Subduction zones are the place in the global subduction factory where crustal rocks are buried to mantle depths. Due to its higher density, most oceanic crust is irreversibly buried and thus, processes, which result in the exhumation of deeply subducted oceanic crust have received less attention, compared to continental crust. This may be due to the rare occurrences of exhumed ultra-high-pressure oceanic crust. Given that processes in modern subduction zones cannot be investigated directly, (ultra-)high-pressure–low-temperature blueschist- and eclogite-facies rocks incorporated in metamorphic belts, representing fossil subduction zones, offer a unique possibility to increase our understanding of the processes occurring during subduction and exhumation in subduction zones. This thesis focuses on the reconstruction of the metamorphic evolution of (ultra-)high-pressure–low-temperature metamorphic rocks (eclogites and their host rocks) in Paleozoic subduction zones and the determination of exhumation mechanisms of deeply subducted oceanic crust. Two occurrences of (ultra-)high-pressure–low-temperature metamorphic rocks from two different suture zones in the Tianshan were chosen: I) the Makbal Complex located in the Northern Tianshan in Kazakhstan and Kyrgyzstan, recording Ordovician metamorphism and II) the Akeyazi metamorphic terrane in the Chinese South Tianshan Accretionary Complex that formed during Carboniferous metamorphism. An investigation of mafic rocks at the central Makbal Complex (eclogites sensu lato and a newly discovered “glaucophanite”, occurring as incoherent blocks and boudins embedded in quartz-mica schists and quartzites) suggests, that their precursor rock was (strongly hydrothermally overprinted) oceanic crust (Chapter 3). All samples experienced high-pressure metamorphism with burial depths between 70 and 85 km. The study on a mafic garnet-chloritoid-talc schist using porphyroblastic garnet both for the determination of the P–T path and for the timing of metamorphism by means of Sm-Nd garnet geochronology in Chapter 4 complements the reconstruction of the metamorphic evolution of the Makbal Complex. In addition to the occurrence of coesite relics in garnet, the P–T path derived from thermodynamic modeling clearly indicates ultra-high-pressure conditions at ~95 km depth during prograde growth of garnet at 475±4 Ma. The close spatial association of high-pressure and ultra-high-pressure rocks at the central Makbal Complex indicates a juxtaposition of rocks derived from different depths. Such a tectonic mélange may have formed during exhumation in the subduction channel, where material with a positive buoyancy, represented by the metapelitic and quartzitic host rocks, captured incoherent pieces of subducting oceanic crust. For the second (ultra-)high-pressure metamorphic complex located in the Akeyazi metamorphic terrane the exhumation processes associated with the juxtaposition of mafic and metasedimentary rocks in a subduction channel during continuous oceanic subduction are well established. However, the tectonic implications of the occurrence of both ultrahigh-pressure and high-pressure rocks still remain controversial. The study in Chapter 5 is based on a systematic comparison of sample pairs consisting of eclogites and their host rocks. All samples are derived from a single valley that was postulated to be part of a coherent “ultra-high-pressure sub-belt”, however none of the investigated samples provides any evidence of pressure exceeding high-pressure conditions, irrespective of their degree of retrogression. Considering that previous studies on rocks derived from the “ultra-high-pressure sub-belt” reported both high-pressure and ultra-high-pressure conditions for eclogites and metasediments the whole (ultra-)high-pressure–low-temperature belt rather formed as a tectonic mélange than due to juxtaposition of two coherent metamorphic sub-belts as previously proposed. This thesis demonstrates that the reconstruction of metamorphic processes accompanying subduction and exhumation of deeply subducted oceanic crust requires careful observation and modeling of the metamorphic conditions to constrain the depth, temperature and timing of metamorphism and exhumation and thus to gain insight into the geodynamic evolution of (ultra-)high-pressure–low-temperature metamorphic terranes.

Subduktionszonen sind diejenigen Bereiche in der globalen „subduction factory“, in denen Gesteine der Erdkruste in den Erdmantel versenkt werden. Aufgrund der höheren Dichte der Gesteine der ozeanischen im Vergleich zu denen der kontinentalen Kruste, verläuft deren Subduktion meist irreversibel, weshalb Vorkommen exhumierter ozeanischer Kruste, welche eine (Ultra-)Hochdruckmetamorphose erfuhren, selten und deren Exhumierungsmechanismen weniger gut bekannt sind. Nachdem die Prozesse in rezenten Subduktionszonen nicht direkt untersucht werden können, eröffnen (Ultra-)Hochdruck–Niedrigtemperatur Blauschiefer- und Eklogit-fazielle Gesteine aus exhumierten metamorphen Einheiten fossiler Subduktionszonen eine einzigartige Möglichkeit, das Verständnis über die an der Subduktion und Exhumierung beteiligen Prozesse zu erweitern. Der Schwerpunkt dieser Doktorarbeit liegt auf der Rekonstruktion der metamorphen Entwicklung (Ultra-)Hochdruck–Niedrigtemperatur metamorpher Gesteine (Eklogite und deren Umgebungsgesteine) paläozoischer Subduktionszonen, sowie der Untersuchung von Exhumierungsmechanismen von tief subduzierter ozeanischer Kruste. Hierfür wurden zwei Lokalitäten metamorpher (Ultra-)Hochdruck–Niedrigtemperatur Gesteine aus zwei Suturen des Tianshan untersucht: I) Der Makbal Komplex aus dem nördlichen Tianshan an der kasachisch-kirgisischen Grenze mit ordovizischen Metamorphosealtern und II) das metamorphe Akeyazi Terrane im Akkretionskomplex des südlichen Tianshan mit karbonischen Metamorphosealtern. Die Untersuchung mafischer Gesteine des zentralen Makbal Komplexes (Eklogite sensu lato sowie ein erstmals beschriebener „Glaukophanit“, welche als inkohärente Blöcke und Boudins in Quarz-Glimmer-Schiefern und Quarziten auftreten; Kapitel 3) unterstützt die Annahme, dass deren Ausgangsgestein (stark hydrothermal alterierter) ozeanischer Kruste entspricht. Alle untersuchten Proben erfuhren eine Hochdruckmetamorphose mit Versenkungstiefen von 70–85 km. Die Rekonstruktion der metamorphen Entwicklung des Makbal Komplexes wird durch die Untersuchung eines mafischen Granat-Chloritoid-Talk-Schiefers ergänzt (Kapitel 4). Die enthaltenen porphyroblastischen Granate wurden sowohl zur Bestimmung des P–T-Pfades, als auch des Zeitpunkts der Metamorphose durch Sm-Nd-Geochronologie untersucht. Das Auftreten von reliktischen Coesit-Einschlüssen in Granat, sowie der durch thermodynamische Modellierung rekonstruierte P–T-Pfad belegen eindeutig, dass während des prograden Granatwachstums vor 475±4 Ma in einer Tiefe von ~95 km Ultrahochdruckbedingungen vorherrschten. Die im Bereich des zentralen Makbal Komplexes vorkommenden Hochdruck- und Ultrahochdruckgesteine weisen auf eine Vermischung von Gesteinen aus verschiedenen Tiefen der Subduktionszone und die Bildung einer tektonischen Mélange innerhalb des Subduktionskanals während der Exhumierung hin. Hierbei nimmt Material mit einer positiven Auftriebskraft (hier repräsentiert durch die metapelitischen und quarzitischen Umgebungsgesteine) einzelne, nicht zusammenhängende Stücke ozeanischer Kruste auf und transportiert sie nach oben. In dem zweiten in dieser Arbeit untersuchten (Ultra-)Hochdruckkomplex, dem metamorphen Akeyazi Terrane, ist der prinzipielle Exhumierungsmechanismus, welcher eine Vermischung mafischer und metasedimentärer Gesteine im Subduktionskanal beinhaltet, bekannt. Jedoch ist die tektonische Interpretation des gemeinsamen Vorkommens von Hochdruck-, sowie Ultrahochdruckgesteinen noch immer Gegenstand kontroverser Diskussionen. Die in Kapitel 5 vorgestellte Studie baut auf einem systematischen Vergleich von Probenpaaren bestehend aus Eklogiten und deren Umgebungsgesteinen auf, wobei alle Proben aus einem Tal stammen, welches als Teil einer einheitlichen „Ultrahochdruckzone“ beschrieben wird. Jedoch zeigt keine der untersuchten Proben, unabhängig von der retrograden Überprägung, Hinweise auf Ultrahochdruckbedingungen. Berücksichtigt man, dass in vorangegangenen Arbeiten an Gesteinen dieser „Ultrahochdruckzone“ sowohl Hochdruck-, als auch Ultrahochdruckbedingungen an Eklogiten und Metasedimenten nachgewiesen wurden, so legt dies nahe, dass die gesamte (Ultra-)Hochdruck–Niedrigtemperatur metamorphe Einheit als tektonische Mélange gebildet wurde und nicht durch die Gegenüberstellung zweier in sich kohärenter metamorpher Einheiten. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass für die Rekonstruktion metamorpher Prozesse, welche eine Subduktion und Exhumierung tief versenkter ozeanischer Kruste beinhalten, genaue Beobachtungen und Modellierung der metamorphen Bedingungen erforderlich sind, um die Tiefe, die Temperatur und den Zeitpunkt der Metamorphose und der Exhumierung zu bestimmen und damit die geodynamische Entwicklung von (Ultra-)Hochdruck–Niedrigtemperatur metamorphen Gebieten zu bestimmen.