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Metasomatisme

Metasomatismus (Englisch: Änderung oder Metasomatismus) ist ein chemische Reaktion in dem Mineralien von denen a Felsen ist konstruiert. Im Metasomatismus ist ein Gestein kein geschlossenes System, dessen gesamte chemische Zusammensetzung (die Zusammensetzung von Schüttgestein) bleibt gleich, wird aber Elemente oder Stoffe von außen hinzugefügt. Normalerweise passiert das, weil hydrothermale Flüssigkeiten das Gestein durchdringen, in dem diese Elemente oder Stoffe gelöst sein. Beim Metasomatismus ist das Gestein selbst vollständig im Fest Phase.

Metasomatismus ist eine Sonderform von Metamorphose. Bei der normalen Metamorphose bleibt die Schüttgesteinszusammensetzung des Gesteins gleich und nur die Mineralzusammensetzung ändert sich.

Prozess

Formen des Metasomatismus

Es werden zwei Formen des Metasomatismus unterschieden:

  • Biene kryptischer Metasomatismus verändert nicht die mineralische Zusammensetzung des Gesteins, sondern Mineralien (die oft aus a feste Mischreihen Existenz) in einem bestimmten Element bereichert oder im Gegenteil verarmt. Der Name kryptisch (versteckt) weist darauf hin, dass die Veränderung nicht sichtbar ist, da die Mineralien gleich bleiben. Diese Art von Metasomatismus kann Geothermometer und Geobarometer verwirrt werden.
  • Biene normaler Metasomatismus verändert die mineralische Zusammensetzung des Gesteins. Dies kann so lange dauern, bis ein ganz anderes Gestein entsteht. Es ist oft schwierig herauszufinden, wie, wann oder in welchem ​​Ausmaß Metasomatismus stattgefunden hat, so dass es schwierig ist, die Zusammensetzung des ursprünglichen Gesteins (der Protolith) ist gewesen.

Hydrothermale Flüssigkeiten

Weitere Informationen darüber, wie sich Flüssigkeiten durch Gesteine ​​bewegen, finden Sie im Artikel hydrothermale Zirkulation

Diffusionsströmung von Wasser oder anderen Flüssigkeiten und Gasen findet auf molekularer Ebene in größeren Tiefen statt. Die Strömung wird angetrieben von a Chemisches Potential, die durch Temperatur- oder Konzentrationsunterschiede in den Gesteinen verursacht wird. Diese Unterschiede können auf zwei Arten entstehen:

  • durch magmatisch Aktivität: als heißer Magmakörper im Erdkruste dringt, erhitzen sich vorhandene Flüssigkeiten und bewegen sich nach oben.
  • durch prograd metamorphe Reaktionen, bei denen Wasser freigesetzt wird. Dieses freigesetzte Wasser verursacht einen Konzentrationsunterschied, der eine Strömung erzeugt.

Diese hydrothermal fließenden Fluide wirken als Lösungsmittel für leicht lösliche Stoffe.

Eine besondere Form des Metasomatismus ist pteumatolyse, wo statt Flüssigkeiten Gase eine wichtige Rolle spielen.

Wirkung auf Gestein

Metasomatismus tritt auf durch Massentransfer, es ist nicht darauf beschränkt, bestimmte Elemente oder Flüssigkeiten anzureichern oder zu verarmen. Um an einer Stelle Gestein zu metasomatisieren, muss auch an einer anderen Stelle ein anderes Gestein metasomatisiert werden. Das einfachste Beispiel ist Flüssigkeitszufuhr (Hinzufügen von Wasser) an einer Stelle und Entfernen von Wasser durch eine chemische Reaktion an einer anderen Stelle. also werde Goldvorkommen gebildet durch die Konzentration von Gold in hydratisierten Gleitzonen. Das Gestein wird vor Ort oft stark durch Metasomatismus verändert. Das Quellgestein besteht oft aus einer Reihe von Kubikkilometer scheinbar unveränderter Fels. Aus der Natur des Prozesses wissen wir jedoch, dass auch dieses Gestein metasomatisiert sein muss.

Metasomatismus verändert oft die Volumen oder der Dichte des Felsens. Das Textur und Gesteinsstruktur bleibt (sicherlich in größerem Maßstab) gleich, auch wenn die Mineralzusammensetzung komplett verändert wird. Im letzteren Fall spricht man von a pseudomorph Felsen.

Aussehen

Metasomatisierte Gesteine

Metasomatisierte Gesteine ​​können sehr vielfältig sein. Manchmal sind Gesteine ​​nur geringfügig verändert, so dass der einzige Hinweis auf Metasomatismus ein Farbunterschied oder ein Unterschied in der Größe der Gesteine ​​ist. Glimmer-Kristalle ist. In solchen Fällen ist das Gestein unter dem Mikroskop oder Elektronenmikroskop beobachtet werden. Die mineralische Zusammensetzung des Gesteins, die chemische Zusammensetzung der Mineralien und Spuren von mineralischem Wachstum (alte gegenüber neueren Mineralien) können alle Hinweise darauf geben, was genau passiert ist.

In einigen Fällen ist eine hohe Konzentration bestimmter mobiler (leicht löslicher) Elemente wie z Barium, Strontium, Rubidium, Kalzium und einige seltene Erden verraten, dass Metasomatismus aufgetreten ist.

Die genaue Zusammensetzung des Protolithen lässt sich jedoch meist nur bestimmen, wenn er sich in einem nicht metasomatisierten Zustand befindet. Wenn der Metasomatismus intensiv war, ist dies daher oft nicht möglich.

Leichte Reifen von albit, Hornblende und Turmalin, gebildet durch Metasomatismus in einem (Meta-)Granitkörper in Steinberg, Georgia, Vereinigte Staaten. Die Zonierung in Hornblende (schwarz, gesprenkelt) und Albit (weiß, einfarbig) ist vom Bandrand nach außen gut sichtbar.

Metasomatismus um magmatische Intrusionen in der Kruste

An einer Einbruch Kann Metasomatismus zur Entwicklung von führen? skarns und greisen und handeln Sie hornfels die um das Eindringen von . entsteht Kontaktmetamorphose. Die meisten Einbrüche in die kontinentale Kruste sein felsisch Zusammensetzung und enthalten eine hohe Konzentration an "speziellen" lithophile Elemente. Durch Auflösen in der Hydrothermalflüssigkeit können diese über Metasomatismus in das Gestein um die Intrusion gelangen. Diese Gesteine ​​sind daher oft die Quelle von Erze.

skarno ist ein durch Metasomatismus gebildetes Gestein in der Nähe Granitintrusionen durch Reaktionen mit Steinen wie Kalkstein, Marmor oder gebänderte Eisenformationen; greisen ist ein Gestein, das durch Metasomatismus in oder am Rand eines Granitkörpers gebildet wurde.

Metasomatismus und Metamorphose

Tief in der Kruste tritt Metasomatismus durch Diffusion hydrothermaler Flüssigkeiten (und der gelösten Stoffe) von hohen Stellen zu tieferen Stellen auf. mechanische Spannung und Temperatur. Metamorphes Gestein verliert Wasser und andere, wenn es durch metamorphe Reaktionen tiefer geht flüchtig Zutaten. Hydratisiert Mineralien werden in "trockenere" Mineralien umgewandelt (das Gestein wird "verbacken", wenn es tiefer geht). Die freigesetzten Flüssigkeiten steigen in flachere Bereiche der Kruste auf und dienen als Lösungsmittel für Metasomatismus.

Denn für rückläufig metamorphe Reaktionen erfordern fast immer Wasser, Metasomatismus und Metamorphose treten oft Hand in Hand.

Ein bekanntes Beispiel für Metasomatismus sind Scherzonen, in denen der gesamte Protolith durch Glimmer und andere hydratisierte Mineralien wie z Chlorite, Moskauer und Serpentinit.

Eine Ader in a Peridotit, gefüllt mit den faserigen Mineralien Chrysotil und Serpentinit. Beide entstehen aus einer Reaktion von Olivin (ein Mineral, das den größten Teil des Peridotits ausmacht) mit Wasser.

Metasomatismus im Mantel

In dem Mantel kann die Zusammensetzung von Peridotit (aus dem der Mantel größtenteils besteht) werden sowohl durch hydrothermale Flüssigkeiten als auch durch das Eindringen verschiedener Magmaarten verändert. Vor allem im Mantelkeil über Subduktionszonen das ist wichtig, denn das subduzieren Teller viel Flüssigkeit und Feuerzeug enthält Gesteine, die in dieser Tiefe schmelzen und/oder beginnen, sich nach oben (durch den Keil) zu bewegen. Der Peridotit, aus dem der Mantelkeil besteht, wird dabei metasomatisiert.

Karbonatitisch und felsisch Intrusionen werden oft als Ursache für die Anreicherung von Peridotit mit inkompatible Elemente. Das aufsteigende Magma reagiert mit dem umgebenden Peridotit, wobei kryptischer Metasomatismus über Diffusionsströme stattfindet.[1] Dass diese Art von Metasomatismus aufgetreten ist, kann manchmal aus Gradienten in der Mineralzusammensetzung von Gesteinen in der Umgebung abgeleitet werden Pyroxenit-Deiche.

Bei Peridotiten kann ein modaler Metasomatismus zur Umwandlung in . führen Amphibole und Phlogopit (ein weißer Glimmer). Dass diese Mineralien in Peridotit vorkommenXenolithe wird als starker Beweis dafür angesehen, dass Metasomatismus auch im Mantel auftritt. Andere Mineralien in Peridotit, bei denen vermutet wird, dass sie durch Metasomatismus verursacht werden Dolomit, Calcit, Ilmenit, rutil und Armalcolite.

Metasomatische Mineralaggregate

Einige typische Mineralverbünde, die durch Metasomatismus in Gesteinen entstehen können, sind:

Seltenere Arten von hydrothermalen Flüssigkeiten sind beispielsweise solche, in denen Kreide gelöst wurde, wobei durch Metasomatismus Kalksilikate gebildet werden oder silika-hämatitreiche Flüssigkeiten, wobei Jasperoide, Manto-Erze und chertlagen im dolosteen geprägt sein.

Historischer Hintergrund

Obwohl viele Hinweise auf Metasomatismus bekannt waren, dauerte es bis weit in die zweite Hälfte des 20 zwanzigstes Jahrhundert Es dauerte einige Zeit, bis allgemein anerkannt wurde, dass dies ein wichtiger Prozess in der Erdkruste ist. Der Hauptgrund war, dass Petrologen die die fünfziger wurden von der in zwei Lager geteilt Granit-Debatte. Ein Lager glaubte, dass Granit durch die Erstarrung von Magma gebildet wurde, das andere, dass es durch Metasomatismus gebildet wurde (Granitisierung). Nach dem Bowen und Tuttle hatte durch Experimente gezeigt, dass Granit durch Erstarrung von Magma entsteht[2] Metasomatismus geriet zeitweise in Ungnade. Erst nach im siebziger Jahre ein chemischer/physikalischer Hintergrund für den Prozess wurde gefunden[3] Metasomatismus wurde wieder ein akzeptabler Prozess zur Erklärung geochemischer und petrologischer Phänomene.