Wo entstehen metamorphen Gesteine?

Wo entstehen metamorphe Gesteine?

Der Metamorphoseprozess stellt die Reaktion von Gesteinen auf Veränderungen dar, die durch physikalische Bedingungen hervorgerufen werden. Daher sind geologisch aktive Zonen der Erdoberfläche, in denen dynamische Prozesse häufig auftreten, stärker von intensiven Metamorphosevorgängen betroffen. Ein Beispiel hierfür ist der Rand des Pazifischen Ozeans, wo eine hohe seismische und vulkanische Aktivität das Begraben von Materialien fördert.

Intensive Metamorphoseprozesse finden besonders an den Kontinentalgrenzen und in Gebirgsbildungsgebieten statt, wo sich Sedimente langsam ansammeln. Diese Ansammlungen führen zu Veränderungen der Gesteine als Reaktion auf Druck- und Temperaturänderungen. Infolgedessen sind metamorphe Gesteine häufig in den Schichten der Erdkruste anzutreffen, da die meisten Erdschichten fest sind und diese unterstützenden Bedingungen für den Metamorphoseprozess bieten. Es ist wichtig zu beachten, dass metamorphe Gesteine typischerweise in den Tiefen der Erdkruste gebildet werden, jedoch häufig an der Erdoberfläche sichtbar sind, was auf Veränderungen der geologischen Höhe infolge von Erosionsprozessen zurückzuführen ist.

Faktoren, die den Metamorphoseprozess beeinflussen

Der Metamorphoseprozess führt dazu, dass Gesteine dichter und kompakter werden, ohne dass sie schmelzen. Zudem entstehen neue Mineralien entweder durch die Umstrukturierung der mineralischen Komponenten des Gesteins oder durch chemische Reaktionen mit eindringenden Flüssigkeiten. Druck und Temperatur können metamorphe Gesteine in neue Gesteinsarten umwandeln. Obwohl metamorphe Gesteine Drücken, Zerbrüchen und Faltungen ausgesetzt sind, erreichen sie nicht die Temperatur, die zu einer vollständigen Schmelze führt. Die folgenden Faktoren sind entscheidend für die Metamorphose der Gesteine:

Temperatur

Die Temperatur gilt als der wichtigste Faktor im Metamorphoseprozess, da sie die notwendige Energie bereitstellt, um chemische Reaktionen zu aktivieren, die zur Umstrukturierung der mineralischen Bestandteile führen oder neue Mineralien bilden. Ein Anstieg der Temperatur fördert die Bewegung und Vibration der Ionen innerhalb der Mineralien, selbst in kristallinen Stoffen, wo die Ionen stark gebunden sind. Dieses gesteigerte ionische Aktivitätsniveau ermöglicht eine erhöhte Mobilität der Atome zwischen den verschiedenen Positionen im Kristallgitter.

Druck

Der Anstieg des Drucks ist ein wesentlicher Faktor für die Bildung von metamorphes Gestein. Der Druck resultiert aus drei Hauptursachen: dem Gewicht der ansammelnden Sedimentschichten, dem Druck, der durch das Zusammenstoßen von Platten während der Gebirgsbildung verursacht wird, und dem Druck, der durch das Gleiten der Platten entsteht.

Chemische Aktivität

Chemisch bedingte Änderungen in Gesteinen fördern ebenfalls die Bildung von metamorphem Gestein. Heisse, unter Druck stehende Flüssigkeiten und Dämpfe können die Poren von Gesteinen durchdringen, was chemische Reaktionen zur Folge hat, die die chemische Zusammensetzung des Gesteins verändern. Drei Hauptquellen für chemisch aktive Flüssigkeiten sind: die Porosität von Sedimentgesteinen, Flüssigkeiten, die bei der Abkühlung von Magma entstehen, und Wasser, das aus der Dehydrierung von Mineralien wie Gips resultiert.

Hauptarten der Metamorphose

Magmatische, sedimentäre und metamorphe Gesteine haben eine Vielzahl von Faktoren ausgesetzt, die deren Form und Struktur grundlegend verändern. Der Metamorphoseprozess variiert je nach dem Einfluss jedes einzelnen Faktors und der umgebenden Umwelt. Im Folgenden werden die unterschiedlichen Metamorphoseprozesse erläutert:

• Kontaktmetamorphose: Diese Art der Metamorphose tritt in der Nähe von vulkanischen Einschlägen auf, wo hohe Temperaturen herrschen. Der äußere Bereich des Gesteins erwärmt sich durch den Kontakt mit Lava, weshalb die Veränderung auf die Kontaktzone beschränkt ist, die als Metamorphose-Halo bezeichnet wird. Oft resultieren daraus feinkörnige Gesteine.
• Regionalmetamorphose: Diese Art tritt meist über große Flächen auf und führt zu Deformationen in den Gesteinen durch Druck. Das Ergebnis sind häufig stark komprimierte metamorphe Gesteine wie Schiefer und Gneis. Wenn sich zwei Kontinentalplatten treffen, führt ihr Aufeinandertreffen zu einer Faltung des Gesteins und einer Verdickung der Erdkruste, wodurch die Gesteine tiefer in das Erdinnere gedrängt werden, wo sie höherem Druck und Temperatur ausgesetzt sind.
• Katalastische Metamorphose: Diese Art entsteht, wenn zwei Gesteine in einer Verwerfungszone aufeinander gleiten. Durch Reibung erzeugte Wärme führt zu mechanischen Verformungen des Gesteins, das zerbrochen und zerquetscht wird.
• Hydrothermale Metamorphose: Hierbei ändern sich Gesteine durch hohe Temperaturen und Druck, wobei heiße Flüssigkeiten transportierte gelöste Elemente und Ionen übertragen. Diese Art der Metamorphose tritt häufig bei basaltischen Gesteinen auf, die typischerweise arm an Wasser-Mineralien sind, und führt oft zu reichen Erzablagerungen.
• Begräbnismetamorphose: Diese Metamorphose tritt auf, wenn sedimentäre Gesteine mehrere Kilometer tief in die Erdkruste eingelagert werden. Wenn die Temperaturen 300 Grad Celsius überschreiten, können neue Mineralien wie Zeolith gebildet werden, die möglicherweise nicht metamorph umgeformt erscheinen. Diese Art kann sich weiter zu einer regionalen Metamorphose entwickeln, wenn Temperatur und Druck zunehmen.
• Schockmetamorphose: Diese Art tritt auf, wenn ein externes Objekt, wie ein Meteorit oder ein Komet, auf die Erde trifft oder bei sehr großen vulkanischen Explosionen. Diese Drücke führen zu stabilen Mineralien in den betroffenen Gesteinen.