Grundlagen der metamorphen Petrologie Principles of Metamorphic Petrology

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1 Grundlagen der metamorphen Petrologie Principles of Metamorphic Petrology

2 Chemogramme

3 Josiah Willard Gibbs ( ) On the equilibrium of heterogeneous substances (1876; 1878) Die Gibbs`sche Phasenregel: F = C P + 2

4 Dreikomponentensysteme: Das System MgO - SiO 2 - H 2 O *

5 Dreikomponentensysteme: Das System MgO - SiO 2 - H 2 O Enstatit Brucit Forsterit Talk

6 Dreikomponentensysteme: Das System MgO - SiO 2 - H 2 O Antigorit Anthophyllit Quarz Periklas

7 Dreikomponentensysteme: Das System MgO - SiO 2 - H 2 O

8 Dreikomponentensysteme: Das System MgO - SiO 2 - H 2 O Wasser x Brucit Quarz

9 Dreikomponentensysteme: Das System MgO - SiO 2 - H 2 O Brucit Antigorit Talk

10 Dreikomponentensysteme: Das System MgO - SiO 2 - H 2 O Projektion von H 2 O auf den X MgO -Vektor

11 Mehrkomponentensysteme: ACF- und A`KF-Projektion Wichigste Komponenten der Metamorphite: SiO 2, TiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3, FeO, MgO, MnO, CaO, Na 2 O, K 2 O, H 2 O, P 2 O 5 Grösste Bedeutung hat das Verhältnis: Al 2 O 3 : (FeO+MgO) : CaO : K 2 O Es handelt sich bei natürlichen Gesteinen in der Regel um Systeme mit SiO 2 -Überschuss!

12 Mehrkomponentensysteme: ACF- und A`KF-Projektion Al 2 O 3 : (FeO+MgO) : CaO : K 2 O SiO 2 Al 2 O 3 (FeO+MgO) CaO oder K 2 O

13 Mehrkomponentensysteme: ACF-Projektion Al 2 O 3 : (FeO+MgO) : CaO SiO 2 Al 2 O 3 (FeO+MgO) CaO

14 Mehrkomponentensysteme: ACF-Projektion Al 2 O 3 : (FeO+MgO) : CaO SiO 2 Al 2 O 3 x x (FeO+MgO) x CaO

15 Mehrkomponentensysteme: A`KF-Projektion Al 2 O 3 : (FeO+MgO) : K 2 O SiO 2 Al 2 O 3 (FeO+MgO) K 2 O

16 Mehrkomponentensysteme: A`KF-Projektion Al 2 O 3 : (FeO+MgO) : K 2 O SiO 2 Al 2 O 3 x x (FeO+MgO) x K 2 O

17 ACF A`KF Diagramm Pentii Eskola A A K C F F

18 ACF A`KF Diagramm Rechenregeln ACF-Diagramm A = Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 (Na 2 O + K 2 O) C = CaO 3.3 P 2 O 5 F = MgO + FeO + MnO A + C + F = 100 A`KF- Diagramm A` = Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 (Na 2 O + K 2 O + CaO) K = K 2 O F = MgO + FeO + MnO A` + K + F = 100 Alle Werte sind Molproportionen!

19 ACF-Diagramm Projektionsbereiche metamorpher Minerale Verboten im ACF- und im A KF- Diagramm: x Kalifeldspat im ACF-Diagramm Ca-Phasen im A`KF-Diagramm Unterkieselte Phasen wie - Korund - Spinell (in Paragenesen ohne Quarz) - Feldspatvertreter

20 ACF-Diagramm Projektionsbereiche von Gesteinen

21 ACF-Diagramm Topologie eines Metabasits

22 ACF-Diagramm Topologie eines Metabasits

23 ACF-Diagramm Topologie eines Metabasits

24 ACF-Diagramm Topologie eines Metapelits

25 ACF-Diagramm Topologie eines Metapelits Paragenese: Cordierit Almandin Orthoklas Biotit

26 AFM-Diagramm Thompson (1957) +SiO 2 +H 2 O

27 AFM-Diagramm Thompson (1957) Ms: Muscovit Kfs: Kalifeldspat Bt: Biotit Kfs Ms Bt Bt projiziert auf die AFM-Ebene

28 AFM-Diagramm Rechenregeln mit Muskowit als Projektionspunkt A = (Al 2 O 3 3 K 2 O) / (Al 2 O 3 3 K 2 O + MgO + FeO); F = FeO / (FeO + MgO); M = MgO / (MgO + FeO) mit Kalifeldspat als Projektionspunkt A = (Al 2 O 3 K 2 O) / (Al 2 O 3 K 2 O + MgO + FeO); F und M wie oben.

29 AFM-Diagramm Rechenregeln mit Muskowit als Projektionspunkt A = (Al 2 O 3 3 K 2 O) / (Al 2 O 3 3 K 2 O + MgO + FeO); F = FeO / (FeO + MgO); M = MgO / (MgO + FeO) mit Kalifeldspat als Projektionspunkt A = (Al 2 O 3 K 2 O) / (Al 2 O 3 K 2 O + MgO + FeO); F und M wie oben. Bei Granat Verminderung von Al 2 O 3 um 1/3 CaO und 1/3 MnO

30 AFM-Diagramm Projektionsbereiche metamorpher Minerale (Ms-Projektion)

31 AFM-Diagramm Phasenbeziehungen im AFM-Diagramm (Ms-Projektion)

32 AFM-Diagramm Phasenbeziehungen im AFM-Diagramm (Ms-Projektion)

33 AFM-Diagramm Phasenbeziehungen im AFM-Diagramm (Ms-Projektion) * *

34 AFM-Diagramm Phasenbeziehungen im AFM-Diagramm (Ms-Projektion)

35 AFM-Diagramm Achtung bei Mn- und Ca-führenden Paragenesen! Gemäss der Phasenregel sind dann mehr als drei Phasen auf der AFM-Ebene stabil

36 Weitere Projektionstypen T-X Mg -Diagramm (Thompson, 1957) 3.9 Reaktionen Granat + Muskowit + Chlorit = Staurolith + Biotit + Quarz + H 2 O [3.5] Kyanit Muskowit + Chlorit = Staurolith + Biotit + Quarz + H 2 O [3.6] Staurolith + Muskowit + Chlorit = Biotit + Kyanit + Quarz + H 2 O [3.7] Staurolith + Muskowit + Quarz = Biotit + Al 2 SiO 5 + H 2 O [3.8] Kyanit = Sillimanit [3.9] Staurolith + Muskowit + Quarz = Granat + Biotit + Sillimanit + H 2 O [3.10] Staurolith + Quarz = Granat + Sillimanit + H 2 O [3.11]

37 Weitere Projektionstypen Projektion von Quarz, Albit, Epidot, Muskowit und H 2 O in den 3D-Raum mit den Komponenten Al, Fe 2+, Fe 3+ und Mg für grün- und blauschieferfazielle Gesteine nach Brown (1974)

38 Die metamorphe Fazies Kartierung von Mineralzonen durch Barrow, Tilley und andere Anfang des 20. Jhdt. System der metamorphen Isograden (Linien gleicher metamorpher Druck- und Temperaturbedingungen

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40 Die metamorphe Fazies Kartierung von Mineralzonen durch Barrow, Tilley und andere Anfang des 20. Jhdt. System der metamorphen Isograden (Linien gleicher metamorpher Druck- und Temperaturbedingungen Becke, Grubenmann und Niggli Einteilung in metamorphe Tiefenzonen (Epi-, Meso- und Kata-Zone)

41 Die metamorphe Fazies

42 Die metamorphe Fazies Nach Turner (1981) gilt für die metamorphe Fazies folgende Definition: Eine metamorphe Fazies ist eine Serie metamorpher Mineralparagenesen, die in Zeit und Raum wiederholt zusammen vorkommen, so dass eine konstante und deshalb voraussagbare Beziehung zwischen der Mineralzusammensetzung und dem Gesamtgesteinschemismus besteht.

43 Eklogit Blauschiefer Amphibolit Granulit Prehnit-Pump. Grünschiefer Zeolith Hornfels

44 Faziesdiagramm nach Winter (2001; An In- troduction to Igneous and Metamorphic Pe- trology,, Prentice Hall)

45 Abgrenzung der Metamorphose Falten im Steinsalz der Salzmine Bochnia (Polen)

46 Abgrenzung der Metamorphose Langwellig Falten im Salzdom Dasht-e Kavir (Iran)

47 Abgrenzung der Metamorphose Bildung eines Salzstocks

48 Abgrenzung der Metamorphose Salzstock Wienhausen bei Celle

49 Abgrenzung der Metamorphose Falten im Gips ( Schlangengips ) aus einem Salzstock

50 Abgrenzung der Metamorphose Seismisches Profil durch das Espirito Santo Basin (Brasilien) nach Veritas & Fiduk (2009)

51 Abgrenzung der Metamorphose Salztektonik (Halokinese) in unterschied- Salztektonik lichen Ausprägungsformen (Halokinese) in unterschiedlichen Ausprägungsformen Salzstock erzeugt Antiklinalstrutur im Iran (Photo NASA)

52 Faziesdiagramm nach Winter (2001; An In- troduction to Igneous and Metamorphic Pe- trology,, Prentice Hall)

53 Migmatite mit Leukosom (helle( Gesteinspartien) ) und Melansom (dunkele Bereiche) bei Todtnau (Schwarzwald)

54 Faziesdiagramm nach Winter (2001; An In- troduction to Igneous and Metamorphic Pe- trology,, Prentice Hall)

55 Granitpluton auf Korsica

56 Mafische Schmelze im Granitpluton auf Korsica

57 Halfdome-Plutonit (Granodiorit) im Yosemite-Nationalpark (U.S.A.)

58 Fazies- Einteilung Faziesdiagramm nach Winter (2001; An In- troduction to Igneous and Metamorphic Pe- trology,, Prentice Hall)

59 Spezielle Fazies- Bereiche und Subfaziesbereiche Faziesbereich niedriger Temperaturen (e.g. Yardley 1989) Epidot-Amphibolit-Fazies (e.g. Spear 1993) Metapelitische Subfazies (e.g. Barrow 1932): Chlorit-Zone Biotit-Zone Granat-Zone Staurolith-Zone Kyanit-Zone Sillimanit-Zone Subfaziesschema nach H.G.F. Winkler (1968) Faziesdiagramm nach Spear (1993)

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