Arten der Metamorphose - Überblick

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1 LV Petrologie I, Teil Metamorphite: Kontaktmetamorphose & Skarne 1/10 Arten der Metamorphose - Überblick 1. Kontaktmetamorphose (contact m., thermal m.) Lokale Aufheizung von Gesteinen um Intrusionskörper (über Subduktionszonen, Vulkanbögen, Intraplatten-Settings) Änderungen in T bedeutend, hoher geothermischer Gradient Änderung in Zusammensetzung durch Kontakt mit magmatischen Fluiden (großräumig) oder Nebengesteinen (kleinräumig) Dehydration etc. von OH-führenden Mineralen keine Durchbewegung: ungerichtetete Gefüge Hornfelse, Frucht- und Knotenschiefer etc. 2. Hydrothermale Metamorphose / H. Alteration (engl. hydrothermal m., hydrothermal alteration) Infiltration von Gesteinen durch heißes Wasser oder Gase (z.b. oberhalb von flachen Intrusionskörpern); aktive geothermale Felder Änderungen in T und chemischer Zusammensetzung, vor allem Hydration lokal hoher geothermischer Gradient; rascher Wärmetransport normalerweise ungeregelte Gefüge Ähnlichkeit zur Ozeanbodenmetamorphose; Überlappung mit hydrothermaler Alteration bei Lagerstättenbildung 3. Orogene Metamorphose = Regionale Thermodynamometamorphose (engl. orogenic, regional thermo-dynamic m.) destruktive Plattenränder (Subduktionszonen kontinentale Kollisionszonen) regionale (großräumige) Änderung des P-T-Deformations-Regimes niedrige bis mittlere geothermische Gradienten geringe Änderung des Chemismus Deformation -> metamorphe Gesteine mit deutlicher Paralleltextur Schiefer etc. 4. Versenkungsmetamorphose (engl. burial m.) auch als Sonderform der regionalen Metamorphose anzusehen

2 LV Petrologie I, Teil Metamorphite: Kontaktmetamorphose & Skarne 2/10 Absenkung (Subsidenz) eines Sedimentbeckens (Back Arc Becken, beginnende Riftzonen) regionale Änderung des P-T Regimes niedrige bis mittlere geothermische Gradienten, geringer Druck, nicht sehr hohe Temperatur (Diagenese ca. 150 ± 50 bis 400 C) kaum Deformation; primäre Gefüge des Protoliths bleiben erhalten Hornfelse etc. 5. Dislokationsmetamorphose (= Dynamische M, = Kataklastische M.; engl. dynamic m.) lokal begrenzte Bewegungsbahnen (Störungen, Scherzonen) niedrige bis mittlere geothermische Gradienten bei höheren T: Umkristallisation bei extremer mechanischer Deformation Gesteine mit extremen Deformationsgefügen (Mylonit, Kataklasit etc.) 6. Ozeanbodenmetamorphose (engl. ocean floor m.) betrifft magmatische Gesteine an submarinen Spreading-Zentren (konstruktive Plattenränder); Störungen ermöglichen Eindringen und Reaktion mit Meerwasser (komplexe Lösung!) lokale bis regionale Prozesse hoher geothermischer Gradient, niedriger Druck Änderungen in T und chemischer Zusammensetzung, vor allem Hydration ungeregelte bis geregelte (Transform-Störungen) Gefüge 7. Impaktmetamorphose (= Schockmetamorphose, engl. impact m.) Meteoritenimpakte mit sehr hoher Geschwindigkeit sehr lokal, extrem kurzzeitig (µs), druckbetont Bildung von Hochdruckphasen (Coesit, Stishovit, Diamant) Schockstrukturen nicht von Plattentektonik kontrolliert auf Erde wenig bedeutsam, aber auf anderen Himmelskörpern

3 LV Petrologie I, Teil Metamorphite: Kontaktmetamorphose & Skarne 3/10 1. Kontaktmetamorphose (thermische Metamorphose, engl. thermal m.) Ursachen und Prozesse Änderung der Temperatur von Nebengesteinen durch den thermischer Effekt von Intrusionskörpern; vor allem in oberer Kruste geotektonische Bereiche mit Plutonismus: Magmatische Bögen (volcanic arcs) oberhalb von Subduktionszonen; Kollisionszonen; Intraplatten-Settings etc. hoher geothermischer Gradient und T-betonte Metamorphose; kaum gerichteter Druck isochemische Metamorphose (nur Aufheizung und Dehydrations-, Dekarbonatisationsreaktionen) und allochemische Metamorphose wenn Reaktion mit (magmatisch-) hydrothermalen Fluiden (km-bereich) oder zwischen Gesteinen unterschiedlicher Zusammensetzung (dm-m Bereich); Skarne Kontaktaureole: lokale Zonierung durch rasche Abnahme der T mit Entfernung von Wärmequelle (Intrusionskörper)

4 LV Petrologie I, Teil Metamorphite: Kontaktmetamorphose & Skarne 4/10 Temperaturentwicklung der Gesteine Abschätzung der Maximaltemperatur, die erreicht werden kann Thermische Konduktion (empirisch) T max = 2*(T m - T c )/3+T c T max T m T c maximale Temperatur am Kontakt Temperatur des Magmas bei Intrusion Temperatur des Nebengesteins Thermische Konvektion Fluide sind anwesend: H 2 O freigesetzt durch Kristallisation des Magmas; Porenwasser; meteorisches Wasser entlang von Klüften Fluid flow und Wärmetransport; Ausbildung eines Konvektionssystems bei geeigneten Bedingungen

5 LV Petrologie I, Teil Metamorphite: Kontaktmetamorphose & Skarne 5/10 Fazies der Kontaktmetamorphose Zeolithfazies Albit-Epidot-HornfelsFazies Hornblende-Hornfels-Fazies Pyroxen-Hornfels Fazies Sanidinit Fazies Protolithe alle möglichen Gesteine der oberen Kruste, vor allem Metasedimente Metabasite Ultramafite etc. Gefüge und Gesteine meist ungerichtete Gefügetypen Ungleichkörnig kristalloblastische Gefüge; Poikiloblasten von Andalusit, Cordierit, Biotit, Amphibol etc., die oft ein älteres schwächer metamorphes Gefüge überwachsen -> Knotenschiefer(spotted schist) Gleichkörnig granoblastische Gefüge; massig, dichte, sehr zähe Gesteine mit weniger deutlich erkennbaren Poikiloblasten -> Hornfelse (hornfels) Reaktions- und Verdrängungsgefüge -> Skarne (metasomatische Gesteine mit Kalksilikatmineralen).

6 LV Petrologie I, Teil Metamorphite: Kontaktmetamorphose & Skarne 6/10 Abb. Die Ballachulish Kontaktmetamorphose-Aureole in den westlichen Schottschen Highlands. (a) Verteilung der Metamorphosezonen; (b) Charakteristische Mineralvergesellschaftung in Peliten; (c) T-P (z) Bedingungen der einzelnen Zonen (aus Duff, 1993).

7 LV Petrologie I, Teil Metamorphite: Kontaktmetamorphose & Skarne 7/10 2. Hydrothermale Metamorphose: Skarne Name: altes Wort aus dem Schwedischen für Gangart ; auch als hydrothermalmetamorph od. pyrometasomatisch bezeichnet oft (aber nicht ausschließlich) am Kontakt von Intrusivkörpern mit reaktiven Nebengesteinen entwickelt; v.a. karbonatische bzw. karbonatisch-klastische Gesteine kontinuierlicher Übergang von ±isochemisch gebildeten Gesteinen der Kontaktmetamorphose (z.b. Kalksilikatfelse) zu metasomatischen Gesteinen (Skarne im engeren Sinne) Metasomatische Prozesse führen zu Stoffaustausch von Si, Al, Mg, Fe etc.; Anreicherung von seltenen Elementen und Lagerstättenbildung: Cu, Fe, W, Mo, Pb, Zn, Sn, Au, Talk Nomenklatur: Endoskarn: Reaktion mit Al-reichen Nebengesteinen (v.a. Intrusivgestein) Exoskarn: Reaktion mit karbonatischen Nebengesteinen Bildungsbedingungen: Temperaturbereich der Skarnbildung: C (proximal); manchmal auch etwas niedriger ( , distal) geringer Druck; im obersten Krustenbereich (max. wenige km Tiefe) Mineralogische und chemische Zonierung von Skarnen: o räumliche Zonierung mit Entfernung vom Pluton o zeitliche Zonierung: Hoch-Temperatur Paragenesen werden von Niedrig- Temperatur-Paragenesen überprägt und resultieren in komplexer Skarnmineralogie o z.b. häufige Zonierung in Endoskarn: Granat -> Pyroxen -> Amphibol -> Biotit o Zonierung in Exoskarn: diverse Kalksilikatminerale: z.b. Granat-Diopsid Skarn (Hoch-Temperatur) -> Epidot, Amphibol-Skarne (Niedrig-Temperatur); im Detail oft komplex

8 LV Petrologie I, Teil Metamorphite: Kontaktmetamorphose & Skarne 8/10 Idealisierter N-S Schnitt einer Quarz-Monzonit Intrusion in Marmor. Crestmore, Kalifornien. Die Kontakaureole ist bis 17 m dick und wird aus drei mineralogischen Zonen aufgebaut. Beispiel für Mineralzonierung in einem Sulfid-führenden Exoskarn, Ely, Nevada

9 LV Petrologie I, Teil Metamorphite: Kontaktmetamorphose & Skarne 9/10 Stadien der Entwicklung von Skarnlagerstätten Mehrere, meist sich überlagernde Stadien sind unterscheidbar: (1) Kontaktmetamorphose; (2) mehrphasige Metasomatose (Hoch-T); (3) retrograde Umwandlung (Niedrig-T) Stadium 1: Rekristallisation von Nebengestein um den Intrusionskörper; Bildung von Hornfels, Marmor etc.; ± isochemische Metamorphose; nur Stofftransport durch Diffusion zwischen benachbarten Lagen (=Reaktionsskarn) Stadium 2: Infiltration von magmatisch-hydrothermalen Fluiden; metasomatische Umwandlung der Nebengesteine in Endo- und Exoskarne; Hochtemperatur-Reaktionen of mit Lagerstättenbildung; vor allem wasserfreie Minerale werden gebildet (Granat, Klinopyroxen z.t. Ausscheidung von Oxiden etc.(cassiterit SnO 2, Magnetit Fe 3 O 4, Scheelit CaWO 4 ) Stadium 3. Retrograde Umwandlung durch Abkühlung des Plutons und Zufuhr von meteorischem Wasser. Vor allem wasserreiche Minerale werden gebildet (Epidot, Chlorit, Talk etc.). Ausscheidung von Sulfiden; oft strukturelle Kontrolle: d.h. mehrere sich überlagernde Gangsysteme und Alterationen. Literatur: Evans A.M Ore geology and industrial minerals. An introduction. Blackwell Scientific Publications. Kapitel 13

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