Metamorphe Gesteine

Tonschiefer, Phyllit, Glimmerschiefer und Gneis können alle aus demselben Tongestein entstehen. Entscheidend ist die erreichte Temperatur, von etwa 150 °C bis über 550 °C.

Metamorphose bedeutet Gestaltwandel. Ein metamorphes Gestein war ursprünglich ein anderes Gestein: ein magmatisches, ein Sedimentgestein oder ein bereits metamorphes. Starke Hitze, hoher Druck, heiße mineralreiche Fluide oder meist eine Kombination daraus wandelten es um. Solche Bedingungen herrschen tief in der Erde und an Plattengrenzen. Der BGS ergänzt, dass Gesteine dort Millionen Jahre bleiben können. Das reicht aus, damit sich ihre Minerale physikalisch, chemisch oder auf beide Arten verändern.

Verändert, aber nicht geschmolzen

Entscheidend ist, dass das Gestein nicht schmilzt. Sonst würde es zu Magma und anschließend zu magmatischem Gestein. Stattdessen kristallisieren Minerale im festen Zustand um: Atome ordnen sich zu neuen Mineralen oder reagieren mit eindringenden Fluiden. Das Ergebnis ist meist dichter und kompakter als das Ausgangsgestein. Nahe dem Schmelzpunkt können Gesteine teilweise aufschmelzen. Physical Geology nennt ein solches Mischgestein aus metamorphem und magmatischem Material Migmatit.

Schieferung: Streifen durch Druck

Wird Gestein in einer Richtung stärker zusammengedrückt als in anderen, wachsen plättchenförmige oder längliche Minerale wie Glimmer senkrecht zur Druckrichtung ausgerichtet. Das Gestein erhält ein streifiges oder blättriges Gefüge, die Schieferung. Sie hält die Druckrichtung fest. Physical Geology ordnet geschieferte Gesteine nach dem Metamorphosegrad, also der Stärke der Umwandlung, für ein Tongestein wie Schieferton. Zuerst entsteht Tonschiefer. Seine Glimmerplättchen sind unsichtbar klein, aber er spaltet leicht in ebene Platten. Phyllit wurde stärker erhitzt und glänzt durch seine Glimmer. Im Glimmerschiefer sind die Glimmerkristalle sichtbar. Im Gneis haben sich die Minerale in helle und dunkle Bänder getrennt.

Manche Gesteine entwickeln selbst unter starkem Druck keine Schieferung, weil ihre Minerale weder plättchenförmig noch länglich sind. Kalkstein besteht überwiegend aus Calcit, dessen Körner sich nicht ausrichten. Beim Erhitzen kristallisiert er zu Marmor um, wobei enthaltene Fossilien zerstört werden. Reiner Calcit ergibt weißen Marmor; Verunreinigungen erzeugen die typischen Schlieren der Marmorierung. Sandstein wird zu Quarzit, bei dem die Quarzkörner durch zusätzliche Kieselsäure miteinander verschweißt werden. Die Tabellen oben aus Physical Geology zeigen auch, dass Granit sich erst bei hohem Metamorphosegrad deutlich verändert. Seine Minerale bleiben bis zu mehreren Hundert Grad stabil.

Ein einzelner Aufschluss kann die ganze Geschichte zeigen. Physical Geology beschreibt einen Tonschieferblock in den kanadischen Rocky Mountains. Seine ursprüngliche Sedimentschichtung ist noch als helle und dunkle Bänder sichtbar, die von der Schieferung in einem anderen Winkel durchschnitten werden. Die Schichtung zeigt, wie sich der Schlamm ablagerte; die Schieferung zeigt die Richtung, in der das Gestein später zusammengedrückt wurde.

Am Rand aufgeheizt

Nicht jede Metamorphose erfordert tiefe Versenkung. Dringt heißes Magma in kühleres Gestein ein, wird das angrenzende Gestein aufgeheizt, ohne zusammengepresst zu werden oder zu schmelzen. Das ist Kontaktmetamorphose. Dabei entstehende Gesteine wie Hornfels sind meist ungeschiefert, weil kein starker einseitiger Druck wirkte. Wo Platten auf großer Fläche kollidieren und Gesteine zugleich versenkt und zusammengedrückt werden, erzeugt Regionalmetamorphose die geschieferten Tonschiefer, Glimmerschiefer und Gneise.