Ursachen der Gesteinsmetamorphose - Steuerfaktor Gesteinszusammensetzung
Unter der Gesteinszusammensetzung ist die chemische Zusammensetzung des betrachteten Gesteins zu verstehen. Sie wird gewöhnlich in Oxidform angegeben. Die wichtigsten Oxide (Haupt- und Nebenelemente) sind SiO2, TiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MnO, MgO, CaO, K2O und Na2O. Die Gehalte der Spurenelemente werden in ppm angegeben.
Alle Gesteine sind chemische Systeme; ihre chemische Zusammensetzung bestimmt entscheidend darüber, wie das Gestein auf die Veränderung der Zustandsvariablen reagiert. Bei gleichen pT-Bedingungen werden sich in Gesteinen unterschiedlicher Zusammensetzung andere Minerale bilden. Zum Beispiel entsteht bei 0,5 GPa und 500°C aus einem Basalt ein Amphibolit, aus einem Tonstein aber ein Glimmerschiefer. Folglich ist es sinnvoll, in Metamorphiten verwirklichte Mineralparagenesen in Abhängigkeit zur Gesteinszusammensetzung zu diskutieren. Denn dies ermöglicht es, Rückschlüsse auf die Natur des Protolithen zu ziehen und damit Aussagen zu treffen, z.B. über den Ablagerungsraum der untersuchten metasedimentären Abfolge.
In metamorphen Gebieten kommen im Wesentlichen folgende chemische Gesteinszusammensetzungen vor, von denen jede mit einem magmatischen oder sedimentären Protolithen korrespondiert:
- Ultramafische Gesteine: Gehen aus ultramafischen Magmatiten hervor, z.B. Dunit, Harzburgit. Ihre Zusammensetzung ist einfach und lässt sich gewöhnlich darstellen im System SiO2 - MgO - CaO - FeO - H2O ± CO2 ± Al2O3
- Metabasite: Protolithen sind mafische Vulkanite und Pyroklastite. Typische metabasische Gesteine sind Grünschiefer, Amphibolite, Eklogite und basische Granulite. Das Konzept der metamorphen Fazies basiert auf den Metabasiten. Das darstellende chemische System ist SiO2 - Al2O3 - FeO - MgO - CaO - Na2O - H2O - CO2, hinzu kommen können TiO2, MnO, Fe2O3, K2O.
- Metapelite: Sie gehen aus pelitischen Sedimenten hervor, die oft reich an Al2O3 sind. Metapelite liegen als Phyllite, Glimmerschiefer und Gneise vor. Sie werden beschrieben im System SiO2 - Al2O3 - FeO - MgO - K2O - Na2O - H2O.
- Quarz-Feldspat-Schiefer und -Gneise: Sie gehen entweder aus Sandsteinen und Grauwacken oder aus felsischen oder intermediären Magmatiten hervor. Ihre Zusammensetzung lässt sich fast immer im System SiO2 - Al2O3 - FeO - CaO - K2O - Na2O - H2O beschreiben.
- Quarzite: Bestehen im Wesentlichen aus SiO2 und gehen aus sedimentären Quarziten hervor.
- Marmore: In Abhängigkeit von der Zusammensetzung des chemischen Sedimentits lassen sich Kalkmarmore (System CaO - CO2) und Dolomitmarmore (System MgO - CaO - CO2) unterscheiden.
- Kalksilikatgesteine: Der Begriff beschreibt metamophe Gesteine, die karbonatische und silikatische Minerale enthalten. Dabei kann es sich z.B. um metamorphe Mergel oder silizische Dolomite handeln. Darüber hinaus treten Kalksilikatgesteine auch als metasomatische Bildungen am Kontakt zwischen Karbonatgesteinen und Plutoniten auf oder als Konkretionen in karbonatreichen, sedimentären Abfolgen. Sie werden im System SiO2 - CaO - MgO - CO2 - H2O beschrieben.
Darüber hinaus existieren weitere, aber seltene Gesteinszusammensetzungen.
