Grundlagen Geologischer Geländearbeiten · Plagioklas = 100% Quarz Differentiation eines...

Department für Geo- und Umweltwissenschaften, GeologieDr. Frank Söllner

Grundlagen Geologischer Geländearbeiten

Magmatite und Metamorphite

Grundlagen der Exkursion zur Berliner Hütte, Zillertal

SS2010

Magmatite in Kruste und Mantel

2SS 2008Dr. Frank Söllner


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:SiO2 > Al2O3 > Fe2O3 > FeO > MgO > CaO > Na2O > K2O

Nebengemengteile: MnO, P2O5, TiO2

flüchtige Bestandteile: H2O, CO2, CO, CH4, N2, NH3, S2, SO2, Cl2, F2, HF

Einführung


Basaltbombe, Magmatit aus dem oberen Erdmantel (Vulkanit)

Einführung


Granit, Magmatit aus der Erdkruste (Plutonit)

Gneis,metamorpher Granit



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

3 - Zufuhr von Schmelzpunkt erniedrigenden Komponenten

32

1



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).



2 - Zufuhr von Temperatur durch von der Kern/Mantel-Grenze aufsteigende Mantel-Plumes



3 - Zufuhr von Schmelzpunkt erniedrigenden Komponenten –

„We can induce melting at low temperatures if we flux the mantle with basalt, eclogite, CO2 orwater, and plate tectonics does all of these things. D. Anderson (2007) – „New Theory of the Earth“.

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)

Vulkanite oder Effusivgesteine (volcanic rocks)


Viskosität der Schmelze

hoch viskos (= zähflüssig): saure Granit- und Rhylithmagmen mit niedriger Temperatur (<900oC, Magmendome)

gering viskos (= dünnflüssig): basische Basaltmagmen mit hoher Temperatur (>1000oC, vulkanische Deckenbasalte).

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)

Plutonite oder Intrusivgesteine (igneous rocks)


Kristallisationsabfolge gesteinsbildender Minerale (Fig 3.1 Hamblin & Howard, 2005)

Plutonie im Streckeisendiagramm


Bestimmung der Gesteinsbezeichnung mit Hilfe des Modalbestands von Quarz, Kalifeldspat, Plagioklas und/oder der Foide (nach Streckeisen)

Modalbestand:30% Quarz40% Kalifeldspat20% Plagioklas7% Biotit3% Erzphasen

Kf:Pl = 2:1(Kf+Pl):Qz = 2:1

Was ist das für ein Gestein?

bleibenunberücksichtigt

A = 100% Alkalifeldspat

P = 100% Plagioklas

= 100% Quarz

Differentiation eines basaltischen Magmen

Metamorphite


Metamorphit, gefaltet (Gneis)

Magmatit - Metamorphit


Granit, Magmatit aus der Erdkruste (Plutonit)

Gneis,metamorpher Granit

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 (Tmin = 640 °C)

Metamorphite


Metamorphite zeigen meist eine Foliation – warum?

aus Hamblin & Howard 2002

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.

Metamorphite


Die Schieferung kann gefaltete sein– warum?


Metamorphosetypen



Wo kommt Metamorphose in der Kruste vor ?

Metamorphose an konvergierenden Plattengrenzen

Metamorphose an divergierenden Plattengrenzen

Metamorphosetypen



Grünschiefer Fazies

Blauschiefer Fazies

Eklogit Fazies

Granulit Fazies

Amphibolit FaziesAmphibolit Fazies

Metamorphit -Protolith


Metamorphite, paragen


aus Maresch & Medenbach 1987

Granat-Glimmerschiefer

„Hornblendegarbenschiefer“ Granat-Glimmerschiefer

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 porphyrischeKalifeldspäte zu betrachten.

Der Protolith (Ausgangsgestein) des Augengneis ist ein porphyrischer Granit.

Metamorphosetypen



Metamorphosetypen


Serpentinit (61)

Serpentinminerale (Chrysotil, Antigorit, Asbest)

Grünlich-schwarzes Gestein, hervorgegangen aus der Umwandlung von Peridotit (Mantelgestein)

(hellgrün = restitischer Olivin)

aus Maresch & Medenbach 1987

Minerale und Metamorphose


Gesteinsbildende Minerale bei unterschiedlichen P-T-Bedingungen in Metapelit und Metabasit

ansteigende Metamorphosebedingungen (P und T)

Eklogit-Fazies

Granulit-Fazies

Veränderung des Anorthitgehalts im Plagioklas

In allen Metapeliten vorhanden

Metamorphose P-T-Diagramm


1Kbar = 0,1 GPa

Schmelzkurve (Solidus) im Granitsystem

Anatexis

Migmatitstrukturen


agmatisch, Breccien-Struktur

Schollen-Migmatit

Migmatit-Strukturen

diktyonitisch, Netzstruktur

stromatisch, Lagen-Struktur

phlebitisch, Aderstruktur

Boudinage, Dehnungsstruktur

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.

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