4. Versenkungsmetamorphose (Burial metamorphism)

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Leonard Fiedler
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1 LV Petrologie I, Teil Metamorphite 1/6 4. Versenkungsmetamorphose (Burial metamorphism) Allgemeines Niedrig gradige Metamorphose in Sedimentbecken als Folge von Versenkung. z.b. Southland Syncline in Neuseeland: ein dicker Stapel (> 10 km) mesozoischer pyroklastischer Gesteine Coombs (1961) schlug für diese Art der Metamorphose auch hydrothermal metamorphism vor, da heiße H 2 O-reiche Fluide beteiligt sind und normalerweise metasomatischer Stoffaustausch stattfindet Schwierige Abtrennung von anderen Arten der Metamorphose, da hydrothermal Effekte oft auch bei anderen Typen von Metamorphose eine Rolle spielen Ursachen und Prozesse Metamorphose ist das Ergebnis von Druck- und Temperaturzunahme infolge von Versenkung geringe Deformation; keine Intrusionen Versenkungsmetamorphose tritt auf in Gebieten, die keine nennenswerte Deformation oder Orogenese erlebt haben Sie ist beschränkt auf große, relativ ungestört Sedimentanreicherungen abseits von aktiven Kontinentalrändern; Golf von Mexiko? Bengalen Delta (Bengal Fan)? Bengal Fan > 22 km Sedimente Extrapolation o C an der Basis des Beckens (P ~ 0.6 GPa) T-P Bedingungen sind bereits jene von Metamorphose; Überlagerungsdruck der Sedimente reicht aus um in Gesteinen an der Basis eine Foliation zu erzeugen Da passive Kontinentalränder oft zu aktiven werden, können Bereiche mit Versenkungsmetamorphose solche mit orogener Metamorphose werden.

2 LV Petrologie I, Teil Metamorphite 2/6 Protolithe Pyroklastische Gesteine, Vulkanite, klastische Sedimente; feinkörnige, Hoch-Temperatur Mineralphasen in Protolithen, oft auch vulkanische Asche mit Glas: sehr empfindlich gegenüber metamorpher Alteration Metamorphosezonierung Übergang von der Diagenese zu schwachgradiger Metamorphose der Subgrünschieferfazies (Zeolithe, Prehnit, Pumpellyit, Laumontit etc.) Beispiel: Otago, Neuseeland; jurassische Grauwacken, Tuffe und Vulkanite in einem tiefen Trog, die während der Kreide metamorph wurden Isograden (im Gelände kartierbar) 1) Zeolith 2) Prehnit-Pumpellyit 3) Pumpellyit (-Aktinolith) 4) Chlorit (-Klinozoisit) 5) Biotit 6) Almandin (Granat) 7) Oligoklas (Albit wird ersetzt durch Ca-reicheren Plagioklas) Im Unterschied zeigen orogene Gürtel oft direkten Übergang von Diagenese zur Chlorit- oder Biotitzone Entwicklung der sehr niedrig-gradigen Zonen in Neuseeland könnte die sehr instabile Natur der Protolithe (Tuffe, Grauwacken) widerspiegeln, sowie die Vefügbarkeit von heißem Wasser; pelitische Sedimente reagieren möglicherweise erst bei etwas höherem Metamorphosegrad.

LV623015 Petrologie I, Teil Metamorphite 3/6 Geologic sketch map of the South Island of New Zealand showing the Mesozoic metamorphic rocks east of the

The Torlese Group is metamorphosed predominantly in the prehnite-pumpellyite zone, and the Otago Schist in higher grade zones.

3 LV Petrologie I, Teil Metamorphite 3/6 Geologic sketch map of the South Island of New Zealand showing the Mesozoic metamorphic rocks east of the older Tasman Belt and the Alpine Fault. The Torlese Group is metamorphosed predominantly in the prehnite-pumpellyite zone, and the Otago Schist in higher grade zones. X-Y is the Haast River Section of Figure From Turner (1981) Metamorphic Petrology: Mineralogical, Field, and Tectonic Aspects. McGraw-Hill. Metamorphic zones of the Haast Group (along section X-Y in Figure 21-10). After Cooper and Lovering (1970) Contrib. Mineral. Petrol., 27,

LV623015 Petrologie I, Teil Metamorphite 4/6 5.

4 LV Petrologie I, Teil Metamorphite 4/6 5. Ozeanbodenmetamorphose (seafloor metamorphism) Protolithe: Magmatische Gesteine der ozeanische Kruste, die an Spreading-Zentren der mittelozanischen Rücken (MOR) gebildet werden Ursachen und Prozesse: Abkühlung und spröde Deformation erzeugt Störungen (z.b. Transform St., Abkühlungsrisse) Wasser dringt ein, wird durch heiße Magmen erhitzt und steigt fokussiert entlang von Strukturen auf; hydrothermale Fluidzirkulation Konvektiver Wärmetransport durch erhitztes Meerwasser; Zonen mit anomal erhöhten geothermischen Gradienten und erhöhtem Wärmefluß; bis ca. 300 C km -1! Metamorphose v.a. kontrolliert von Temperatur (0-400 C) bei geringem Druck (<1 kbar) Änderung der chemischen Zusammensetzung der Gesteine durch Reaktion mit Meerwasser (reaktive Lösung!); offenes System -> hydrothermale Alteration Hydratisationsreaktionen: verschiedene OH- hältige Minerale bilden sich; z.b. Chloritisierung (Mg und HO Zufuhr, Ca Abfuhr) etc. derzeit weltweit die verbreitetste Art der Metamorphose; an MOR schwer zu studieren; Ophiolithe (Zypern etc.) Gefüge Feinkörnig, massig, Verdrängungsgefüge, Pseudomorphosen; altes Gefüge oft reliktisch erhalten; sequenzielle Gefüge in hydrothermalen Zufuhrkanälen. Gesteine Zeolith-, Grünschiefer- und Amphibolitfazies: Metabasalte, Metagabbros, Metaperidotite (Serpentinite) etc.

5 LV Petrologie I, Teil Metamorphite 5/6 Ein Beispiel für Ozeanbodenmetamorphose; Troodos Komplex, Zypern Obere Kissenlaven (upper pillow lavas): geringste Metamorphose: v.a. Umwandlung von Glas Untere Kissenlaven (lower pillow lavas): starke Umwandlung in Mineralvergesellschaftungen der Zeolithfazies (Zeolithe, Smektite etc.); typische "Greenstones" Sheeted dykes: Grenze Zeolith - Grünschieferfazies; Zeolithe verschwinden; Smektit - > Chlorit + Quarz -> Epidot + Aktinolith; Plagioklas -> Albit In tieferen Anteilen der sheeted dykes -> Amphibolitfazies; Metabasite mit Plg + Hbl + Qu + Diopsid etc.

6 LV Petrologie I, Teil Metamorphite 6/6 Black Smoker (Schwarze Raucher) Submarine geothermale Felder im Bereich MOR mit Anreicherung von Schwermetallen etc. Meerwasser, eine Lösung reich an Na, Cl, Mg, SO 4 etc., reagiert mit ozeanischer Kruste und bildet Mg- und OH-reiche Minerale (siehe oben) o ph Erniedrigung: Metalle (Fe, Cu, Zn, Au, gehen in Lösung) o Reduktion: SO 4 wird zu S-Spezies reduziert; gleichzeitig Oxidation des Basaltes (Bildung von Magnetit; Fe 2+ -> Fe 3+ ) Ausfällung von Mineralen durch Temperatur-Erniedrigung und Fluid-Mixing beim Austreten der heißen hydrothermalen Lösungen (bis 350 C) und Kontakt mit Meerwasser o Fe-, Zn-, Cu-Sulfide; Au o amorphes SiO 2 o bei niedrigeren T auch Sulfate (Anhydrit, Baryt) -> white smoker

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