehaltes und leichter Rotfärbung schlackendominierter Breccien. Phreatomagmatisch dominierte Eruptionsphasen sind in Schlackenkegeln erkennbar durch nebengesteinsdominierte Lapillilagen mit um den Faktor 100 geringeren mittleren Korngrößen der Partikel.

Alle Lavaströme haben Aa-Charakter, d.h. sie sind durch eine Basis- und Topbreccie gekennzeichnet. Daraus können wir schließen, dass die dominierend basanitisch-tephritisch zusammengesetzten SiO2-untersättigten mafischen Magmen höhere Viskositäten als SiO2-gesättigte Schmelzen tholeiitischer Basalte hatten, wie sie in Deutschland nur im Vulkanfeld des Vogelsberg auftreten. Wir können sehen, dass die Lavaströme lokal erosiven Charakter hatten und können anhand der Intensität der Bodenbildung in den unterlagernden Lössen ableiten, ob sie während einer Kalt- oder einer (Zwischen-) Warmzeit eruptierten.

Schedule

  • Thursday morning:
    Physics and Chemistry of magmatic processes and melts
  • Thursday afternoon:
    Volcano hazard and risk mitigation
  • Friday morning:
    Monitoring
  • Friday afternoon:
    Eifel (invited talks and discussion)

Schedule (PDF)

Book of abstracts (PDF)

Icebreaker

Please indicate your interest in participating the Wednesdays` Icebreaker at 19.00. Also tell us whether you prefer "Gulaschsuppe for Carnivores/Omnivores" or something "green".

Physics of Volcanoes 2019 Information

The PoV annual workshop series provides a platform for volcanologists in Germany to strengthen our research network through the exchange of scientific results, newest developments and work-in-progress. To maximise exposure and interaction, there will be both plenary presentations of posters and talks.

For those interested in the Eifel Mountains, an excursion will be arranged at some costs on 02. March 2019. The excursion will be organised and guided by Dr. Volker Reppke

Registration and abstract submission is open from 01. Nov. 2018 at no cost until 1st of February, 2019!

  • Icebreaker: 27. February 2019 19:00
  • Start: 28. February 2019 9:00
  • End: 01. March 2019 19:00
  • Excursion: 02. March 2019

Venue

Naturfreundehaus Laacherseehaus
Laacher-See-Straße 17
D-56743 Mendig
Telefon: 02652 4777
Telefax: 02652 2282
E-Mail: info@laacherseehaus.de
http://www.naturfreundehaus-laacherseehaus.de/