Einführung in die Petrologie metamorpher Gesteine

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1 Einführung in die Petrologie metamorpher Gesteine Bruce W. D. Yardley Übersetzt von Arne P. Willner Ferdinand Enke Verlag Stuttgart 1997

2 1 Das Konzept der Metamorphose Entwicklung moderner Ideen zur Metamorphose Die Arten metamorpher Umwandlung Untersuchungen über Metamorphose in den Geowissenschaften Die Erscheinungsformen von Metamorphose Die bestimmenden Faktoren der Metamorphose Temperatur (T) Druck (P) Metamorphe Fluide Nomenklatur metamorpher Gesteine Weiterführende Literatur zu ausgewählten Themen 29 2 Das chemische Gleichgewicht bei der Metamorphose Das Gleichgewicht- eine Einführung Metamorphe Phasendiagramme Anwendung der Phasenregel auf natürliche Gesteine Metamorphe Reaktionen - Erste Grundlagen Metamorphe Reaktionen - einige weiterführende Überlegungen Univariante Kurven und Reaktionsbedingungen Metamorphe Reaktionen und die Phasenregel Grenzen der Anwendung des chemischen Gleichgewichtes Der Einfluß von Fluiden auf metamorphe Phasengleichgewichte Anwendung des chemischen Gleichgewichtes auf natürliche Gesteine: ein Beispiel Beleg für Gleichgewicht bei der Metamorphose: Zusammenfassung und Kritik Metamorphe Fazies Bestimmung von Druck-Temperatür-Bedingungen der Metamorphose Geothermometrie und Geobarometrie Das petrogenetische Netz : Kontinuierliche Reaktionen, Kationenaustauschreaktionen Sauerstoffisotopen-Thermometrie Solvus-Thermometrie Zusammenfassung Weiterführende Literatur 62 3 Die Metamorphose pelitischer Gesteine Darstellung metapelitischer Paragenesen in Phasendiagrammen Metapelite bei niedrigen Temperaturen Die Metamorphose von Metapeliten der Barrow-Zonen-Abfolge Chlorit-Zone Biotit-Zone 67

3 VIII Granat-Zone Staurolith-Zone Disthen-Zone Sillimanit-Zone Einige Einschränkungen der Anwendbarkeit des AFM-Diagramms Darstellung von Reaktionssequenzen in Metapeliten Abweichungen von der Barrow-Zonen-Abfolge Hochtemperatur-Metamorphose von Metapeliten Migmatite Phasengleichgewichte in Metapeliten bei hohen Temperaturen Obere Sillimanit-Zone Cordierit-Granat-Kalifeldspat-Isograde Ultra-hochgradige Zonen Metamorphose von Peliten bei niedrigen Drücken Metamorphose von Metapeliten bei hohen Drücken Druck- und Temperaturbedingungen der Metamorphose von Metapeliten Das petrogenetische Netz für pelitische Gesteine Geothermometer und Geobarometer für Metapelite 94 4 Metamorphose basischer Magmatite Die Faziesklassifikation Änderungen im Mineralbestand, die eine Fazies definieren Charakteristika der metamorphen Fazies Metamorphose von Metabasiten bei niedrigen Graden: Die Zeolith- und die Pumpellyit-Prehnit-Fazies Zeolith-Fazies Pumpellyit-Prehnit Fazies Niedriggradige Metamorphose in Geothermalfeldern Anmerkung zu fehlenden Niedrigtemperatur-Mineralen in einigen Metabasiten Metabasite der Barrow-Zonen-Abfolge: Grünschiefer- und Amphibolit-Fazies Fazies der Barrow-Metamorphose, Reaktionen in Metabasiten während der Metamorphose vom Barrow-Typ Die Hornfels-Fazies.' Metamorphose basischer Magmatite bei hohen Drücken: Blauschiefer-Fazies und Eklogit-Fazies Die Blauschiefer Übergang von der Blauschiefer- zur Eklogit-Fazies Der Übergang von der Grünschiefer- zur Eklogit-Fazies Eklogite ' Hochtemperaturmetamorphose: Die Granulit-Fazies Granulite und fortschreitende Metamorphose Reaktionsgefüge in Granuliten Die P-T-Bildungsbedingungen metabasischer Gesteinstypen Die niedriggradige Fazies Die Blauschiefer-Fazies Die Eklogit-Fazies Die Grünschiefer- und die Amphibolit-Fazies 122

4 IX Die Granulit-Fazies Hydrothermale Metamorphose basaltischer Gesteine Ozeanbodenmetamorphose Cordierit-Anthophyllit-Gesteine und verwandte Gesteine Anwendung der Phasenregel auf hydrothermal-metamorphe Gesteine Metamorphose von Marmoren und Kalksilikat-Gesteinen Marmore Calcitmarmor Mischfluide Dolomitmarmor Einflüsse auf die Fluidzusammensetzung in Marmoren Der Einfluß der Reaktion auf die Fluidzusammensetzung Intern gepufferte Reaktionsabfolgen in Marmor Ein petrogenetisches Netz für Reaktionen in Marmoren Metamorphose von Kalksilikatgesteinen Fluidinfiltration in Kalksilikatgesteinen Zonierung in Kalksilikatgesteinen in Maine Zusammenfassung und Diskussion Metamorphe Gefüge und Prozesse Metamorphe Gefüge- Grundlagen Grundbegriffe Diffusion in Festphasen Keimbildung und Wachstum von Mineralen Die Gefüge metamorpher Gesteine Rekristallisationsgefüge Kristallisationsgefüge Wechselwirkung von Keimbildung, Wachstum und Diffusion Ungleichgewichtsgefüge Chemische Zonierung in Mineralen Reliktische Minerale Reaktionssäume und Symplektite Metamorphe Gefüge als Abbild von Mechanismen metamorpher Reaktionen A Der Einfluß von Gesteinsdeformation auf metamorphe Gefüge und Prozesse Deformation von Mineralen und Gesteinen Deformationsgefüge bei der Metamorphose Beziehungen zwischen Metamorphose und Deformation Metamorphe Gefüge und die relative Altersabfolge von Metamorphose und Deformation Wechselwirkungen zwischen Metamorphose und Deformation Fluide und Deformation: Gänge in Metamorphiten Geschwindigkeiten metamorpher Prozesse Dauer eines Metamorphosezyklus Thermische Modellierung Altersdatierung Geschwindigkeiten metamorpher Reaktionen 189

5 X Der Calcit-Aragonit-Übergang Die Reaktion von Calcit + Quarz zu Wollastonit Kinetik natürlicher Reaktionen Zusammenfassung Weiterführende Literatur Der Zusammenhang zwischen Regionalmetamorphose und tektonischen Prozessen Metamorphose, Geothermischer Gradient und gepaarte metamorphe Gürtel Der Sanbagawa-Gürtel Der Ryoke-Gürtel Plattentektonische Interpretation gepaarter metamorpher Gürtel Heutige konvergente Plattenränder: Auswirkungen auf die Metamorphose Subduktionszonen Metamorphose an einem rezenten konvergenten Plattenrand: das Beispiel Neuseeland Schlußfolgerungen Zeit als Variable bei der Metamorphose Hinweise aus Gelände und Gefüge für zeitlich wechselnde Drucktypen Schlußfolgerungen Erhaltung von Hochdruckgesteinen nach der Metamorphose Geotektonische Milieus für Niedrigdruckmetamorphose Vulkanische Bögen und Niedrigdruckmetamorphose Krustendehnung und Niedrigdruckmetamorphose Metamorphose und Kontinentkollision Metamorphose der Alpen-Himalaja-Kette Mögliche Ursachen einer kaledonischen Kollision in West-Norwegen Metamorphose in Ophiolithkomplexen Ozeanbodenmetamorphose ophiolithischer Gesteine Metamorphose bei Platznahme von Ophiolithkomplexen Variation der Metamorphose im Laufe der Erdgeschichte Zusammenfassung und Schlußfolgerungen 224 V 8 Anhang: SCHREINEMAKERs Methoden zur Konstruktion von Phasendiagrammen Die Grundlagen: Wie viele Reaktionen kommen in einem System vor? Das fundamentale Axiom Die MOREY-SCHREINEMAKERS-Regel Die relative Lage univarianter Kurven um den invarianten Punkt Anordnung des SCHREINEMAKERS-Bündels unter Berücksichtigung intensiver Variablen Literatur Mineralnamen und Abkürzungen 245 Sachverzeichnis 249