TERRA-Online / Gymnasium

Infoblatt Metamorphe Gesteine

Entstehung von metamorphen Gesteinen




Metamorphe Gesteine oder Metamorphite entstehen aus älteren Gesteinen, Sedimenten, Magmatiten oder älteren Metamorphiten in größerer Erdtiefe durch Umwandlung ihres Mineralbestandes.

In allen Gesteinen bilden sich für ihre jeweiligen Bildungsbedingungen typische Mineralvergesellschaftungen (Mineralparagenesen) aus. In Sedimenten und Vulkaniten beispielsweise bilden sich Minerale, die unter den Bedingungen an der Erdoberfläche stabil sind. Werden solche Gesteine vom Ort ihrer Entstehung, etwa durch Gebirgsbildung, in größere Erdtiefe gebracht, wo höhere Temperaturen und Drücke herrschen, werden einige Minerale instabil. Deswegen stellt sich das Gestein in entsprechender Zeit und bei Anwesenheit von Wasser auf die geänderten Bedingungen ein, indem die instabilen Minerale in andere, nunmehr stabile umgewandelt werden. Dies ist der Vorgang der Metamorphose. Die chemische Zusammensetzung des Gesteins ändert sich dabei kaum; entscheidende Faktoren sind die Temperatur und der Druck. Der hierbei wichtige Druck ist ein allseitiger Druck, der allein aus der Auflast der überlagernden Gesteinssäule resultiert. Gesteine unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung, die unter gleichen Druck- und Temperaturbedingungen gebildet wurden, werden zu einer 'Fazies' zusammengefasst.

Drei Arten der Metamorphose werden unterschieden (siehe Diagramm unten):

1. Die Kontaktmetamorphose: Bei der Platznahme von 600 - 1.300°C heißen Magmenkörpern in der oberen Erdkruste kommt es zur Aufheizung der Nebengesteine. Diese Metamorphose, bei der der Einfluss der Temperatur überwiegt, kann Kontakthöfe von wenigen Metern bis Kilometern um Plutone bilden.
2. Die Regionalmetamorphose ist die typische Metamorphose während der Gebirgsbildung. Sie erfasst riesige Gebiete, wobei Gesteine durch Stapelung von Decken in tiefere Krustenbereiche gelangen, wo sie höheren Temperaturen und Drücken ausgesetzt sind. Neben dem Überlagerungsdruck ist in der Regel infolge der Einengungsprozesse bei der Gebirgsbildung noch ein gerichteter Druck, Stress genannt, wirksam, der für die Verformung der Gesteine verantwortlich ist. Dadurch werden beispielsweise neu entstehende tafelige Minerale parallel ausgerichtet und die Gesteine bekommen ein schiefriges Aussehen; sie werden daher auch kristalline Schiefer genannt. Bei sehr hohen Temperaturen können Gesteine auch teilweise aufschmelzen, es entstehen Migmatite, Mischgesteine aus aufgeschmolzenen und nichtaufgeschmolzenen Anteilen.
3. Die Hochdruckmetamorphose: Wenn Gesteine in Subduktionszonen besonders schnell und bei relativ niedrigen Temperaturen in sehr große Tiefen (mehr als 20 - 30 km) gelangen, entstehen die typischen Mineralparagenesen der Hochdruckgesteine. Dabei verändern die Gesteine ihr Aussehen oft nur wenig.

Die Wanderung eines Gesteins in größere Erdtiefe und zurück zur Erdoberfläche ist an der Veränderung des Mineralbestandes ablesbar. Wird ein Gestein von niedrigen Temperaturen und Drücken zu höheren gebracht, wird dies als prograde Metamorphose bezeichnet. Ein Tonstein, dessen Bestandteile, die Tonminerale, sich bei der Gesteinsverwitterung bilden, wird mit zunehmenden Temperaturen und Drücken zu einem Glimmerschiefer, in denen auch die typischen metamorphen Minerale Granat, Staurolith oder Andalusit zu Größen von mehreren Millimetern wachsen können, und schließlich zu einem Gneis (siehe Foto oben rechts), einem grobkörnigen Gestein aus schwach geregelten Glimmern, Quarz und Feldspat.

Das vulkanische Gestein Basalt, das beispielsweise die Oberfläche der ozeanischen Kruste ausmacht, verändert sich bei aufsteigender Metamorphose zu einem Grünschiefer, in denen grüne gesteinsbildende Minerale dominieren und bei weiter steigenden Temperaturen und Drücken zu einem Amphiboliten, die vor allem aus geregelten schwarzen Amphibolen bestehen. Unter hohen Drücken wird bei der Subduktion ozeanischer Kruste Basalt zu Eklogit umgewandelt, ein grobkörniges Gestein aus grünem Pyroxen und Granat (siehe Foto oben links), das in den Zentralzonen großer Gebirge, wie beispielsweise in den Alpen, gefunden werden kann.




Da bei der Metamorphose solcher basaltischen oder basaltähnlichen Gesteine besonders typische Mineralparagenesen auftreten, hat man das Druck/Temperaturfeld für die Metamorphose in Felder eingeteilt, in denen diese Mineralparagenesen stabil sind, sogenannte metamorphe Fazies. Sie sind mit den Namen charakteristischer Gesteine benannt, die bei der Metamorphose aus Basalten entstehen, wie z. B. Grünschiefer, Amphibolite etc. Auch Gesteine mit anderem Ausgangschemismus werden diesen Fazies-Feldern zugeordnet. Dieses vereinfachte Einteilungsschema ist heute international gebräuchlich und in der gezeigten Abbildung dargestellt.
Bei der Heraushebung von höheren zu niedrigeren Bildungstemperaturen und -drücken erfolgt die retrograde Metamorphose. Die retrograde Metamorphose macht aber in der Regel die prograde Metamorphose nicht wirklich rückgängig, denn es wird beispielsweise aus einem Amphibolithen durch retrograde Metamorphose nicht wieder ein Basalt.