Einführung in die Geologie Übersicht
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Einführung in die Geologie Teil 10: Metamorphe Gesteine Prof. Dr. Rolf Bracke Hochschule Bochum International Geothermal Centre Lennershofstraße 140 44801 Bochum Übersicht • • • • Ursachen der Metamorphose Metamorphosearten Metamorphe Fazies und Metamophosegrad Metamorphe Gefüge – Textur (Foliation) – Struktur • • • • • • Regionalmetamorphe Gesteine Kontaktmetamorphe Zonen und Gesteine Impaktmetamorphe Gesteine Kataklastische Metamorphite und Mylonite Migmatite Metasomatische Gesteine Ursachen der Metamorphose Änderung der Mineralzusammensetzung und/oder Kristallstruktur des Gesteines im festen Zustand mit Anpassung an physikalischchemische Bedingungen (Gleichgewicht mit der neuen Umgebung) • Zunahme der Temperaturen – Geothermischer Gradient / Magmenintrusionen – Temperaturbereich liegt zwischen Diagenese und Magmatismus; d.h. ca. 200°C bis ca. 700 – 1100°C (keine Gesteinsschmelze) • Zunahme der Drücke (Haupt-Tiefenbereich ca. 10 – 30 km) – Gewicht des überlagernden Materials (lithostatischer Druck) – Gerichteter Druck (Plattentektonik/Falten- und Bruchtektonik) • veränderte chemische Bedingungen – Zu- und Abfuhr von Stoffen (z.B. Metasomatose) Ursachen der Metamorphose Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum Ursachen der Metamorphose • Temperaturanstieg/geothermischer Gradient kann variieren • Druck steigt mehr oder weniger konstant mit der Tiefe an Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum Metamorphosearten 1 • Regionalmetamorphose am weitesten verbreiteter Typus; Umwandlung größerer Bereiche durch hohen Druck und Temperaturen im Zusammenhang mit Orogenesen • Kontaktmetamorphose lokal durch hohe Temperatur der Magmenintrusionen im unmittelbar angrenzenden Nebengestein • Versenkungsmetamorphose Übergang von Diagenese zur niedrig-gradigen druckbetonten Regionalmetamorphose bei schneller Absenkung von Sedimentgesteinen in große Tiefen Metamorphosearten 2 • Hydrothermal-Metamorphose durch heiße Fluide/Meerwasser bei Magmaintrusionen (z.B. Magmenaufstieg in den mittelozeanischen Rücken) • Dynamometamorphose (kataklastisch) tektonische Bewegungen (Bruch/Verschiebung) zerstören vorhandenes Gestein, welches unter hohem Druck rekristallisiert • Impakt- oder Schockmetamorphose durch Einschläge von extraterrestrischem Material in Sekunden hervorgerufene hohe Drücke und Temperaturen Metamorphosearten Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum Metamorphosefazies • Einteilung nach Metamorphosebedingungen • Abgegrenzte Bereiche von Druck-/TemperaturKombinationen • Benennung nach dem dort vorherrschendem Gestein (Index- oder Leitmineralen) Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum Metamorphosefazies • Unter gleichen Metamorphosebedingungen entstehen innerhalb einer Fazies aus Edukten unterschiedlicher Zusammensetzung auch unterschiedliche Metamophite • Aus identischen Edukten entstehen bei unterschiedlichen Metamorphosebedingungen unterschiedliche Metamorphite. Metamorphosegrad Änderung der mineralogischen Zusammensetzung mit zunehmenden Metamorphosegrad (Regionalmetamorphose) a) Basalte bzw. basische Gesteine b) Schiefertone Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum Metamorphosepfade • Typische Druck-/ Temperaturpfade für verschiedene tektonische Prozesse Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum Klassifikation der metamorphen Gesteine Kennzeichnung metamorpher Gesteine unter Berücksichtigung ihres Ausgangsgesteins (Edukt) mit Vorsilben • Meta• Ortho- generell metamorphes Gestein • Para- metamorphe Gesteine mit sedimentären Edukten metamorphe Gesteine mit magmatischen Edukten Metamorphe Gefüge unterscheidet man nach: • Textur (gesteinsbezogen Gefüge) – Foliation (Schieferung, Flaserung, Bänderung) – richtungslose Gefüge • Struktur (kornbezogene Gefüge) – durch Form und Größe der Kristalle bestimmt Metamorphe Gefüge Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum Foliation Metamorphe Einregelung / Paralleltextur • • • Parallel oder schräg bis senkrecht zur ursprünglichen Schichtung Vorhandensein blättriger Mineralien, vor allem Glimmer und Chlorit Bevorzugte Auskristallisation der Minerale senkrecht zur Hauptrichtung der Deformation (Druck) Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum Metamorphite mit Foliation Unterscheidung nach: • Art ihrer Foliation • Kristallgröße • Segregationsgrad (Aufspaltung in hellere und dunklere Bänder) • Metamorphosegrad Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum Metamorphite mit Foliation Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum Metamorphite ohne Foliation (körnig) • so genannte „Felse“ • bestehen aus isometrischen Kristallen mit würfeligen / kugeligen Formen • Gesteine: Hornfels, Quarzite, Marmor, Argillite, Grünstein, Sepentinit, Amphibolit, Granulit Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum Grobkörnige Kristallgefüge • Porphyroblasten (große Kristalle), die in einer feinerkörnigen Matrix eingebettet sind • in kontakt- und regionalmetamorph veränderten Gesteinen • Bildung erfolgt im festen Zustand durch Umordnung chemischer Bestandteile der Matrix Granat-Porphyroblasten in Glimmerschiefer Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum Regionalmetamorphe Gesteine Quelle: Gesteinsbestimmung im Gelände Verlag: Elsevier Regionalmetamorphite aus Tonsteinen (ansteigender Metamophosegrad von links oben nach rechts unten) Tonschiefer Phyllit Glimmerschiefer Paragneis Quelle: Gesteinsbestimmung im Gelände Verlag: Elsevier Regionalmetamorphite aus basischen Edukten (ansteigender Metamophosegrad von links oben nach rechts unten) Grünstein Granatamphibolit Mafischer Granulit Eklogit Quelle: Gesteinsbestimmung im Gelände Verlag: Elsevier Regionalmetamorphite aus ultramafischen Edukten Serpentinit Quelle: Gesteinsbestimmung im Gelände Verlag: Elsevier Regionalmetamorphite aus karbonatischen, silikatischen und quarzbetonten Edukten Calcitmarmor Silikatmarmor Quarzit Quelle: Gesteinsbestimmung im Gelände Verlag: Elsevier Kontaktmetamorphose • Temperaturerhöhung (Thermometamorphose) • An den unmittelbaren Kontakt zum Intrusivgestein (stärkste Aufheizung) schließen sich nach außen weitere Zonen mit abnehmenden Metamorphosegrad an. • Kontakthof: Randzone der metamorph veränderten Gesteine in der Umgebung der Magmenintrusion – Stark ausgeprägt bei basischen Intrusuionen, die mit hohen Temperaturen (ca. 1000° C) in die obere Kruste aufsteigen – Schwach ausgeprägt bei Graniten, die mit niedrigeren Temperaturen (ca. 600° C) in die tiefere Kruste eindringen Kontaktmetamorphose eines Kalksteins • • Kontakthof mit versch. Zonen der Mineralbildung In Richtung Kontakt ändert sich Karbonatgestein von reinem Carbonatmarmor über verschiedene Ca-MgSilicatminerale schließlich zu einem carbonatfreien Silicatgestein (Wollastonit) Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum Kontaktmetamorphose in Sandsteinen / Tonschiefer Verschiedene Mineralzonen • Edukt: – Quarz und Tonminerale der Sandsteine und Schiefertone • kontaktferner Bereich: – Chlorit und Muskovit – Biotit, Amphibol • mittlerer Kontaktbereich: – Al-, Fe- und Mg-Silicate (typisch Andalusit) • kontaktnaher Bereich: – Hornfels mit Pyroxen und Glimmer Quelle: Allgemeine Geologie Verlag: Spektrum Kontaktmetamorphe Gesteine kontaktmetamorpher Marmor Andalusit-Konotenschiefer (lange prismatische Porphyroblasten) Quelle: Foto © Dr. Alfred K. Schuster Kontaktmetamorphe Gesteine Kontakt zwischen Granit und Hornfels Impaktmetamorphe Gesteine (Impaktite) • Entstehen durch dynamische und thermische Einwirkung von Stoßwellen beim Aufprall von großen Meteoriten • Mehr oder weniger brekziös, vulkanitähnlich Suevit (Impaktit) Quelle: Gesteinsbestimmung im Gelände Verlag: Elsevier Kataklastische Metamorphite und Mylonite • • • Aufgrund kataklastischer (mechanischer) Deformation im Bereich tektonischer Störungszonen Durch Scher- und Mahlvorgänge werden ehemals vorhandene Kristalle zerkleinert und in Bänder oder Schlieren auseinander gezogen Es entstehen Reibungsbrekzien und Kataklastite (verfestigtes eher grobkörniges Material) sowie feinkörnige Mylonite durch Rekristallisation Mylonite Quelle: USGSPublicDomain Migmatite • hohe metamorphe Temperaturen (Teilschmelzen) • heterogen zusammengesetzt • Leukosom und Melanosom sind die hellen bzw. dunklen Anteile der Teilaufschmelzungen • Pläosom nennt man das unveränderte Ausgangsmaterial der Teilaufschmelzung Quelle: Gesteinsbestimmung im Gelände Verlag: Elsevier Metasomatische Gesteine • hydrothermale Metamorphose • Vielzahl von Mineralen • metasomatische Prozesse: – Feldspatsprossung – Skarnbildung – Fenitisierung Quelle: Gesteinsbestimmung im Gelände Verlag: Elsevier Skarn
