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metamorph / Metamorphose / Metamorphosegrad / Metamorphismus

Inhaltsverzeichnis

(griech.: metamorphoo - umgestalten); (engl.: generisch: Metamorphosis; geologisch: Metamorphism)

Definitionen

Allgemein

Metamorphe Gesteine werden als Metamorphit bezeichnet. Sie können magmatischen, sedimentären oder bereits metamorphen Ursprungs sein (Polymetamorphite).

Die Gesteinsmetamorphose wird hervorgerufen durch Veränderungen der physikalischen und chemischen Bedingungen, d.h. Temperatur, Druck, Bewegung, Art und Menge der fluiden Phasen (besonders Wasser und Kohlendioxid), denen Gesteine während des Metamorphisierungsprozesses unterliegen. Der Prozess der Metamorphose findet auf der Erdoberfläche und in der Diagenese-Zone statt.

Der Prozess der Metamorphose kann mit partieller Aufschmelzung zusammen stattfinden und kann auch zu einem Wechsel der chemischen Zusammensetzung eines Gesteins führen.

Klassifizierung der Metamorphose nach verschiedenen Kriterien

  • Nach dem Umfang des metamorphen Ereignisses (Regional-, Lokal-Metamorphose)
  • Nach der geologischen Stellung (orogene-, Versenkungs, Ozeanbodenzergleitungs-, Dislokations-, Kontakt-Metamorphose)
  • Nach der direkten Ursache (Impakte, hydrothermal, Brand-Metamorphose, Blitzeinschlags-Metamorphose)
  • Einfache oder mehrfache Eriegnisse (Monometamorphose, Polymetamorphose)
  • Im Zusammenhang mit steigenden oder fallenden Temperaturen (prograd, retrograd)

Spezifisch

Die Umwandlung eines Gesteins unter sich ändernden physikalisch-chemischen Rahmenbedingungen (t, p und x).

Charakteristische Merkmale

  • Die Umkristallisation erfolgt mit oder ohne Verformung des Gesteinsgefüges
  • Der feste Zustand wird im wesentlichen beibehalten
  • Die Metamorphose verläuft in den meisten Fällen isochemisch

Phasenumwandlung - Mineraltransformation

Hauptursache der Metamorphose ist die Veränderung von thermodynamischen Bedingungen, welchen ein Gestein ausgesetzt ist. Diese werden vor allem durch Druck und Temperatur bestimmt. Sie bestimmen die Stabilität der Minerale, aus denen ein Gestein besteht. Gerät ein Gestein in ein Umfeld, unter denen bestimmte Minerale nicht mehr stabil sind, kommt es zu Mineralumwandlungen und Mineralreaktionen (Mineraltransformation). Diese sind außer von Druck und Temperatur auch von dem Chemismus des Gesteins abhängig. Da die Metamorphose ein in der Festphase stattfindender Prozess ist, verläuft sie im allgemeinen isochemisch (ohne Stoffwanderung außer H2O und CO2), d.h., dass aus der Metamorphose hervorgegangene Gestein hat denselben Chemismus, jedoch eine veränderte interne Struktur wie das Ausgangsgestein. Es haben sich lediglich neue Minerale gebildet. Die Kristallisation erfolgt bei der Metamorphose im festen Gesteinsverband, wobei sich die Kristalle in ihrem Wachstum behindern (und keine idiomorphen Kristalle gebildet werden können; resp. xenomorph sind). Ausnahmen bilden Granate, Staurolith, Disthen, Turmaline und Hornblende (siehe unten: Metamorph gebildete Mineralien).

Metamorphose Fazies

Eine Gliederung der metamorphen Gesteine nach Umweltsbedingungen brachte das Faziesprinzip von P. Eskola (1921). Die seitdem übliche Darstellung der Zusammensetzung metamorpher Gesteine beruht auf den aus der chemischen Analyse berechneten Sammelkomponenten A, C, F, A' und K. Se sind so gewählt, dass sie die wichtigsten fazieskritischen Mineralassoziationen in einfacher Form veranschaulichen können.

  • A - C - F - Diagramm

    • A = Anteil von Al2O3 im Gestein, welcher nicht mit Na und K in Feldspäten oder Glimmer kombiniert ist.
    • C = das in den Silikaten gebundene CaO.
    • F = FeO + MnO + MgO in den Silikatmineralien

  • A'- K - F - Diagramm

    • A' = Al2O3 + Fe2O3 - (Na2O + K2O + CaO)
    • K = K2O
    • F = FeO + MnO + MgO

Metamorphosegrad

Der Metamorphosegrad wird durch die herrschenden Temperatur- und Druckverhältnisse bei der Metamorphose bestimmt.

Die wichtigsten gesteinsmetamorphen Prozesse

  • Thermische Metamorphose (überwiegend erhöhte Temperatur)
  • Versenkungsmetamorphose (bevorzugt erhöhter Druck)
  • Progressive Metamorphose (Anstieg von Druck und Temperatur)
  • Dynamische Metamorphose (Dislokationsmetamorphose) (bevorzugte Druckbewegung; durch tektonische Störungen bedingte Verwerfungen, Auf- und Unterschiebungen wirken meist mechanisch auf das Gestein)
  • Regressive Metamorphose (Abnahme von Druck und Temperatur)
  • Retrograde Metamorphose (Regionalmetamorphose, Retromorphose, Diaphtorese). Zurückführung eines bereits metamorphisierten Gesteins in einen niederen Grad der Metamorphose (Bsp.: Amphibolite in Grünschiefer)
  • Autometamorphose
  • Anchimetamorphose ist der Bereich zwischen Diagenese und der eigentlichen Gesteinsmetamorphose. (Bezeichnet den Umwandlungsvorgang kalkfreier Pelite und Psammite zwischen Diagenese und Metamorphose). Dabei entstehen u.a. geschieferte Tonsteine .

Arten der Gesteinsmetamorphose

Kontaktmetamorphose

Kontaktmetamorphose ist eine lokale, statische Thermometamorphose. Die kontaktmetamorph gebildeten Metamorphite sind Produkte einer thermischen Um- und Rekristallisation des Nebengesteins um einen magmatischen Intrusivkörper (Abgabe des Wärmeinhaltes intrudierender Magmen an das Nebengestein ohne Druckbewegung). D.h., dass in den Intrusivkörper gelangte Nebengesteinsschollen metamorph verändert werden können. Magmatische Intrusivkörper können sein: Plutone, deren Magmen in das nicht metamorphe oder schwach metamorphe Grundgebirge höherer kontinentaler Krustanabschnitte aufgestiegen sind sowie Basaltische Gänge oder Lagergänge.

Kontaktmetasomatische Lagerstätten sind durch metasomatische Vorgänge am Intrusionskontakt von magmatischer Schmelze zu Nebengestein (v.a. Carbonaten) durch Metasomatose (Pyrometasomatose) entstandene Lagerstätten (> Skarnlagerstätten|Skarn).

Die kontaktmetamorphe Einwirkungszone der Plutone auf das Nebengestein wird als Kontakthof (Kontaktaureole) bezeichnet, diejenige eines Gangs als Kontaktsaum. Nur die Einwirkung als Kontakthof ist der Dimension nach geologisch auskartierbar. Die wichtigsten kontaktmetamorphen Gesteinstypen sind:

  • Gesteine aus tonigem (pelitischem) Ausgangsmaterial
  • Kontaktmetamorph umgewandelte Sandsteine, Arkosen und Grauwacken)
  • Kontaktmetamorphe Gesteine aus karbonatischem und mergeligem Ausgangsmaterial
  • Silikatmarmore und Kalksilikatgesteine (Achtung: Keine Skarne, welche metasomatisch gebildet werden)
  • Kontaktmetamorphe Gesteine aus saurem magmatischem Ausgangsmaterial
  • Kontaktmetamorphe Gesteine aus basischem magmatischem und metamorphem Ausgangsmaterial
  • Kontaktmetamorphe Gesteine aus ultramafitischem Ausgangsmaterial

Regionalmetamorphose (dynamothermale Metamorphose)

Regionalmetamorph gebildete Gesteine aus saurem magmatischem Ausgangsmaterial, d.h. Plutonite von Aplitgranit, Granit, Granodiorit bis zu Tonalit sowie die dazugehörigen Ganggesteine und Vulkanite (Rhyolith, Dacit, Quarzandesit). Voraussetzung der regionalmetamorphen Umwandlung saurer Plutonite ist, dass diese retrograd ist. Es wird zwischen folgenden regionalmetamorphen Umwandlungsprozessen nach dem Metamorphosegrad unterschieden:

  • Niedrigmetamorph: (Bsp.: Grünschiefer)
  • Mittelmetamorph: (Bsp.: Orthogneis, Protoklas)
  • Hochmetamorph: (Bsp.: Granulite, Charnockite)

Begriffsbegrenzungen

Metasomatische Gesteine

(Metasomatite, welche durch allochemische Metamorphose (Metasomatose), d.h. erhebliche Veränderungen des Mineralbestandes entstanden sind), Anatexite, Migmatite, Gesteinsumwandlungen durch Verwitterung und Diagenese sowie Umwandlung an Evaporiten sind keine metamorphen Gesteine.

Benennung metamorpher Gesteine

Die Benennung metamorpher Gesteine bezieht sich auf die Gefügeeigenschaften (Textur eines Gesteins in festem Zustand), Es werden auch Definitionen aufgrund von veränderten Mineralbeständen verwendet.

Mit Präfixen unterscheidet man die Herkunft eines metamorphen Gesteins:

  • "Ortho-" kennzeichnet Metamorphite aus sauren bis intermediären Magmatiten mit magmatischem Ursprung (Bsp.: Orthogneis)
  • "Para-" und "Meta-" kennzeichnen sedimentäre Ausgangssgesteine (Bsp. Paragneis)

Protolith

Der moderne Begriff für die unterschiedlichen Ausgangsgesteine heißt Protolith. (proto = das Erste, Erster)

Protolithe sind nicht-metamorphisierte Gesteine, aus welchen sich ein metamorphisiertes Gestein bildet (bzw. das Ausgangsgestein). Jedes Gestein kann als metamorphischer Protolith dienen.

Beispiele:

  • Kalkstein oder Dolomit ist Protolith für Marmor
  • Sandstein ist Protolith für Quarzit
  • Basalt ist Protolith für Amphibolit
  • Granitische Gesteine sind Protolith für Gneis und Migmatite
  • Ultramafische Gesteine (Serpentinit) sind Protolith für Talk

Nomenklatur metamorpher Gesteine

  • Fels = keine Foliation, Quarz und Feldspat als Minerale, meist grobkörniges Gefüge (isotrop, nicht foliiert)
  • Gneis - sehr schlechte Foliation, schwer spaltbar, große, deutliche Minerablasten
  • Schiefer - mittelmäßige Foliation, Minerale mit dem Auge sichtbar und unter der Lupe gut erkennbar (
  • Phyllit - sehr gute, engständige und feine Foliation, einzelne Mineralkörner nicht sichtbar. (anisotrop, foliiert)

Weitere wichtige metamorphe Gesteine

Links

Metamorph gebildete Mineralien

Manche Minerale werden nur unter metamorphen Bedingungen gebildet, die wichtigsten sind Andalusit, Disthen , Sillimanit (alle drei: Al2SiO5), Staurolith und Epidot, auch Granat, Turmalin , Hornblende.

Andere häufige Minerale in metamorphen Gesteinen wie Quarz, Feldspäte, Glimmer, usw. sind in magmatischen Gesteinen ebenfalls häufig zu finden.

Literatur

  • Barth, T.F.; Fuster, J.M.; 1968; Rocas metamorficas
  • Eskola, P.; 1921; The Mineral Facies of Rocks
  • Hohl, R.; (Hrsg.), 1987; Die Enwicklunsggeschichet der Erde
  • Salvat, M.; (Hrsg); 1968; Encyclopedia de las Ciencias; Tomo 8; Rocas
  • Schumann, W., 1994; Der neue BLV Steine und Mineralienführer
  • Spry, A., 1969; Metamorphic Textures (Oxford)
  • Turner, F.J.; 1968; Metamorphic Petrology (New York)
  • Whitten, D.G.A., Brooks, J.R.V., Dictionary of Geology (London)
  • Wimmenauer, W.; 1985; Petrographie der magmatischen und metamorphen Gesteine
  • Winkler, H.G.F., 1979; Petrogenesis of metamorphic rocks (5. Aufl.)

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