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Geodynamisches Setting

Man unterscheidet drei Metamorphosetypen: Kontaktmetamorphose (temperaturbetont, gleichbleibender Umgebungsdruck), Hochdruckmetamorphose (druckbetonte Settings bei vergleichsweise niedriger Temperaturzunahme) und Regionalmetamorphose (Druck- und Temperaturbetonte Metamorphose).

Die Art der Metamorphose impliziert meist ein geodynamisches Setting. So läuft die Kontaktmetamorphose im Umfeld aufsteigender Plutone ab. Von der Hochdruckmetamorphose werden meistens die subduzierten und kalten, ozeanischen Lithosphärenplatten beeinflusst. Ein Spezialfall der Hochdruckmetamorphse ist die Impaktmetamorphose. Die Regionalmetamorphose findet im Kontext der Gebirgsbildung statt. Hier sind größere Regionen von gleichermaßen starken Änderungen der Temperatur und des Drucks betroffen. Zudem wird oft die Ozeanbodenmetamorphose getrennt genannt. Hier geschieht Metamorphose durch Wechselwirkung von Meerwasser mit MORB-Basalt. Dieser Prozess wird teilweise schon der Metasomatose zugeordnet.

In jedem Setting können sowohl magmatische als auch sedimentäre Gesteine metamorph überprägt sein. Bestimmte metamorphe Fazies sind dabei geodynamischen Settings zugeordnet. Allerdings spiegelt der Gesteinsname diese Bedingungen nicht wider.


Inhaltsverzeichnis

Kontaktmetamorphose

Die Temperaturen bei der Kontaktmetamorphose liegen zwischen 200 und max. ca. 1000°C.  Die Umgebungsdrücke übersteigen 0,3 GPa nicht. Solche Bedingungen herrschen in der Umgebung von aufsteigenden Plutonen oder in der Nähe von Gängen. Typisch sind kontaktmetamorphe Aureolen, bei denen in Entfernung vom Pluton bei abnehmenden Temperaturen Zonen mit bestimmten Mineralparagenesen ausbilden. Insgesamt ist die räumliche Ausdehnung der kontaktmetamorphen Überprägung gering und überschreitet selten 1 km.

Die Gesteine der Kontaktmetamorphose sind oft massig und feinkörnig.

Beispielgesteine: Fruchtschiefer, Hornfelse.

Regionalmetamorphose

Im Verlauf der Gebirgsbildung (Orogenese) kommt es in mehreren Zyklen und über große Bereiche zur Regionalmetamorphose. Die Ausstrichfläche solcher regionalmetamorpher Komplexe ist ca. 100 – 1000 km. Dabei herrschen Drücke von ca. 0,3 bis max. 1 GPa und Temperaturen von ca. 300-1000 °C, wobei beide Parameter mit zunehmender Metamorphose gleich stark ansteigen. Ähnlich der Kontaktmetamorphose lassen sich teilweise Zonen ähnlicher Druck- und Temperaturbedingungen untergliedern, die allerdings entsprechend der Gesamtgröße des metamorphen Komplexes viel größer sind als bei der Kontaktmetamorphose.

Typisch in reginalmetamorphen Gesteinen sind Schieferung und Deformationsstrukturen, wie z.B. Gesteinsfaltungen. Es kann zu Riesenwachstum von Mineralen wie Hornblende oder Granat kommen.

Beispielgesteine: Kristalline Schiefer, z.B. Phyllite, Glimmerschiefer oder Gneise

Hochdruckmetamorphose

Die Hochdruckmetamorphose hängt mit der Regionalmetamorphose insofern zusammen, als dass auch sie sich im Rahmen von Subduktions- und Gebirgsbildungsvorgängen abspielt. Entscheidend für die Hochdruckmetamorphose ist, dass davon meist die absinkende ozeanische Lithosphärenplatte betroffen ist. Diese Gesteine sind relativ kalt und heizen sich bei der Suduktion nicht so schnell auf, da Geschwindigkeiten im Subduktionskanal sind cm/Jahr relativ schnell sind. Der entscheidende Parameter, der bei der Metamorphose auf die Gesteine einwirkt, sind die hohen Drücke. Es ist zu beachten, dass bei Zuordnung zu einem Metamorphosetyp das Druck/Temperaturverhältnis ausschlaggebend ist. Bei ultrahohen Drücken herrschen zunehmend auch hohe Temperaturen von bis zu 800°C.

Auch Gesteine der kontinentalen Kruste können von der Hochdruckmetamorphose betroffen sein. Meist handelt es sich dann um Mikrokontinente, die im Anschluss an die Subduktion eines Ozeans durch den slab pull Effekt ebenfalls subduziert werden. Zudem werden bei der Kontinent-Kontinent-Kollision in tiefen Stockwerken eines Orogens auch sehr hohe Drücke erreicht, die zur Hochdruckmetamorphose von Krustenmaterial führen können.

Beispielgesteine: Eklogite und Blauschiefer.

Spezialfall Impaktmetamorphose

Die Schockwellen- und Impaktmetamorphose ist ein Spezialfall, der bei Meteoriteneinschlag auftritt. Spitzendrücke von bis zu 100 GPa und Temperaturen von mehreren 10 000°C sind typisch.  Dabei bilden sich Suevite, Shatter Cones, Impaktbrekzien und Kataklasite, die oft Gesteinsgläser (diaplektisches Glas) oder Hochdrukmodifikationen wie Coesit enthalten.

Grenzfall Migmatit

In jedem geodynamischen Setting kann es bei hohen Temperaturen und/oder unter Anwesenheit von Fluiden zur Anatexis kommen. So bilden sich Migmatite. Sie bilden ein Zwischenstück zwischen Metamophit und Magmatit.

Abgrenzung Metasomatose

Metasomatische Überprägung ist im Gegensatz zur Metamorphose nicht isochemisch. Sie spielt sich unter Anwesenheit von Fluiden ab. Bei der Klassifikation spielen Ausgangsgestein sowie Art und Temperatur des Fluids eine Rolle. Beispiele für hochgradig metasomatische Gesteine sind Skarne oder Greisen. Sie können in allen geodynamischen Settings auftreten. Auch die Ozeanbodenmetamorphose wird oft der Metasomatose zugeordnet, da ein wesentliches Merkmal der Einbau von Ca aus dem Meerwasser ist, v.a. in Feldspäte aus dem MORB.

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Referenzen

Matthes, Siegfried (2013). Mineralogie: eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde. Springer-Verlag.


Weiterführende Informationen und Literatur

Markl, Gregor (2014). Minerale und Gesteine: Mineralogie–Petrologie–Geochemie. Springer-Verlag.
Winter, J. D. (2013). Principles of igneous and metamorphic petrology. Pearson education.

AutorInnen

Dieser Artikel wurde erstellt von:
Paula Dörfler