Grundlagen Geologischer Geländearbeiten

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1 Department für Geo- und Umweltwissenschaften, Geologie Grundlagen Geologischer Geländearbeiten Magmatite und Metamorphite Grundlagen der Exkursion zur Berliner Hütte, Zillertal SS2010

2 Magmatite in Kruste und Mantel Magmatite in Kruste und Mantel Definition von Magma: Natürliche, silikatische Schmelze mit wechselnden Anteilen von Gasen und Kristallen. Durch Erstarren der Schmelze bilden sich die Magmatite oder magmatischen Gesteine. Hauptkomponenten des Magmas dargestellt als Oxid: SiO 2 > Al 2 O 3 > Fe 2 O 3 > FeO > MgO > CaO > Na 2 O > K 2 O Nebengemengteile: MnO, P 2 O 5, TiO 2 flüchtige Bestandteile: H 2 O, CO 2, CO, CH 4, N 2, NH 3, S 2, SO 2, Cl 2, F 2, HF 2

3 Einführung Basaltbombe, Magmatit aus dem oberen Erdmantel (Vulkanit) 3

4 Einführung Granit, Magmatit aus der Erdkruste (Plutonit) Gneis, metamorpher Granit 4

5 Magmatite in Kruste und Mantel Entstehung der Schmelzen im oberen Erdmantel: Es gibt prinzipiell drei Ursachen, die zur Bildung von größeren Schmelzmengen im oberen Erdmantel führen können: 1 -Teilschmelzbildung durch Dekompression 2 - Zufuhr von Temperatur durch von der Kern/Mantel-Grenze aufsteigende Mantel- Plumes Zufuhr von Schmelzpunkt erniedrigenden Komponenten 1 5

6 Magmatite in Kruste und Mantel 1 -Teilschmelzbildung durch Dekompression bei Dehnung und Ausdünnung der Kruste, bei passiver Aufwölbung des Mantels (Spreizung am MOR), bei aktiver Aufwölbung des Mantels (abreißende Platte). 6

7 Magmatite in Kruste und Mantel 2 - Zufuhr von Temperatur durch von der Kern/Mantel- Grenze aufsteigende Mantel-Plumes 7

8 Magmatite in Kruste und Mantel 3 - Zufuhr von Schmelzpunkt erniedrigenden Komponenten We can induce melting at low temperatures if we flux the mantle with basalt, eclogite, CO 2 or water, and plate tectonics does all of these things. D. Anderson (2007) New Theory of the Earth. 8

9 Vulkanische Textur Merkmale vulkanischer Textur vulkanisch (aphanitic) hyaline bis kryptokristalline Matrix, Hohlräume, Blasen, bis schaumig Beispiel: Basalt (26) Rhyolith (29) Tuff (31) Hamblin & Howard, 2005) 9

10 Vulkanite oder Effusivgesteine (volcanic rocks) Viskosität der Schmelze hoch viskos (= zähflüssig): saure Granit- und Rhylithmagmen mit niedriger Temperatur (<900 o C, Magmendome) gering viskos (= dünnflüssig): basische Basaltmagmen mit hoher Temperatur (>1000 o C, vulkanische Deckenbasalte). 10

11 Plutonische Textur Merkmale plutonischer Textur plutonisch-porphyrisch (porphyric-phaneritic) holokristallin (voll kristallisiert) Kristalle mit Korngrenzen untereinander Minerale richtungslos gewachsen, ungleichkörnig (porphyrisch) Mosaikgefüge dicht, keine Hohlräume Beispiel: Granit (19) Diorit (20/20a) Tonalit (20b) Hamblin & Howard, 2005) 11

12 Plutonite oder Intrusivgesteine (igneous rocks) Kristallisationsabfolge gesteinsbildender Minerale (Fig 3.1 Hamblin & Howard, 2005) 12

13 Plutonie im Streckeisendiagramm Differentiation eines basaltischen Magmen A = 100% Alkalifeldspat = 100% Quarz P = 100% Plagioklas Bestimmung der Gesteinsbezeichnung mit Hilfe des Modalbestands von Quarz, Kalifeldspat, Plagioklas und/oder der Foide (nach Streckeisen) Modalbestand: 30% Quarz 40% Kalifeldspat 20% Plagioklas 7% Biotit 3% Erzphasen Kf:Pl = 2:1 (Kf+Pl):Qz = 2:1 bleiben unberücksichtigt Was ist das für ein Gestein? 13

14 Metamorphite Metamorphit, gefaltet (Gneis) 14

15 Magmatit - Metamorphit Granit, Magmatit aus der Erdkruste (Plutonit) Gneis, metamorpher Granit 15

16 Metamorphite Metamorphite Metamorphose: Um- bzw. Neukristallisation des Mineralbestandes von Gesteinen in der Erdkruste durch Druck- und Temperaturänderungen unter Beibehaltung des festen Zustands, mit dem Wachstum neuer, P- und T- angepasster Minerale. T > 220 ± 20 C Mechanismen der Gefügeprägung bei der Metamorphose: Druck, Temperatur und Deformation als prägende Faktoren metamorpher Gesteine Anatexis Das Gestein beginnt partiell aufzuschmelzen (T min = 640 C) 16

17 Metamorphite Metamorphite zeigen meist eine Foliation warum? aus Hamblin & Howard

18 Metamorphite Wie entsteht eine Foliation in metamorphen Gesteinen? - durch Wachstum von blättrig-schuppigen und stengeligen Mineralen (v.a. Glimmer, Amphibol) in Richtung des minimalen Stresses => Ausbildung einer Schieferung (Phyllit, Glimmerschiefer) = Trennflächen im Gestein - durch alternierenden Wechsel von Lagen mit unterschiedlicher Mineralzusammensetzung => Ausbildung einer Gneistextur (Wechsel von Glimmer-reichen und Feldspat/Quarz-reichen Partien => Gneise mit Lagenbau) Ursache/Erklärung Eine Foliation orientiert sich am lokalen Stressfeld. Die Kristallisation der blättrigen Minerale erfolgt mit den ebenen Flächen (kristallographisch die (001)-Fläche) senkrecht zur Beanspruchungsrichtung (Kristallisationsschieferung). Je mehr blättrige Minerale wachsen, desto besser ist die Schieferungsfläche audgebildet. Die sich bildenden Minerale sind dabei abhängig von der jeweils in der Kruste herrschenden Temperatur. 18

19 Metamorphite aus Hamblin & Howard 2002 Die Schieferung kann gefaltete sein warum? 19

20 Metamorphosetypen Wo kommt Metamorphose in der Kruste vor? Metamorphose an divergierenden Plattengrenzen Metamorphose an konvergierenden Plattengrenzen aus Hamblin & Howard

21 Metamorphosetypen Grünschiefer Fazies Amphibolit Fazies Amphibolit Fazies Blauschiefer Fazies Granulit Fazies Eklogit Fazies aus Hamblin & Howard

22 Metamorphit -Protolith 22

23 Metamorphite, paragen Hornblendegarbenschiefer Granat-Glimmerschiefer Granat-Glimmerschiefer aus Maresch & Medenbach

24 Metamorphite, orthogen Orthogneis oder Augengneis (60b) Orientieren Sie das Handstück nach den gegebenen Koordinaten und identifizieren Sie die Lage der Schieferungsfläche? Die Augen sind als ehemals porphyrische Kalifeldspäte zu betrachten. Der Protolith (Ausgangsgestein) des Augengneis ist ein porphyrischer Granit. 24

25 Metamorphit -Protolith 25

26 Metamorphosetypen aus Hamblin & Howard

27 Metamorphit -Protolith 27

28 Metamorphosetypen Serpentinit (61) Serpentinminerale (Chrysotil, Antigorit, Asbest) Grünlich-schwarzes Gestein, hervorgegangen aus der Umwandlung von Peridotit (Mantelgestein) (hellgrün = restitischer Olivin) aus Maresch & Medenbach

29 Minerale und Metamorphose Granulit-Fazies Gesteinsbildende Minerale bei unterschiedlichen P-T-Bedingungen in Metapelit und Metabasit In allen Metapeliten vorhanden Eklogit-Fazies Veränderung des Anorthitgehalts im Plagioklas ansteigende Metamorphosebedingungen (P und T) 29

30 Metamorphose P-T-Diagramm Schmelzkurve (Solidus) im Granitsystem Anatexis 1Kbar = 0,1 GPa 30

31 Migmatitstrukturen Migmatit-Strukturen agmatisch, Breccien-Struktur diktyonitisch, Netzstruktur Schollen-Migmatit phlebitisch, Aderstruktur stromatisch, Lagen-Struktur Boudinage, Dehnungsstruktur 31

32 Magmatite - Metamorphite Literatur Bahlburg H. & Breitkreuz C. (2004): Grundlagen der Geologie, Spektrumverlag, 403 S. Maresch W. & Medenbach O. (1987): Gesteine, Mosaikverlag, Steinbachs s Naturführer, 288 S. Hamblin W.K & Howard D.H. (2002): Exercises in Physical Geology. 256S. Anderson, D.L. (2007): Theory of the Earth. 384 S. 32