Original paper

Origin of magnetic anomalies in volcaniclastic units of the Messel maar-diatreme (Germany)

Nitzsche, Thomas; Rolf, Christian; de Wall, Helga

Abstract

This study presents rock magnetic properties measured on core samples of volcaniclastic units of the Messel maar-diatreme-volcano (25 km south of Frankfurt a. M., Germany) and explains the origin of downhole magnetic anomalies, performed during the drilling project in 2001.Magnetic behaviour of the erupted material (lapilli tuffs and diatreme-breccia) is related to fine-grained, Fe-rich (titano)-magnetites, which are dispersed within the juvenile lapilli. Isothermal remanent magnetisation (IRM) and hysteresis investigations demonstrate similar remanence acquisition properties throughout the volcaniclastic material, in terms of composition, coercivity, and grain size of the ferrimagnetic minerals. Demagnetisation experiments, realised for samples inside and outside the magnetic anomalies, illustrate different magnetic stability behaviour of their acquired natural remanent magnetisation (NRM). Pseudo-single-domain (PSD) particles are favoured throughout the volcanic material and are responsible for their differently acquired remanences, due to variable depositional temperatures. Heating experiments prove the acquisition of thermal remanent magnetisation (TRM) dominated by temperature effects which could have been occurred during eruption and deposition of volcanic material, forming the Messel maar-diatreme. It is assumed that units outside the anomalies were deposited at relatively low depositional temperatures (300 °C).

Kurzfassung

Diese Arbeit befasst sich mit gesteinsmagnetischen Eigenschaften vulkaniklastischer Ablagerungen des Messel Maar-Diatrem-Vulkans (25 km südlich von Frankfurt a. M.) und der Herkunft magnetischer Anomalien, welche während der Forschungsbohrung 2001 detektiert wurden.Das gesteinsmagnetische Verhalten des eruptierten Materials (Lapillituff und Diatrembrekzie) steht im Zusammenhang mit feinkörnigen und eisenreichen (Titano-)Magnetiten, die innerhalb der juvenilen Lapilli verteilt vorliegen. Untersuchungen der isothermalen remanenten Magnetisierung (IRM) und des Hystereseverhaltens innerhalb des vulkaniklastischen Materials weisen, bezüglich der Zusammensetzung, Koerzivität und Korngröße des ferrimagnetischen Materials, sehr ähnliche Eigenschaften des Remanenzerwerbs auf. Entmagnetisierungsversuche an Proben innerhalb und außerhalb der magnetischen Anomalien liefern ein unterschiedliches Stabilitätsverhalten der natürlich remanenten Magnetisierung (NRM). Es sind die Pseudo-Einbereichs-Teilchen (PSD-Teilchen), welche im vulkaniklastischen Gesteinsverbund bevorzugt vorliegen und für den unterschiedlichen Remanenzerwerb aufgrund unterschiedlicher Ablagerungstemperaturen verantwortlich sind. Aufheizexperimente belegen eine thermoremanente Magnetisierung (TRM), welche das vulkanische Gestein während der Eruption und bei der Ablagerung des Materials im Messel Maar-Diatrem erworben hat. Es wird vermutet, dass vulkanische Einheiten außerhalb der magnetischen Anomalien bei relativ niedrigen Temperaturen (300 °C) zum Remanenzerwerb ausnutzte.

Keywords

maar-diatreme volcanoeslapilli tuffmagnetic anomaliesrock magnetismvolcaniclastic rocks