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Die Entstehung metamorpher Gesteine



Definition: Metamorphe Gesteine sind durch den dynamischen Einfluss von Temperatur und Druck umgewandelte Gesteine magmatischer, sedimentärer oder metamorpher Herkunft. Mit diesem Prozess sind Änderungen der Textur der Ausgangsgesteine und/oder der mineralischen Zusammensetzung verbunden.



Die Umwandlung von Gesteinen

Der Grund für die Metamorphose von Gesteinen ist das Streben der mineralischen Bestandteile des Ausgangsgesteins nach einem physikalisch-chemischen Gleichgewicht, angepasst an die vorherrschenden Umgebungsbedingungen.

Die das Ursprungsgestein aufbauenden Minerale werden durch veränderte Druck- und Temperaturverhältnisse infolge der Kontakt- oder Regionalmetamorphose instabil. Im Ergebnis kommt es zu Mineralumwandlungen oder -neubildungen im Gestein; stabil genug, um den neuen Verhältnissen des Umgebung gewachsen zu sein.



Bild 1: Quarzit


Veränderung durch Druck und/oder Temperaturen

Die Temperaturen, die bei einer Gesteinsmetamorphose herrschen, schwanken zwischen 250 und höchstens 800 °C. Bei Temperaturen darüberhinaus kommt es zur vollständigen Aufschmelzung des Gesteins, es entsteht Magma.


Der Druck variiert zwischen 1.000 und 20.000 kbar. Mit zunehmender Entfernung zum Erdkern erhöhen sich sowohl Druck als auch Temperaturen, die Metamorphose wird intensiviert. Entsprechend dieser Annahme wird der Ort der Metamorphose aufsteigend in Epi-, Meso- und Katazone unterschieden.

Regional- und Kontaktmetamorphose

Die bekannteste Form der Metamorphose ist neben der Regional- die Kontaktmetamorphose.

Regionalmetamorphosen sind insbesondere Ausdruck der Gebirgsbildung, bei der die Gesteinsumformung über weitläufige Gebiete sowohl in der waagerechten als auch senkrechten Ausdehnung erfolgt. Das entsprechend metamorphisierte Gestein ist flach und stark geschiefert, aber auch gneisig. Unter sehr hohen Temperaturen kann es bei der Regionalmetamorphose zu Teilaufschmelzungen von Gesteinen kommen.

Das Kennzeichen der Kontaktmetamorphose ist die Gesteinsumwandlung durch den Einfluss von Hitze, bspw. in Form von Intrusionen oder aufsteigenden, 600 bis 1.300 °C heißen Magmen, häufig einhergehend mit Verlusten möglicher Fossilgehalte und Einbußen ursprünglicher Kristallstrukturen. Ausschlaggebend für die Kontaktmetamorphose ist vor allem die Temperatur, Druck spielt eine untergeordnete Rolle. Damit verbunden sind Aufschmelzungen der Minerale sowie die anschließende Rekristallisation. Unterschieden wird bei den rekristallisierten Mineralen zwischen isochemen - ohne Änderung der chemischen Zusammensetzung der Minerale, Ausnahme: Zufuhr von Wasser und Kohlenstoffdioxid - und allochemen Vorgängen - mit Änderung des Gesteinschemismus durch Vorhandensein neuer Elemente oder Verlagerung aus den bestehenden Mineralen.


Nicht in allen Fällen der Metamorphose sind zeitgleich hohe Temperaturen und Druck erforderlich, um die Edukte (d.h. Ausgangsgesteine) nachhaltig zu verändern. Salzhaltige Gesteine werden bereits bei 20° C umgewandelt, Druck alleine metamorphisiert Tonminerale zu Tonsteinen. Hohe Temperaturen verfestigen Gesteine lockerer Bindung, geringer Druck bewirkt eine leichte Schieferung des Gesteins.


Neue Minerale und neue Steine

Im Zuge der Metamorphose werden die im Gestein enthaltenen Minerale mehr (z.B. Gneis) oder weniger (z.B. Marmor) eingeregelt, das Gestein wird massig und dicht. Ob eine Schieferung erfolgt, ist abhängig von gerichteten Spannungszuständen, d.h. in einseitige Richtung verlaufender Druck.


Bild 2: Gneis

Anhand der Korngröße von metamorphen Gesteinen sind Rückschlüsse hinsichtlich der Temperatur- und Druckverhältnisse zum Zeitpunkt der Metamorphose möglich. Umso höher beide Komponenten, desto gröber sind die Körner im Gestein. Bei niedrigem Druck ist die Korngröße feiner (Bsp.: Tonschiefer), mittlere Verhältnisse bedingen mittelkörnige Korngrößen (z.B. Schiefer) und unter Hochmetamorphose zeigen sich grobkörnige Kristalle (z.B. Gneis).


Bild 3: Tonschiefer mit Glimmer

In Anlehnung an das Ausgangsgestein bestehen Metamorphite mit der Vorsilbe ortho aus magmatischen Gesteinen, para verweist auf sedimentäre Gesteine, und ist das Edukt noch erkennbar, wird dies mit der Vorsilbe meta deutlich gemacht.


Textur Beispiel
schiefrig Grünschiefer, Tonschiefer, Phyllit, Muskovit-Schiefer (Granatglimmerschiefer), Granatschiefer
schiefrig-kristallinGneis, Migmatit, Eklogit, Granulit, Amphibolit
kristallin Marmor, Hornfels, Metaquarzit, Skarn


Siehe auch:
Die Entstehung magmatischer Gesteine
Die Entstehung sedimentärer Gesteine
Kreislauf der Gesteine



Quellen:
Murawski, H. (1992): Geologisches Wörterbuch. Ferdinand Enke Verlag Stuttgart*
⇒ Maresch, W., Medenbach, O.; Trochim, H.-D. (1987): Die farbigen Naturführer Gesteine. Mosaik Verlag GmbH München*
Jassamanow, N.A. (1991): Kleines Spektrum der Wissenschaften - Geologie: Exkursion zur Erde*
Georgi, K.-H. (1983): Kreislauf der Gesteine - Eine Einführung in die Geologie*
Zepp, H. (2011): Grundriß Allgemeine Geographie: Geomorphologie*
Ahnert, F. (2009): Einführung in die Geomorphologie*

* = Affiliate Link

Letzte Aktualisierung: 14. September 2017

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