Magmatite in Kruste und Mantel
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Department für Geo- und Umweltwissenschaften, Geologie Dr. Frank Söllner Grundlagen Geologischer Geländearbeiten Magmatite und Metamorphite Grundlagen der Exkursion zur Berliner Hütte, Zillertal SS2010 Magmatite in Kruste und Mantel Magmatite in Kruste und Mantel Definition von Magma: Natürliche, silikatische Schmelze mit wechselnden Anteilen von Gasen und Kristallen. Durch Erstarren der Schmelze bilden sich die Magmatite oder magmatischen Gesteine. Hauptkomponenten des Magmas dargestellt als Oxid: SiO2 > Al2O3 > Fe2O3 > FeO > MgO > CaO > Na2O > K2O Nebengemengteile: MnO, P2O5, TiO2 flüchtige Bestandteile: H2O, CO2, CO, CH4, N2, NH3, S2, SO2, Cl2, F2, HF Dr. Frank Söllner SS 2008 2 Einführung Basaltbombe, Magmatit aus dem oberen Erdmantel (Vulkanit) Dr. Frank Söllner SS 2008 3 Einführung Granit, Magmatit aus der Erdkruste (Plutonit) Gneis, metamorpher Granit Dr. Frank Söllner SS 2008 4 Magmatite in Kruste und Mantel Entstehung der Schmelzen im oberen Erdmantel: Es gibt prinzipiell drei Ursachen, die zur Bildung von größeren Schmelzmengen im oberen Erdmantel führen können: 2 3 1 -Teilschmelzbildung durch Dekompression 2 - Zufuhr von Temperatur durch von der Kern/Mantel-Grenze aufsteigende MantelPlumes 3 - Zufuhr von Schmelzpunkt erniedrigenden Komponenten Dr. Frank Söllner 1 SS 2008 5 Magmatite in Kruste und Mantel 1 -Teilschmelzbildung durch Dekompression • bei Dehnung und Ausdünnung der Kruste, • bei passiver Aufwölbung des Mantels (Spreizung am MOR), • bei aktiver Aufwölbung des Mantels (abreißende Platte). Dr. Frank Söllner SS 2008 6 Magmatite in Kruste und Mantel 2 - Zufuhr von Temperatur durch von der Kern/MantelGrenze aufsteigende Mantel-Plumes Dr. Frank Söllner SS 2008 7 Magmatite in Kruste und Mantel 3 - Zufuhr von Schmelzpunkt erniedrigenden Komponenten – „We can induce melting at low temperatures if we flux the mantle with basalt, eclogite, CO2 or water, and plate tectonics does all of these things. D. Anderson (2007) – „New Theory of the Earth“. Dr. Frank Söllner SS 2008 8 Vulkanische Textur Merkmale vulkanischer Textur vulkanisch (aphanitic) hyaline bis kryptokristalline Matrix, Hohlräume, Blasen, bis schaumig Beispiel: Basalt (26) Rhyolith (29) Tuff (31) Hamblin & Howard, 2005) Dr. Frank Söllner SS 2008 9 Vulkanite oder Effusivgesteine (volcanic rocks) Viskosität der Schmelze hoch viskos (= zähflüssig): saure Granit- und Rhylithmagmen mit niedriger Temperatur (<900oC, Magmendome) gering viskos (= dünnflüssig): basische Basaltmagmen mit hoher Temperatur (>1000oC, vulkanische Deckenbasalte). Dr. Frank Söllner SS 2008 10 Plutonische Textur Merkmale plutonischer Textur plutonisch-porphyrisch (porphyric-phaneritic) holokristallin (voll kristallisiert) Kristalle mit Korngrenzen untereinander Minerale richtungslos gewachsen, ungleichkörnig (porphyrisch) Mosaikgefüge dicht, keine Hohlräume Beispiel: Granit (19) Diorit (20/20a) Tonalit (20b) Hamblin & Howard, 2005) Dr. Frank Söllner SS 2008 11 Plutonite oder Intrusivgesteine (igneous rocks) Kristallisationsabfolge gesteinsbildender Minerale Dr. Frank Söllner (Fig 3.1 Hamblin & Howard, 2005) SS 2008 12 Plutonie im Streckeisendiagramm = 100% Quarz Bestimmung der Gesteinsbezeichnung mit Hilfe des Modalbestands von Quarz, Kalifeldspat, Plagioklas und/oder der Foide (nach Streckeisen) Differentiation eines basaltischen Magmen P = 100% Plagioklas A = 100% Alkalifeldspat Modalbestand: 30% Quarz 40% Kalifeldspat 20% Plagioklas 7% Biotit 3% Erzphasen bleiben unberücksichtigt Kf:Pl = 2:1 (Kf+Pl):Qz = 2:1 Was ist das für ein Gestein? Dr. Frank Söllner SS 2008 13 Metamorphite Metamorphit, gefaltet (Gneis) Dr. Frank Söllner SS 2008 14 Magmatit - Metamorphit Granit, Magmatit aus der Erdkruste (Plutonit) Gneis, metamorpher Granit Dr. Frank Söllner SS 2008 15 Metamorphite Metamorphite Metamorphose: Um- bzw. Neukristallisation des Mineralbestandes von Gesteinen in der Erdkruste durch Druck- und Temperaturänderungen unter Beibehaltung des festen Zustands, mit dem Wachstum neuer, P- und T- angepasster Minerale. T > 220 ± 20 °C Mechanismen der Gefügeprägung bei der Metamorphose: Druck, Temperatur und Deformation als prägende Faktoren metamorpher Gesteine Anatexis Das Gestein beginnt partiell aufzuschmelzen (Tmin = 640 °C) Dr. Frank Söllner SS 2008 16 Metamorphite aus Hamblin & Howard 2002 Metamorphite zeigen meist eine Foliation – warum? Dr. Frank Söllner SS 2008 17 Metamorphite Wie entsteht eine Foliation in metamorphen Gesteinen? - durch Wachstum von blättrig-schuppigen und stengeligen Mineralen (v.a. Glimmer, Amphibol) in Richtung des minimalen Stresses => Ausbildung einer Schieferung (Phyllit, Glimmerschiefer) = Trennflächen im Gestein - durch alternierenden Wechsel von Lagen mit unterschiedlicher Mineralzusammensetzung => Ausbildung einer Gneistextur (Wechsel von Glimmer-reichen und Feldspat/Quarz-reichen Partien => Gneise mit Lagenbau) Ursache/Erklärung Eine Foliation orientiert sich am lokalen Stressfeld. Die Kristallisation der blättrigen Minerale erfolgt mit den ebenen Flächen (kristallographisch die (001)-Fläche) senkrecht zur Beanspruchungsrichtung (Kristallisationsschieferung). Je mehr blättrige Minerale wachsen, desto besser ist die Schieferungsfläche audgebildet. Die sich bildenden Minerale sind dabei abhängig von der jeweils in der Kruste herrschenden Temperatur. Dr. Frank Söllner SS 2008 18 Metamorphite aus Hamblin & Howard 2002 Die Schieferung kann gefaltete sein– warum? Dr. Frank Söllner SS 2008 19 Metamorphosetypen Wo kommt Metamorphose in der Kruste vor ? Metamorphose an divergierenden Plattengrenzen Metamorphose an konvergierenden Plattengrenzen aus Hamblin & Howard 2002 Dr. Frank Söllner SS 2008 20 Metamorphosetypen Grünschiefer Fazies Amphibolit Fazies Blauschiefer Fazies Amphibolit Fazies Granulit Fazies Eklogit Fazies aus Hamblin & Howard 2002 Dr. Frank Söllner SS 2008 21 Metamorphit -Protolith Dr. Frank Söllner SS 2008 22 Metamorphite, paragen „Hornblendegarbenschiefer“ Granat-Glimmerschiefer Granat-Glimmerschiefer aus Maresch & Medenbach 1987 Dr. Frank Söllner SS 2008 23 Metamorphite, orthogen Orthogneis oder Augengneis (60b) Orientieren Sie das Handstück nach den gegebenen Koordinaten und identifizieren Sie die Lage der Schieferungsfläche? Die Augen sind als ehemals porphyrische Kalifeldspäte zu betrachten. Der Protolith (Ausgangsgestein) des Augengneis ist ein porphyrischer Granit. Dr. Frank Söllner SS 2008 24 Metamorphit -Protolith Dr. Frank Söllner SS 2008 25 Metamorphosetypen aus Hamblin & Howard 2002 Dr. Frank Söllner SS 2008 26 Metamorphit -Protolith Dr. Frank Söllner SS 2008 27 Metamorphosetypen Serpentinit (61) Serpentinminerale (Chrysotil, Antigorit, Asbest) Grünlich-schwarzes Gestein, hervorgegangen aus der Umwandlung von Peridotit (Mantelgestein) (hellgrün = restitischer Olivin) aus Maresch & Medenbach 1987 Dr. Frank Söllner SS 2008 28 Minerale und Metamorphose Granulit-Fazies Gesteinsbildende Minerale bei unterschiedlichen P-T-Bedingungen in Metapelit und Metabasit In allen Metapeliten vorhanden Eklogit-Fazies Veränderung des Anorthitgehalts im Plagioklas ansteigende Metamorphosebedingungen (P und T) Dr. Frank Söllner SS 2008 29 Metamorphose P-T-Diagramm Schmelzkurve (Solidus) im Granitsystem Anatexis 1Kbar = 0,1 GPa Dr. Frank Söllner SS 2008 30 Migmatitstrukturen Migmatit-Strukturen agmatisch, Breccien-Struktur Schollen-Migmatit stromatisch, Lagen-Struktur Dr. Frank Söllner diktyonitisch, Netzstruktur phlebitisch, Aderstruktur Boudinage, Dehnungsstruktur SS 2008 31 Magmatite - Metamorphite Literatur Bahlburg H. & Breitkreuz C. (2004): Grundlagen der Geologie, Spektrumverlag, 403 S. Maresch W. & Medenbach O. (1987): Gesteine, Mosaikverlag, Steinbachs‘s Naturführer, 288 S. Hamblin W.K & Howard D.H. (2002): Exercises in Physical Geology. 256S. Anderson, D.L. (2007): Theory of the Earth. 384 S. Dr. Frank Söllner SS 2008 32
