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Department für Geo- und Umweltwissenschaften, GeologieDr. Frank Söllner
Grundlagen Geologischer Geländearbeiten
Magmatite und Metamorphite
Grundlagen der Exkursion zur Berliner Hütte, Zillertal
SS2010
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Magmatite in Kruste und Mantel
2SS 2008Dr. Frank Söllner
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: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
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Einführung
3SS 2008Dr. Frank Söllner
Basaltbombe, Magmatit aus dem oberen Erdmantel (Vulkanit)
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Einführung
4SS 2008Dr. Frank Söllner
Granit, Magmatit aus der Erdkruste (Plutonit)
Gneis,metamorpher Granit
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Magmatite in Kruste und Mantel
5SS 2008Dr. Frank Söllner
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
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Magmatite in Kruste und Mantel
6SS 2008Dr. Frank Söllner
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).
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Magmatite in Kruste und Mantel
7SS 2008Dr. Frank Söllner
2 - Zufuhr von Temperatur durch von der Kern/Mantel-Grenze aufsteigende Mantel-Plumes
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Magmatite in Kruste und Mantel
8SS 2008Dr. Frank Söllner
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“.
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Vulkanische Textur
9SS 2008Dr. Frank Söllner
Merkmale vulkanischer Textur
vulkanisch (aphanitic)
hyaline bis kryptokristalline Matrix,
Hohlräume, Blasen, bis schaumig
Beispiel: Basalt (26)
Rhyolith (29)
Tuff (31)
Hamblin & Howard, 2005)
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Vulkanite oder Effusivgesteine (volcanic rocks)
10SS 2008Dr. Frank Söllner
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).
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Plutonische Textur
11SS 2008Dr. Frank Söllner
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)
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Plutonite oder Intrusivgesteine (igneous rocks)
12SS 2008Dr. Frank Söllner
Kristallisationsabfolge gesteinsbildender Minerale (Fig 3.1 Hamblin & Howard, 2005)
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Plutonie im Streckeisendiagramm
13SS 2008Dr. Frank Söllner
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
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Metamorphite
14SS 2008Dr. Frank Söllner
Metamorphit, gefaltet (Gneis)
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Magmatit - Metamorphit
15SS 2008Dr. Frank Söllner
Granit, Magmatit aus der Erdkruste (Plutonit)
Gneis,metamorpher Granit
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Metamorphite
16SS 2008Dr. Frank Söllner
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)
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Metamorphite
17SS 2008Dr. Frank Söllner
Metamorphite zeigen meist eine Foliation – warum?
aus Hamblin & Howard 2002
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Metamorphite
18SS 2008Dr. Frank Söllner
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.
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Metamorphite
19SS 2008Dr. Frank Söllner
Die Schieferung kann gefaltete sein– warum?
aus Hamblin & Howard 2002
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Metamorphosetypen
20SS 2008Dr. Frank Söllner
aus Hamblin & Howard 2002
Wo kommt Metamorphose in der Kruste vor ?
Metamorphose an konvergierenden Plattengrenzen
Metamorphose an divergierenden Plattengrenzen
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Metamorphosetypen
21SS 2008Dr. Frank Söllner
aus Hamblin & Howard 2002
Grünschiefer Fazies
Blauschiefer Fazies
Eklogit Fazies
Granulit Fazies
Amphibolit FaziesAmphibolit Fazies
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Metamorphit -Protolith
22SS 2008Dr. Frank Söllner
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Metamorphite, paragen
23SS 2008Dr. Frank Söllner
aus Maresch & Medenbach 1987
Granat-Glimmerschiefer
„Hornblendegarbenschiefer“ Granat-Glimmerschiefer
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Metamorphite, orthogen
24SS 2008Dr. Frank Söllner
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.
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Metamorphit -Protolith
25SS 2008Dr. Frank Söllner
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Metamorphosetypen
26SS 2008Dr. Frank Söllner
aus Hamblin & Howard 2002
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Metamorphit -Protolith
27SS 2008Dr. Frank Söllner
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Metamorphosetypen
28SS 2008Dr. Frank Söllner
Serpentinit (61)
Serpentinminerale (Chrysotil, Antigorit, Asbest)
Grünlich-schwarzes Gestein, hervorgegangen aus der Umwandlung von Peridotit (Mantelgestein)
(hellgrün = restitischer Olivin)
aus Maresch & Medenbach 1987
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Minerale und Metamorphose
29SS 2008Dr. Frank Söllner
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
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Metamorphose P-T-Diagramm
30SS 2008Dr. Frank Söllner
1Kbar = 0,1 GPa
Schmelzkurve (Solidus) im Granitsystem
Anatexis
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Migmatitstrukturen
31SS 2008Dr. Frank Söllner
agmatisch, Breccien-Struktur
Schollen-Migmatit
Migmatit-Strukturen
diktyonitisch, Netzstruktur
stromatisch, Lagen-Struktur
phlebitisch, Aderstruktur
Boudinage, Dehnungsstruktur
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Magmatite - Metamorphite
32SS 2008Dr. Frank Söllner
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.