Umwandlungen: Granit → Gneis → Migmatit EarthCache

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Im Schlosspark von Neschwitz gibt es seit einigen Jahren einen Eiszeit-Pfad. Auf einer Strecke von 260 Metern sind 36 Geschiebe ausgestellt, die von den Gletschern der Eiszeit in diese Gegend transportiert wurden. Fast alle stammen aus Skandinavien.



Wir wollen die seltene Gelegenheit nutzen, Granite, Gneise und Migmatite dicht nebeneinander betrachten und vergleichen zu können. Eine interessante Ausnahme ist ein quarzitischer Sandstein, den wir in GCA4NPB genauer betrachten.

Wenn du dir die Gesteine Granit, Gneis und Migmatit in Neschwitz anschaust, dann sieht auf den ersten Blick alles sehr ähnlich aus. Bei einem zweiten, genaueren Blick kannst du jedoch Unterschiede erkennen. Sehr hilfreich ist dabei, dass die Geschiebe an einer Stelle angeschliffen und poliert wurden. So können wir das Gefüge (Anordnung der Bestandteile des Gesteins) besser erkennen und unterscheiden.

Wir werden aber auch feststellen, dass die Übergänge in der Natur fließend sind. So gibt es Gesteine, die nicht eindeutig Granit oder Gneis sind, sondern „Übergangswesen“. Und genau das macht es so interessant.

Granit ist ein magmatisches Tiefengestein (Plutonit). Es entsteht, wenn Magma sehr langsam in großer Tiefe auskühlt. Der Name Granit (lat. granum = Korn) entstand im Zusammenhang mit der guten Erkennbarkeit einzelner Körner im Kristallgefüge.

Die wichtigsten Bestandteile von Granit sind Feldspat, Quarz und Glimmer. Eigentlich sollten wir statt Glimmer besser dunkle (mafische) Minerale sagen. Das Wort mafisch ist zusammengesetzt aus Magnesium und Ferrum (Eisen). Es steht stellvertretend für Minerale wie Glimmer, Hornblende (Amphibole), Pyroxene, Olivin und andere.

Dank der langsamen Abkühlung haben die Kristalle Zeit zum Wachsen. Dabei gibt es keine Einschränkungen bezüglich der Richtung des Kristallwachstums. Bei einem Granit sind die einzelnen Kristalle/Körner ungeordnet bzw. ungerichtet.

Die Größen der Kristalle können von klein (im Millimeterbereich) bis zu groß (mehrere Zentimeter) variieren. Der Granit wird dann als fein-, mittel- oder grobkörnig bezeichnet. Je langsamer die Abkühlung vonstatten geht, desto mehr Zeit haben die Kristalle zum Wachsen.

Bei aller Vielfalt von Granit sind die Kristalle/Körner stets ungerichtet.
Klicke zur genaueren Betrachtung auf die einzelnen Granite!

Das Aussehen von Granit ist ungeheuer vielfältig. Die Farben sind dank der verschiedenen Feldspäte sehr unterschiedlich. Die Feldspäte können zum Beispiel weiß, blassrosa oder kräftig rot sein. Quarz erscheint im Allgemeinen hell oder grau, kann aber auch blau aussehen.

Die Farbe des Gesteins spielt bei unseren Betrachtungen eine untergeordnete Rolle.

Granit finden wir nur dann an der Erdoberfläche, wenn es in späteren Zeiten dank tektonischer Vorgänge zu einer Anhebung kam. Oder wenn die darüber liegenden Schichten verwittert sind und abgetragen wurden.

Gneis ist ein metamorphes Gestein. Das heißt, dass Gneis durch Metamorphose (Umwandlung) aus anderen, bereits vorhandenen Gesteinen entsteht.

Metamorphose ist ein Vorgang, bei dem Gesteine hohem Druck und/oder hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Das geschieht tief unter der Erde. Die Verhältnisse sind jedoch immer so, dass die Minerale nicht aufschmelzen!

Die Ausgangsgesteine können sowohl Sedimente als auch magmatische Gesteine sein. Die aus Sedimenten entstehenden Gneise werden Paragneise genannt. Die aus magmatischen Gesteinen entstehenden Gneise heißen Orthogneise.

Da das Aussehen der Granite sehr vielfältig ist, haben auch Gneise, die aus Granit entstanden sind, ein sehr unterschiedliches "Gesicht".

Wenn ein Granit hohem Druck ausgesetzt ist, dann versuchen die Körner, diesem Druck auszuweichen. Die am stärksten unter Druck stehenden Bereiche der Körner (in der Grafik blassrot) werden gelöst. Und mit dem Porenwasser entlang der Kornoberfläche (in der Grafik grün) in Bereiche transportiert, die weniger unter Druck stehen. Dort, im Druckschatten, können die Minerale neu auskristallisieren (in der Grafik gelb).

Aus einem Feldspatkristall des Granits entsteht so ein Feldspatkristall des Gneises. Er sieht ähnlich aus, allerdings ist er „ein bisschen“ deformiert. Das gilt für alle Kristalle unseres ehemaligen Granits. Das Maß der dauerhaften Deformierbarkeit (Plastizität) der einzelnen Minerale ist jedoch unterschiedlich und temperaturabhängig. Ein deutlicher Unterschied der Plastizität liegt zwischen hellen und dunklen Mineralen vor. So entsteht ein Schichtgefüge (Foliation) durch die Entmischung von Lagen aus hellen und dunklen Mineralen.

Wichtig ist, dass die Minerale bei der Metamorphose in festem Zustand bleiben!

Nun wird auch klar, warum der Übergang von Granit zu Gneis so fließend ist. Ein bisschen weniger Druck bedeutet ein bisschen weniger Deformation. Wann reicht die Verformung aus, um einen Gneis entstehen zu lassen? Hier gibt es einen großen Spielraum.


Geschiebe Nummer 7 zeigt ein Übergangsgestein vom Granit zum Gneis. Aufgrund von Deformationsprozessen ist ein folierter Granit (Granit mit Schichtgefüge) entstanden.

Es ist auch möglich, dass ein Teil des Granits umgewandelt wird und ein anderer Teil nicht oder nur sehr geringfügig.

Und noch etwas ist wichtig bei der Entstehung von Gneis. In der Phase der Umbildung können neue Minerale entstehen! Bei Gneisen sind das insbesondere Granat (finden wir in Neschwitz) und Cordierit.

Beide Minerale benötigen Aluminium für ihre Bildung. Da Sedimente und Sedimentgesteine oft einen erhöhten Aluminiumanteil besitzen, ist das Vorkommen von Granat oder Cordierit ein Hinweis auf einen Paragneis.

Das Aussehen eines Gneises kann mit folgenden Begriffen charakterisiert werden.
Augentextur für größere Einsprenglinge in einer feinkörnigen Matrix, Bänderung für lagig aufgebaute Gneise, Lineation für eine nahezu geradlinig verlaufende Verformung, oder Flasergefüge für leicht wellige Verformungen.

Bei Gneis ist das Gefüge stets gerichtet und foliert (geschichtet).
Klicke auf die Gneise!

Da Gneis eigentlich ein Sammelbegriff für eine bestimmte Art eines metamorphen Gesteins ist, werden für die genauere Beschreibung manchmal Attribute an den Namen angehängt. Der Begriff Biotitgneis soll verdeutlichen, dass der Gneis viel dunklen Glimmer (Biotit) enthält.

Gneise entstehen wie auch Granite in großen Tiefen im Zusammenhang mit Gebirgsbildungen. Es dauert sehr lange, bevor sie an die Erdoberfläche gelangen.

Übrigens:
Gneise gibt es in der Lausitz von Natur aus nicht. Im Erzgebirge kann man sie finden. Und in Skandinavien, wo sie oft ein Alter von mehr als einer Milliarde Jahre haben.
Außer Gneis gibt es noch viele andere metamorphe Gesteine wie zum Beispiel Marmor, Quarzit oder Glimmerschiefer.

Bei der Bildung der Gneise haben wir darauf hingewiesen, dass die Minerale in festem Zustand bleiben. Doch was passiert, wenn die Temperatur weiter steigt und steigt? Ganz klar, irgendwann setzt ein Aufschmelzen ein.

Ein Gestein besteht aus verschiedenen Mineralen. Und jedes dieser Minerale hat seinen eigenen Schmelzpunkt. Der Schmelzpunkt von Mineralen hängt von verschiedenen Einflüssen ab, zum Beispiel vom Druck, von der Anwesenheit von Wasser, Kohlendioxid oder bestimmter anderer Minerale.

Eins bleibt aber immer gleich: Die hellen Minerale wie Feldspat und Quarz schmelzen zuerst. Die dunklen Minerale bleiben über eine sehr lange Temperaturspanne noch in festem Zustand. Somit kommt es zu einer Trennung von hellen (aufgeschmolzenen und damit beweglichen) und dunklen (festen, starren) Mineralen im Gestein.

Genau in diesem Zustand entsteht ein Migmatit. Ein Migmatit ist ein Gestein, bei dem eine Aufschmelzung begonnen hat, aber nicht bis zum Ende ausgeführt wurde.


Klicke auf das Bild für eine genauere Erklärung!

Ein Migmatit steht also zwischen einem Gneis (Deformation, aber kein Aufschmelzen) und einem magmatischen Gestein (komplettes Aufschmelzen mit anschließender Abkühlung).

Woran kann man ein Migmatit erkennen? An der Trennung der (bereits aufgeschmolzenen) hellen Komponenten von den in festem Zustand gebliebenen dunklen Komponenten. Die hellen Bestandteile haben ein ungerichtetes, magmatisches Gefüge wie zum Beispiel ein Granit. Die dunklen Anteile sind eingeregelt wie bei einem Gneis. Dabei sind die hellen Lagen von einem schmalen Saum aus dunklen Mineralen eingerahmt.

Migmatite: Die dunklen Minerale sind gerichtet wie bei einem Gneis, die hellen Minerale waren aufgeschmolzen und sind nach dem Erkalten ungerichtet wie bei einem Magmatit.
Klicke auf die Migmatite!

Auf dem Eiszeit-Pfad findest du außer Migmatit auch die Bezeichnungen migmatitischer Gneis oder magmatischer Gneis. Unter dem Gesichtspunkt, dass es sich um den Übergang von einem Gneis zu einem Migmatit handelt, bedeutet das immer: Der Gneis wurde bei hohen Temperaturen partiell aufgeschmolzen. Die hellen Minerale verflüssigten sich. Anschließend erstarrten sie wieder, nun aber mit einem richtungslosen, magmatischen Gefüge. Die dunklen Minerale haben die hohen Temperaturen unbeschadet überstanden.

Auch bei Migmatiten gibt es wieder einen gewissen Spielraum zwischen dem Beginn des Aufschmelzvorgangs bis hin zum kompletten Aufschmelzen der hellen Minerale. So kann es Bereiche geben, wo das Gefüge eindeutig noch Gneis ist. Wo also noch keine Aufschmelzung stattgefunden hat. Und ein Stück daneben sind die hellen Minerale aufgeschmolzen und wie in magmatischen Gesteinen ungerichtet auskristallisiert.

Biotit deutet wieder auf viel dunklen Glimmer hin. Bei Migmatiten kann ebenso wie bei Gneisen darauf hingewiesen werden, welche Minerale enthalten sind. So findest du zum Beispiel granatführenden (enthält Granat) oder magnetitreichen (enthält das Eisenerz Magnetit) Migmatit.

Wenn alle Minerale aufgeschmolzen werden, dann entsteht wieder ein magmatisches Gestein.

Was wir hier kennen gelernt haben, ist ein kleiner Teil des (ewigen) Kreislaufes der Gesteine. Magmatisches Gestein (hier Granit) → Metamorphes Gestein (Gneis) → Migmatit ( → magmatisches Gestein).


Der Kreislauf der Gesteine
(der Link führt dich zu Wikipedia) umfasst aber noch die Gesteine, die an der Erdoberfläche der Verwitterung ausgesetzt sind, abgetragen und anderswo abgelagert werden. Die abgelagerten Sedimente können nun in metamorphe Gesteine umgewandelt oder teilweise oder ganz aufgeschmolzen werden. Und so weiter und so fort.

Eigentlich ist es ein kleines Wunder, dass es Gneise und Migmatite überhaupt gibt. Da hat die Natur mitten im Verändern eines magmatischen Gesteins Pausen eingelegt. In der ersten Pause, in der noch nichts aufgeschmolzen, das Gestein aber deformiert wurde, entsteht Gneis. Fehlt diese Pause oder geht es danach weiter, dann beginnt die Aufschmelzung, und in einer nächsten Abkühlungsphase entsteht Migmatit. Ohne alle diese Pausen wäre ein magmatisches Gestein wieder aufgeschmolzen worden, und nach der Abkühlung wäre daraus ein (neues) magmatisches Gestein entstanden. Die Gneise und Migmatite verdanken wir also einem (zwischenzeitlichen) Energiemangel.

Aufgaben/Fragen

1. Vergleiche die Gefüge von Geschiebe-Nummer 1 mit Geschiebe-Nummer 3.
Was ist der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Gefügen? Ein oder zwei Sätze genügen.

2. Schau dir das Geschiebe Nummer 2 genau an. Außerdem solltest du die Infos der Tafel (WP2) beachten.
Welche Farbe haben die Granate? Handelt es sich bei den Kristallen um (wenige) große oder sehr viele winzig kleine Kristalle? Wie sind sie auf der polierten Fläche angeordnet? (einzeln, in Grüppchen, nur an einer einzigen Stelle,...)
Warum gibt es Granate hauptsächlich in metamorphen Gesteinen?
Handelt es sich bei Geschiebe Nummer 2 um einen Paragneis oder um einen Orthogneis?

3. Schau dir das Geschiebe Nummer 11 an. Was steht auf dem Schildchen?
Liste bitte mindestens zwei charakteristische Merkmale auf, an denen du auch ohne das Schildchen erkennen könntest, ob es sich um Granit, Gneis oder Migmatit handelt.

4. Fotografiere bitte bei Geschiebe Nummer 12 den polierten Bereich des Steins. Zeichne in deinem Foto (zu Hause) mit unterschiedlichen Farben ein paar Bereiche ein, die ein magmatisches Gefüge haben, und andere Bereiche, bei denen noch Gneisgefüge vorliegt.
Als Vorbild kannst du das Foto "Migmatit Beschreibung" mit rot und mit grün gekennzeichneten Arealen verwenden.
5. Das folgende Foto haben wir am Rand von Stockholm aufgenommen.


Worum handelt es sich aus deiner Sicht? Ist es Granit, Gneis oder Migmatit?
Auf dem Eiszeit-Pfad findest du ähnlich aussehende Gesteine zum Vergleich. Das kann dir die Einordnung erleichtern.

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Wir wünschen euch viel Freude und Erfolg mit diesem Earthcache!