Metamorphes Gestein

Metamorphes Gestein, eines aus einer Klasse von Gesteinen, die sich aus der Veränderung bereits existierender Gesteine als Reaktion auf sich ändernde Umweltbedingungen wie Temperaturschwankungen, Druck und mechanische Beanspruchung sowie der Addition oder Subtraktion chemischer Komponenten ergeben. Die bereits vorhandenen Gesteine können magmatisch sein, sedimentär, oder andere metamorphe Gesteine.

Das Wort Metamorphose stammt aus dem Griechischen für „Formänderung“; metamorphe Gesteine stammen aus magmatischen oder sedimentären Gesteinen, die ihre Form infolge von Veränderungen ihrer physischen Umgebung verändert (umkristallisiert) haben. Metamorphismus umfasst Veränderungen sowohl in der Mineralogie als auch im Gewebe des ursprünglichen Gesteins. Im Allgemeinen werden diese Veränderungen entweder durch das Eindringen von heißem Magma in kühlere umgebende Gesteine (Kontaktmetamorphose) oder durch großräumige tektonische Bewegungen der Lithosphärenplatten der Erde verursacht, die die Druck-Temperatur-Bedingungen der Gesteine verändern (regionale Metamorphose; siehe auch Plattentektonik). Mineralien im ursprünglichen Gestein oder Protolith reagieren auf die sich ändernden Bedingungen, indem sie miteinander reagieren, um eine neue Mineralzusammensetzung zu erzeugen, die unter den neuen Druck-Temperatur-Bedingungen thermodynamisch stabil ist. Diese Reaktionen treten im festen Zustand auf, können jedoch durch das Vorhandensein einer flüssigen Phase erleichtert werden, die die Korngrenzen der Mineralien auskleidet. Im Gegensatz zur Bildung von magmatischen Gesteinen kristallisieren metamorphe Gesteine nicht aus einer Silikatschmelze, obwohl Hochtemperaturmetamorphose zu einem teilweisen Schmelzen des Wirtsgesteins führen kann.

Da Metamorphose eine Reaktion auf sich ändernde physikalische Bedingungen darstellt, werden die Regionen der Erdoberfläche, in denen dynamische Prozesse am aktivsten sind, auch Regionen sein, in denen metamorphe Prozesse am intensivsten und am leichtesten zu beobachten sind. Die weite Region des pazifischen Randes zum Beispiel mit ihrer seismischen und vulkanischen Aktivität ist auch ein Gebiet, in dem Materialien intensiv vergraben und metamorphosiert werden. Im Allgemeinen sind die Ränder von Kontinenten und Regionen des Gebirgsbaus die Regionen, in denen metamorphe Prozesse mit Intensität ablaufen. An relativ ruhigen Orten, an denen sich Sedimente langsam ansammeln, treten jedoch auch weniger spektakuläre Veränderungen als Reaktion auf Änderungen der Druck- und Temperaturbedingungen auf. Metamorphe Gesteine sind daher in der gesamten geologischen Säule verteilt.Da der größte Teil des Erdmantels fest ist, können dort auch metamorphe Prozesse auftreten. Mantelgesteine werden selten an der Oberfläche beobachtet, weil sie zu dicht sind, um aufzusteigen, aber gelegentlich wird ein Blick durch ihre Einbeziehung in vulkanische Materialien präsentiert. Solche Gesteine können Proben aus einer Tiefe von einigen hundert Kilometern darstellen, wo Drücke von etwa 100 Kilobar (3 Millionen Zoll Quecksilber) wirksam sein können. Experimente bei hohem Druck haben gezeigt, dass nur wenige der üblichen Mineralien, die an der Oberfläche vorkommen, in der Tiefe innerhalb des Mantels überleben, ohne zu neuen Phasen mit hoher Dichte zu wechseln, in denen Atome enger zusammengepackt sind. So wandelt sich die übliche Form von SiO2, Quarz, mit einer Dichte von 2,65 Gramm pro Kubikzentimeter (1,53 Unzen pro Kubikzoll) in eine neue Phase, Stishovit, mit einer Dichte von 4,29 Gramm pro Kubikzentimeter (2,48 Unzen pro Kubikzoll). Solche Veränderungen sind von entscheidender Bedeutung für die geophysikalische Interpretation des Erdinneren.

Im Allgemeinen steigen die Temperaturen mit der Tiefe innerhalb der Erde entlang von Kurven, die als Geothermen bezeichnet werden. Die spezifische Form der Geotherme unter jedem Ort auf der Erde ist eine Funktion des entsprechenden lokalen tektonischen Regimes. Metamorphose kann entweder auftreten, wenn sich ein Gestein entlang einer einzelnen Geotherme von einer Position zur anderen bewegt oder wenn die Geotherme selbst ihre Form ändert. Ersteres kann stattfinden, wenn ein Gestein mit einer Geschwindigkeit vergraben oder angehoben wird, die es ihm ermöglicht, das thermische Gleichgewicht mit seiner Umgebung aufrechtzuerhalten. Diese Art von Metamorphose tritt unter langsam absinkenden Sedimentbecken und in einigen Subduktionszonen auch in der absteigenden ozeanischen Platte auf. Letzterer Prozess tritt entweder auf, wenn heißes Magma eindringt und den thermischen Zustand eines stationären Gesteins verändert, oder wenn das Gestein durch tektonische Prozesse (z. B. Schubverwerfung oder großflächige Faltung) schnell in ein neues Tiefentemperaturregime transportiert wird, beispielsweise in Kollisionsgebieten zwischen zwei Kontinenten (siehe auch Verwerfung und Faltung). Unabhängig davon, welcher Prozess stattfindet, Das Ergebnis ist, dass eine Sammlung von Mineralien, die unter den Anfangsbedingungen thermodynamisch stabil sind, unter einen neuen Satz von Bedingungen gestellt werden, unter denen sie stabil sein können oder nicht. Wenn sie unter den neuen Bedingungen nicht mehr im Gleichgewicht miteinander sind, reagieren die Mineralien so, dass sie sich einem neuen Gleichgewichtszustand nähern. Dies kann eine vollständige Änderung der Mineralzusammensetzung oder einfach eine Verschiebung der Zusammensetzung der bereits vorhandenen Mineralphasen beinhalten. Die resultierende Mineralzusammensetzung spiegelt die chemische Zusammensetzung des ursprünglichen Gesteins und die neuen Druck-Temperatur-Bedingungen wider, denen das Gestein ausgesetzt war.Da die Zusammensetzung von Protolithen und die Druck-Temperatur-Bedingungen, unter denen sie platziert werden können, sehr unterschiedlich sind, ist die Vielfalt der metamorphen Gesteinsarten groß. Viele dieser Varietäten sind räumlich und zeitlich wiederholt miteinander verbunden, jedoch, Dies spiegelt eine Einheitlichkeit geologischer Prozesse über Hunderte von Millionen Jahren wider. Zum Beispiel sind die metamorphen Gesteinsassoziationen, die sich in den Appalachen im Osten Nordamerikas als Reaktion auf die Kollision zwischen den nordamerikanischen und afrikanischen Lithosphärenplatten während des Paläozoikums (vor 541 Millionen bis 252 Millionen Jahren) entwickelten, denen in den Alpen Südmitteleuropas sehr ähnlich während der Kollision zwischen den europäischen und afrikanischen Platten, die während des Mesozoikums und des Känozoikums (vor 252 Millionen Jahren bis heute) auftraten. Ebenso ähneln die in den Alpen freigelegten metamorphen Gesteine den gleichaltrigen metamorphen Gesteinen im Himalaya Asiens, die sich während der kontinentalen Kollision zwischen der indischen und der eurasischen Platte gebildet haben. Metamorphe Gesteine, die bei Kollisionen zwischen ozeanischen und kontinentalen Platten aus verschiedenen Orten auf der ganzen Welt entstehen, zeigen ebenfalls auffallende Ähnlichkeiten miteinander (siehe unten Regionale Metamorphose), unterscheiden sich jedoch deutlich von metamorphen Gesteinen, die bei Kontinent-Kontinent-Kollisionen entstehen. So ist es oft möglich, tektonische Ereignisse der Vergangenheit auf der Grundlage von metamorphen Gesteinsassoziationen zu rekonstruieren, die derzeit an der Erdoberfläche freigelegt sind.