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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., hydrothermalalteration)

♦ Infiltration von Gesteinen durch heißes Wasser oder Gase (z.B. oberhalb von flachenIntrusionskörpern); 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

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♦ 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 (konstruktivePlattenränder); 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

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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

• i sochemische Me tamorphose (nur Aufheizung und Dehydrations-,

Dekarbonatisationsreaktionen)

und• allochemische Metamorphose wenn Reaktion mit (magmatisch-) hydrothermalen Fluiden

(km-Bereich) oder zwischen Gesteinen unterschiedlicher Zusammensetzung (dm-mBereich); Skarne

• Kontaktaureole: lokale Zonierung durch rasche Abnahme der T mit Entfernung von

Wärmequelle (Intrusionskörper)

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Temperaturentwicklung der Gesteine

Abschätzung der Maximaltemperatur, die erreicht werden kannThermische Konduktion (empirisch)

Tmax = 2*(Tm - Tc)/3+Tc

Tmax maximale Temperatur am KontaktTm Temperatur des Magmas bei Intrusion

Tc Temperatur des Nebengesteins

Thermische Konvektion• Fluide sind anwesend: H2O freigesetzt durch Kristallisation des Magmas;

Porenwasser; meteorisches Wasser entlang von Klüften

• Fluid flow und Wärmetransport;• Ausbildung eines Konvektionssystems bei geeigneten Bedingungen

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Fazies der Kontaktmetamorphose• Zeolithfazies

• Albit-Epidot-HornfelsFazies• Hornblende-Hornfels-Fazies

• Pyroxen-Hornfels Fazies• Sanidinit Fazies

Protolithealle 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 metamorphesGefüge 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).

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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).

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2. Hydrothermale Metamorphose: Skarne

• Name: altes Wort aus dem Schwedischen für „Gangart“; auch als hydrothermal-

metamorph 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 derKontaktmetamorphose (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: 400-800°C (proximal); manchmal auch etwasniedriger (200-350°, distal)

• geringer Druck; im obersten Krustenbereich (max. wenige km Tiefe)

• Mineralogische und chemische Zonierung von Skarnen:

o räumliche Zonierung mit Entfernung vom Plutono 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 -> Biotito Zonierung in Exoskarn: diverse Kalksilikatminerale: z.B. Granat-Diopsid Skarn

(Hoch-Temperatur) -> Epidot, Amphibol-Skarne (Niedrig-Temperatur); im Detailoft komplex

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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

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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 mitLagerstättenbildung; vor allem wasserfreie Minerale werden gebildet (Granat, Klinopyroxen

z.T. Ausscheidung von Oxiden etc.(Cassiterit SnO2, Magnetit Fe3O4, Scheelit CaWO4)

Stadium 3. Retrograde Umwandlung durch Abkühlung des Plutons und Zufuhr vonmeteorischem Wasser. Vor allem wasserreiche Minerale werden gebildet (Epidot, Chlorit,Talk etc.). Ausscheidung von Sulfiden; oft strukturelle Kontrolle: d.h. mehrere sichüberlagernde Gangsysteme und Alterationen.

Literatur:Evans A.M. 1993. Ore geology and industrial minerals. An introduction. Blackwell ScientificPublications. Kapitel 13

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