Fazieskonzept der Metamorphose

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1 LV Petrologie I, Teil Metamorphite: Fazieskonzept 1/7 Fazieskonzept der Metamorphose Das Konzept der metamorphen Fazies wurde im wesentlichen von Eskola (1920) definiert. Definition: Alle Gesteine, die unter gleichen P-T-(X) Bedingungen entstanden sind, zeigen bei gleichem Ausgangschemismus der Gesteine die gleichen charakteristischen Mineralvergesellschaftungen (Paragenesen). Daraus folgt: a. In Gesteinen mit gleichem Ausgangschemisus zeigen unterschiedliche Mineralvergesellschaftungen Metamorphose unter geänderten physikalischen Bedingungen (Unterschiede in P, T, X) an. b. Gesteine, die unter gleichen P-T-X Bedingungen metamorph werden und verschiedene Mineralvergesellschaftungen aufweisen, sind aus unterschiedlichen Ausgangsgesteinen entstanden. Moderne Definition von metamorpher Fazies: Eine metamorphe Fazies ist die Gesamtheit aller Paragenesen, die in met. Gesteinen mit unterschiedlichem Chemismus, aber bei etwa gleichen P-T-Bedingungen gebildet wurden. Während Eskola nur 5 metamorphe Fazies unterschied, sind es heute 11 (siehe Abb.). Zeolithfazies Prehnit-Pumpellyite Fazies Grünschieferfazies Amphibolitfazies Granulitfazies Blauschieferfazies Eklogitfazies Albit-Epidot-Hornfelsfazies Hornblende-Hornfelsfazies Pyroxen-Hornfelsfazies Sanidinitfazies

2 LV Petrologie I, Teil Metamorphite: Fazieskonzept 2/7 Das Diagramm der metamorphen Fazies

3 LV Petrologie I, Teil Metamorphite: Fazieskonzept 3/7 Mineralvergesellschaftungen der metamorphen Faziesbereiche Mafische Protolithe Pelitische Protolithe Zeolith Fazies Zeolithe (Laumontit, Prehnit, Mixed Layer Tonminerale Analcim),Chl,±Cal,±Dol Albit-Epidot-Hornfels Ab+Ep+Act+Chl Mus+Bio+Chl Fazies Act+Oligoklas Hornblende Hornfels Fazies Hbl+Pl±Cum Crd+Chl+Bio+Mus And+Bio+Mus Crd+And+Mus (bei >T) Pyroxen Hornfels CPX+OPX+Pl±Ol±Hbl Crd+And+Kfs Sanidinit Fazies schlecht definiert Korund+Mag+An, kein Qtz, Glas Prehnit-Pumpellyit Fazies Prh+Pmp±Chl±Ab±Ep (<T) Pmp.+Act (>T) Illit/Mus+Chl+Ab+Qtz Stilpnomelan, Pyrophyllit Lawsonit+Ab (>P) Grünschiefer Fazies Act+Ep±Ab±Chl±Stilp. (<T) Hbl±Act+Ab+Chl+Ep±Grt (>T) Chl+Mus+Ab (<<T) Chl+Mus+Bio+Ab Grt+Chl+Mus+Bio+Ab (>T) Chloritoid, Pg+Mus+Ab Amphibolit Fazies Hbl+Plg±Ep±Grt St, Ky oder Sil+Mus (<T) Sil+Kfs±Mus+Crd oder Grt Sil+Grt+Crd, kein Kfs (>T) Granulit Fazies OPX+CPX+Pl±Ol±Hbl (<P) Grt+CPX+OPX+Pl±Hbl Grt+CPX+Qtz+Pl±Hbl (>P) Crd+Grt+Kfs+Sil (mittl. P) Ky+Kfs (>P) OPX+Sapphirin+Qtz (>>T) Blauschiefer Fazies Glaukophan+Lawsonit Phengit+Chl oder Talc+Grt, kein Bio Mg-Chloritoid, Carpolith Eklogit Fazies Omphacit+Grt, kein Pl, kein Lawsonit Talk+Ky±Grt±Mus (phengitisch) Für Abkürzungen der Mineralnamen und -formeln siehe Liste in Übungsunterlagen!

4 LV Petrologie I, Teil Metamorphite: Fazieskonzept 4/7 Verteilung (schematisch) der metamorphen Fazies an konvergierenden Plattenrändern (aus Okrusch & Matthes, 2005). Metamorphe Faziesserien nach Miyashiro (1961) Geothermische Gradienten kontrollieren Abfolge metamorpher Fazies; unterschiedliche Drucktypen Hochdruck (Hoch-P/T)-Serie Mitteldruck (Mittel-P/T)-Serie Niedrigdruck (Niedrig-P/T) Serie

5 LV Petrologie I, Teil Metamorphite: Fazieskonzept 5/7 Gleichgewicht in metamorphen Gesteinen Begriffe Mineralvergesellschaftung (mineral assemblage): Gruppe von Mineralen in einem Gestein, die miteinander in chemischem Gleichgewicht stehen. Mineralparagenese (mineral paragenesis): Mineralvergesellschaftungen, die zeitlich aufeinander folgen. Im Deutschen werden die Begriffe aber auch synonym verwendet! Allgemeine Überlegungen zu Gleichgewicht Einige Reaktionen sind so langsam, dass sie auch in geologischen Zeiträumen nicht ablaufen; Reaktionskinetik! Dehydrationsreaktionen sind vergleichsweise rasch; Fest-Fest-Reaktionen sind langsam, vor allem wenn kein Fluid im Gestein entlang von Korngrenzen vorhanden ist. H 2 O und CO 2 werden als fluide Phasen bei prograden Reaktionen freigesetzt. Sie bleiben nicht im Gestein und müssen bei retrograden Reaktionen daher zugeführt werden; sonst können sie nicht ablaufen. Prograde Reaktionen laufen oft vollständig ab, retrograde selten. Kinetik und Diffusion werden stark von T beeinflusst. Welche Abbildung entspricht einem Gleichgewicht?

6 LV Petrologie I, Teil Metamorphite: Fazieskonzept 6/7 Bei einer Reaktion können die Reaktionsprodukte Minerale die reagieren (Reaktanden) vor weiterer Reaktion schützen, sodass diese isoliert als gepanzerte Relikte erhalten bleiben. Dadurch können Reaktionsgefüge entstehen. Dies erlaubt Rekonstruktion einzelner Stadien der Entstehung eines metamorphen Gesteins.

7 LV Petrologie I, Teil Metamorphite: Fazieskonzept 7/7 Druck-Temperatur-Zeit (P-T-t) Entwicklung metamorpher Gesteine Bitte ergänzen! Gesteine zeigen oft Mineralvergesellschaftung von T max /P max (peak assemblage); Informationen über prograden Pfad sind selten erhalten (manchmal aber als Einschlüsse in Porphyroblasten) retrograde Reaktionen laufen meist nur unvollständig ab. Sie werden kontrolliert von der Verfügbarkeit von H 2 O und kinetischen Faktoren -> Reaktionsgefüge Rekonstruktion des P-T-t Pfades aus Reaktionsgefügen ermöglicht Aussagen über geotektonische Prozesse (z.b. der dargestellte P-T-t Pfad ist typisch für Verdickung von Kruste infolge von Kollisionstektonik) Modellierung von PTt Pfaden