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Die '''Gesteinsmetamorphose''' ({{grcS|μεταμόρφωσις|metamórphosis|de=Verwandlung}}, ‚Umgestaltung‘) ist die Umwandlung der [[Mineralogie|mineralogischen]] Zusammensetzung eines [[Gestein]]s durch Steigerung von Temperatur und/oder Druck. Dabei entsteht aus dem Ausgangsgestein, das auch als ''Protolith'' oder ''Edukt'' bezeichnet wird, ein [[metamorphes Gestein]] (''Metamorphit'').

Bei der Metamorphose kommt es zu Mineralreaktionen, also zur Neu- oder Umbildung von [[Mineral]]en, wobei das Gestein in festem Zustand verbleibt. Schmilzt dagegen Gestein, so spricht man von [[Anatexis]].

Die Bezeichnung stammt von [[Charles Lyell]], die Idee vertrat aber schon [[James Hutton]] im 18. Jahrhundert (und einige andere).<ref>H. Hölder: ''Kurze Geschichte der Geologie und Paläontologie.'' Springer, Berlin 1989, S. 67</ref>

== Überblick ==
Eine Abgrenzung der Gesteinsmetamorphose von der [[Diagenese]], den Prozessen, die zur Bildung von Sedimentgesteinen aus Sedimenten führen, kann nicht exakt gezogen werden, da es auch bei der Diagenese zu Mineralneu- und umbildungen kommen kann. Es gibt verschiedene Definitionen, nach denen von einer Metamorphose zu sprechen ist, wenn bestimmte Minerale auftreten oder nicht mehr vorhanden sind bzw. bestimmte Druck- und Temperaturgrenzen überschritten wurden.

Bei der Metamorphose bleibt die chemische Zusammensetzung des Gesteins oft unverändert, man spricht dann von isochemischer Metamorphose. Da an einer Metamorphose immer auch fluide Phasen beteiligt sein können, ist diese Bedingung selten streng erfüllt. Wenn der Elementbestand eines Gesteins wesentlich verändert wird, liegt eine [[Metasomatose]] vor. Dies trifft nicht zu, wenn nur H<sub>2</sub>O oder CO<sub>2</sub> zu- oder abgeführt werden.<ref>{{Literatur |Autor=H.G.F. Winkler |Datum=1979 |Titel=Petrogenesis of metamorphic rocks |Auflage=5 |Verlag=Springer |ISBN=3-540-90413-1 |Seiten=16 |Sprache=en }}</ref>

Die Metamorphose eines Gesteins wird durch Druck und Temperatur beeinflusst. Man spricht von einer ''prograden Metamorphose'', wenn Druck und Temperatur während der Metamorphose zunehmen, und von einer ''retrograden Metamorphose'' oder [[Diaphthorese]], wenn Druck und Temperatur während der Metamorphose abnehmen.

Prinzipiell beobachtet man zwei Arten der Umwandlung von Gesteinen:

Durch ''Phasenumwandlungen'' (Mineralreaktionen) entstehen neue Minerale aus den vorhandenen. Minerale können nur unter bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen miteinander existieren. Sind diese Bedingungen nicht mehr erfüllt, können die Minerale miteinander zu anderen Mineralen reagieren. Solche Mineralreaktionen sind oft sehr komplex. Manche der neu gebildeten Minerale setzen bei diesen Reaktionen andere Stoffe wie z. B. Wasser frei oder nehmen sie auf, dadurch kommt es zu dem oben angesprochenen Phänomen der Metasomatose.

Bei der Kristallisation von Mineralen kommt es zu ''Gefügeumwandlungen'' im Gestein. Durch die [[Foliation]], durch [[Drucklösung]]sprozesse nach dem [[Rieckesches Prinzip|Rieckeschen Prinzip]] oder das orientierte Wachstum von Mineralen, bildet sich im Gestein eine [[Schieferung]] aus, die umso ausgeprägter ist, je mehr [[Schichtsilikate]] (Glimmer) im Gestein vorhanden sind.

== Arten ==
Der mögliche Verlauf einer Gesteinsmetamorphose ist abhängig von den dabei durchlaufenen Druck- und Temperaturbedingungen. Diese können sehr verschieden sein und so unterschiedliche Metamorphosetypen hervorrufen. Gesteine, die einen bestimmten Metamorphosetyp durchlaufen haben, tragen häufig charakteristische Merkmale, zum Beispiel bestimmte Mineral[[paragenese]]n, [[Gefüge (Geologie)|Gefügemerkmale]] u. a. davon.

=== Regionalmetamorphose ===
[[Datei:Metamorphes Faziesschema - p-T-Diagramm.svg|miniatur |hochkant=1.5|[[Metamorphe Fazies|Metamorphes Faziesschema]] ''inclusive, überlagernd gestrichelt aufgetragen, ein Druck-Temperatur-Diagramm der Aluminiumsilikate'' (Abkürzungen in Rot kennzeichnen die Stabilitätsbereiche der Aluminiumsilikate: Ky = [[Kyanit]], And = [[Andalusit]], Sil = [[Sillimanit]]), dessen gestrichelt dargestellte Druck-Temperatur-Grenzlinien als Hilfslinien einer ersten Grobeinteilung der metamorphen Prozesse dienen sollen: In der mit dem Symbol „Ky“ bezeichneten Zone liegen die ''druckbetonten metamorphen Prozesse''; in der mit dem Symbol „Sil“ bezeichneten Zone die ''temperaturbetonten metamorphen Prozesse'' und in der mit dem Symbol „And“ bezeichneten Zone die ''kontaktmetamorphen Prozesse''. Der markante Tripelpunkt bei 500 °C und 4 kbar ist ein invarianter Punkt bei der Charakterisierung derartiger Prozesse.]]

Der Zusatz „Regional“ besagt, dass diese Art der Metamorphose über große Volumina (z. T. über mehrere 1000 km³) stattfindet, meistens hervorgerufen durch [[Tektonik|tektonische]] Senkung großer Teile der [[Erdkruste]]. Hierbei geraten Gesteine durch Versenkung etwa durch [[Falte (Geologie)|Faltung]] oder [[Subduktion]] an [[Kontinentalrand|Kontinentalrändern]] unter hohen Druck- und/oder Temperatur, die die Umwandlung der Minerale gleichermaßen bestimmen. Typische Gesteine sind zum Beispiel [[Glimmerschiefer]], [[Gneis]]e, [[Amphibolit]]e.

=== Druckbetonte Metamorphose ===
Die druckbetonte Metamorphose ist ein typisches Kennzeichen von [[Subduktionszone]]n. Hierbei wird verhältnismäßig kaltes Material [[Ozeanische Kruste|ozeanischer Kruste]] versenkt. Die dabei ablaufende Metamorphose wird daher von vergleichsweise niedrigen Temperaturen und hohen Drücken bestimmt. Gesteine, die die druckbetonte Metamorphose durchlaufen haben, sind durch typische Minerale gekennzeichnet, wie [[Glaukophan]] in [[Blauschiefer]]n oder [[Omphazit]] in [[Eklogit]]en.

=== Kontaktmetamorphose ===
Die '''Kontaktmetamorphose''' ist die temperaturbetonte Metamorphose. Kontaktmetamorphe Gesteine finden sich vor allem im Umfeld [[magma]]tischer [[Intrusion (Geologie)|Intrusionen]]. Das heiße Magma heizt das umgebende Gestein auf und führt so dessen Metamorphose herbei. Der Bereich der Metamorphose heißt [[Kontakthof (Geologie)|Kontakthof]]. Ein typisches Merkmal kontaktmetamorpher Gesteine sind die durch Mineralreaktionen hervorgerufene Knotenbildung sowie häufig das Fehlen einer [[Schieferung]]. Bei der Kontaktmetamorphose können [[Hornfels]]e, [[Fruchtschiefer|Frucht-]] und [[Knotenschiefer]] entstehen.

=== Impaktmetamorphose ===
Diese sehr extreme Art der Metamorphose wird durch heftige Stoßwellen hervorgerufen und kann zur Zertrümmerung ganzer Gesteinspartien und zur Zerstörung von [[Kristallgitter]]n führen. Sie ist auf Meteoritenkrater (und auf die Orte unterirdischer Atombombenversuche) beschränkt. Im Bereich des Einschlagkraters werden hohe Temperaturen und Drücke erzeugt, wobei Gesteine aufgeschmolzen und herausgeschleudert werden und dann zu kugeligen Glasaggregaten erstarren ([[Tektite]]). Typische Kennzeichen für die Impaktmetamorphose ist das Auftreten von Hochdruckmineralen wie zum Beispiel [[Coesit]] oder, bedingt durch den Kollaps von Kristallgittern, von [[Diaplektisches Glas|diaplektischem Glas]]. Die Impaktmetamorphose führt zur Zertrümmerung von Gesteinskörpern, die makroskopisch sichtbar ist (z. B. im [[Suevit]] des [[Nördlinger Ries]]es).

=== Dislokations-Metamorphose ===
Die Dislokations-Metamorphose wird auch ''Dynamometamorphose'' genannt. In aktiven [[Störung (Geologie)|Störungszonen]] wird das Gestein durch die Bewegung zweier Blöcke gegeneinander stark verändert. Reagiert das Gestein dabei auf mechanische Beanspruchung [[Sprödigkeit|spröde]], das heißt, es zerbricht und wird zermahlen, so entstehen dabei [[Kataklasit]]e. Wenn das Gestein [[duktil]] auf mechanische Beanspruchung reagiert, entstehen durch [[Neukristallisation]] [[Mylonit]]e mit charakteristischem, durch die stete Bewegung geprägtem Gefüge.

Bei Erdbeben tritt eine kurzzeitige und plötzliche Bewegung von Gesteinspartien auf. Öffnen sich dabei Hohlräume, können darin durch die plötzliche Druckentlastung [[Implosionsbrekzie]]n entstehen, die den Hohlraum wieder auffüllen. Durch die bei einer plötzlichen Bewegung an der Bewegungsfläche entstehende Reibungswärme kann dies zu kurzzeitigem Aufschmelzen von Gesteinspartien und zur Bildung von [[Pseudotachylit]]en führen. Ebenso können durch den Kollaps von Kristallgittern diaplektische Gläser entstehen.

=== Klassifizierung der Metamorphose ===
Es gibt unterschiedliche Systeme zur Beschreibung des [[Metamorphosegrad]]es, den ein Gestein erreicht hat. In Analogie zur [[Fazies]] von Sedimenten können metamorphe Bedingungen (Druck, Temperatur) durch [[metamorphe Fazies]]gruppen zusammengefasst werden.

Eine andere Möglichkeit ist die Bestimmung des Metamorphosegrades anhand bestimmter Mineralreaktionen. Der Umstand, dass bestimmte Minerale aus anderen entstanden sind zeigt dabei, dass bestimmte Grenztemperaturen bzw. Grenzdrücke überschritten wurden.

== Grenzbereiche ==
Gegenüber der Diagenese kann die Metamorphose nicht eindeutig abgegrenzt werden, da bei der diagenetischen Umwandlung eines Sedimentes in ein Gestein ähnliche Prozesse ablaufen. Häufig wird eine willkürliche Abgrenzung vorgenommen, wenn bestimmte Druck- und Temperaturverhältnisse überschritten wurden. Der Grenzbereich zur Diagenese wird oft als [[Anchimetamorphose]] bezeichnet.

Die Anatexis, die zur partiellen oder vollständigen Aufschmelzung von Gesteinen führt, ist ebenfalls ein Vorgang im Grenzbereich der Gesteinsmetamorphose. Metamorphose findet immer im festen Zustand statt, während bei der Anatexis Schmelzen gebildet werden.

Bei der Metasomatose wird die allgemeine chemische Zusammensetzung des betreffenden Gesteins (Gesteinschemismus) durch Stoffaustausch verändert, während die eigentliche Metamorphose isochemisch ist, d. h., die allgemeine chemische Zusammensetzung des Gesteins ändert sich nicht.

== Siehe auch ==
* [[Epizone]], [[Mesozone]], [[Katazone]]
* [[Ozeanbodenmetamorphose]]
* [[Geothermobarometrie]]

== Literatur ==
* Kurt Bucher, Rodney Grapes: ''Petrogenesis of metamorphic rocks.'' 8. Auflage, Springer, Berlin 2011, ISBN 978-3-540-74168-8 (bis 5. Aufl. u.d.T.: Helmut Gustav Franz Winkler: ''Petrogenesis of metamorphic rocks.'')
* John Grotzinger, Thomas H. Jordan, Frank Press, Raymond Siever: ''Understanding earth''. 5. Auflage, W.H.Freeman & Co., New York 2007, ISBN 978-0-7167-7696-3
* Martin Okrusch, Siegfried Matthes: ''Mineralogie. Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde.'' 9. Auflage. Springer Spektrum, Berlin 2014, ISBN 978-3-642-34659-0
* Bruce W. D. Yardley: ''Einführung in die Petrologie metamorpher Gesteine.'' Enke, Stuttgart 1997, ISBN 3-432-27741-5

== Einzelnachweise ==
<references />

== Weblinks ==
* [http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/metamorph Metamorphose im Mineralienatlas WiKi]

[[Kategorie:Petrologie]]

Metamorphose (Geologie) - Versionsgeschichte

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