Metamorphe Gesteine und Minerale

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1 STEOP: System Erde (LV ) Unterstützendes Handoutmaterial zum Themenkomplex 6: Metamorphe Gesteine und Minerale Dieses Handoutmaterial ergänzt die Vorlesungsinhalte. Zur Prüfungsvorbereitung wird weiters empfohlen Kapitel 6 Metamorphe Gesteine des Lehrbuchs Press/Siever - Allgemeine Geologie (J. Grotzinger et al.), 5. Aufl., Springer Spektrum, 2008 (hier insbesondere die Kapitelzusammenfassung). Bei Fragen bitte zu kontaktieren: Prof. Lutz Nasdala, Institut für Mineralogie und Kristallographie der Universität Wien UZA2 Raum 2A251 / Telefon / lutz.nasdala@univie.ac.at

2 Allgemeine Termini und Klassifikationen: Metamorphose (genauer Gesteinsmetamorphose) = Umwandlung der mineralogischen Zusammensetzung eines Gesteins durch geänderte Temperatur- und/oder Druckbedingungen. Dabei entsteht aus dem Ausgangsgestein (Protolith) ein metamorphes Gestein (Metamorphit). Mineralumbildung im festen Zustand! Diagenese = Vorstufe der Metamorphose (Grenze unscharf); Verfestigung von Lockersedimenten und Gesteinsveränderung unter niedrigen Drücken und Temperaturen Kompaktion Zusammendrücken, Wasser entweicht Zementation erste Mineralneubildungen in Poren Anchimetamorphose = niedrigstgradige Metamorphose; Grenzbereich Diagenese-Metamorphose Anatexis = höchstgradige Metamorphose; unter teilweiser oder sogar vollständiger Aufschmelzung

3 Allgemeine Termini und Klassifikationen: Metamorphosearten I: Klassifikation nach Ort und p-t-bedingungen (a) Kontaktmetamorphose = M. infolge Aufheizung von umgebendem Gestein ( Kontakthof ) durch heißes Magma; Umwandlungen vor allem durch Temperaturerhöhung (b) Regionalmetamorphose = M. infolge Senkung großer Volumina der Erdkruste; Umwandlungen durch Druck und Temperatur Besonderheit: Ultrahochdruck-Metamorphose (c) Druckbetonte Metamorphose (auch Hp-LT-Metamorphose) = infolge Absenkung relativ kalten ozeanischen Krustenmaterials bei Subduktionsprozessen; Umwandlungen bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen und hohen Drücken (d) weitere: Schock-Metamorphose, Dislokations-Metamorphose

4 Allgemeine Termini und Klassifikationen: Metamorphosearten I: Klassifikation nach Ort und p-t-bedingungen Metamorphosearten II: Klassifikation nach chemischer Änderung (a) ohne wesentliche Veränderung der chemischen Zusammensetzung des Gesteins = isochemische Metamorphose (b) wesentliche Veränderung der chemischen Zusammensetzung des Gesteins = Metasomatose Metamorphosearten III: Klassifikation nach Metamorphosepfad (a) Mineralumwandlungen bei Erhöhung von Druck und Temperatur = prograde Metamorphose (b) Mineralumwandlungen bei Erniedrigung von Druck und Temperatur = retrograde Metamorphose oder Diaphtorese Metamorphosearten IV: Klassifikation nach Intensität: Fazies

5 Allgemeine Termini und Klassifikationen: Metamorphosearten IV: Klassifikation nach Intensität: Fazies Merke: Aus einem Edukt (oder Edukten gleicher Zusammensetzung) entstehen bei unterschiedlichen p-t-bedingungen unterschiedliche metamorphe Gesteine. Merke: Bei gleichen p-t-bedingungen entstehen aus unterschiedlichen Edukten unterschiedliche metamorphe Gesteine. Art des vorliegenden Gesteins ermöglicht die Rekonstruktion von Eduktmaterial und Metamorphosegrad. Fazies ursprünglich Gesamtheit der Ablagerungsbedingungen bei der Bildung von Sedimentgesteinen (1838 von Amanz Gressl). Fazies Einteilung von metamorphen Gesteinen nach den Mineralen, die sich bei bestimmten p-t-bedingungen bilden können (1921 von Pentii Eskola). Diese Minerale werden Indexminerale oder auch Faziesanzeiger genannt.

6 Metamorphe Gesteine: Nomenklatur und Charakteristika Merke! Gefüge metamorpher Gesteine: Mit zunehmendem Metamorphosegrad nehmen durchschnittliche Kristallgröße und Abstand der Schieferungsflächen zu. Nomenklatur I Metamorphe Gesteine werden benannt nach dem Edukt mit vorangestelltem Meta (Metagneis, Metabasalt, etc.). Nomenklatur II Metamorphe Gesteine werden benannt nach dem Mineralbestand (Amphibolit, Serpentinit, Quarzit, Marmor, etc.). Nomenklatur III Metamorphe Gesteine werden benannt nach dem Gefüge wichtige Gefügeänderungen: Schieferung (Foliation), Rekristallisation / Einregelung, Verfaltung Links, verfaltete Gneislagen am Bryggen in Bergen, Norwegen. Rechts, gebänderte Eisenquarzite (BIF) in den Jack Hills, zentrales Westaustralien. Fotos privat.

7 Metamorphe Gesteine: Nomenklatur und Charakteristika Nomenklatur III Metamorphe Gesteine werden benannt nach dem Gefüge: Schiefer = M. mit einem engständigen (<1 cm), lagigen Parallelgefüge (Schieferung). (engl. schist = mittel- bis grobkürnig; slate = feinörnig) Phyllit = sehr feinkörniger M. mit englagigem Parallelgefüge und seidig glänzenden Spaltflächen. Fels = massige M. ohne bevorzugte Ausrichtung der Mineralkörner. Gneis = mittel- bis grobkörnige M. mit weitständigen Parallelgefüge, feldspatreich. Mylonit = feinkörniger M. mit schiefriger Textur, in Scherzone entst. Migmatit = Fließgefüge infolge partieller Aufschmelzung (Anatexis); daher Übergang zu Magmatiten.

8 Metasomatose = Metamorphose mit chemischer Änderung, das heißt Stoffzufuhr oder abfuhr oder (meist) beides Skarn = Begriff aus dem alt-schwedischen Bergbau; beschreibt Ca-reiche Metasomatite (eng. skarn, amer. Lit. auch tactite ), welche durch Überprägung karbonatischer Gesteine mit mineralstoffbeladenen, aus silikatischen Schmelzen stammenden Fluida entstehen. Bildung von Skarnen: Kontaktzone von (zumeist granitischen) Intrusionen mit Ca-Karbonaten (Calcit, Dolomit) - Fludia aus der Intrusion transportieren Si, Al, auch Fe, - bei Eindringen der Fluida werden Ca-Karbonate zersetzt - Metasomatose und Bildung von Skarnen (Ca-Silikat-reiche Paragenesen) - Beispiel: Bildung des Ca-Silikats Wollastonit durch metasomatische Überprägung von Calcit unter SiO 2 -Zufuhr nach 3 CaCO SiO 2 Ca 3 Si 3 O CO 2