Geologie

Nach dem Geländebefund lassen sich vor allem 3 verschiedene Kategorien von metamorphen Gesteinen unterscheiden:
Produkte der Kontaktmetamorphose, Produkte der Dislokationsmetamorphose (Dynamometamorphose) und Produkte der Regionalmetamorphose. Das geologische Auftreten der kontaktmetamorph und dislokationsmetamorph geprägten Gesteine ist örtlich relativ begrenzt, während das Auftreten der regionalmetamorphe geprägten Gesteine, wie schon der Name zum Ausdruck bringt, meistens ganze Grundgebirgseinheiten umfaßt. Die Gesteinsmetamorphose ist jedoch nicht auf Bedingungen der Erdkruste beschränkt.

Die kontaktmetamorph gebildeten Metamorphite sind Produkte einer thermischen Um- und Rekristallisation des Nebengesteins um einen magmatischen Intrusivkörper. Auch in den Intrusivkörper gelangte Nebengesteinsschollen können so verändert werden. Magmatische Intrusivkörper können sein:
- Plutone, deren Magmen in das nicht metamorphe oder schwach metamorphe Grundgebirge höherer kontinentaler Krustanabschnitte aufgestiegen sind.
- Basaltische Gänge oder Lagergänge.
Die kontaktmetamorphe Einwirkungszone der Plutone auf das Nebengestein wird als Kontakthof (Kontaktaureole) bezeichnet, diejenige eines Gangs als Kontaktsaum. Nur die Einwirkung als Kontakthof ist der Dimension nach geologisch auskartierbar.

Die Dislokationsmetamorphose (Dynamometamorphose) ist an tektonische Störungszonen, Hauptverwerfungszonen oder Auf- bzw. Überschiebungsbahnen gebunden. Sie wirkt auf das Gestein und seinen Mineralinhalt im wesentlichen mechanisch ein. Wenn die mechanische Kraft eine bstimmte Größe nicht überschreitet, reagieren die Mineralkörner im beanspruchten Gestein zunächst durch ein elastisches Verhalten, ehe es zu Brucherscheinungen kommt. Dazu sind sie durch ihre Gittereigenschaften wie Translation und/oder Druckzwillingslamellierung in verschiedenem Maß befähigt. Als Nebeneffekt kann die Bewegungsenergie durch Reibung in Wärme (sogenannte Friktionswärme) umgesetzt werden.
Eine besondere Art einer Dislokationsmetamorphose liegt in bzw. an den Rändern der Impaktkrater (Einschlagskrater) vor. Bei einem Meteoriteneinschlag wandelt sich die enorme Menge an freiwerdender Energie unmittelbar in entsprechende energiereiche Schockwellen um, die sich mit schnellem Energieverlust von der Einschlagsstelle konzentrisch wegbewegen. Die Schockwellen (Stoßwellen) erzeugen innerhalb eines kurzen Zeitraums, in der Größenordnung von Sekunden, extrem hohe Drücke und Temperaturen bis zu schätzungsweise 1.000 kbar und 5.000 °C und mehr. Die dabei in Sekundenschnelle erfolgten Veränderungen im Nebengestein bezeichnet man als Impakt- oder Schockmetamorphose.

Man unterscheidet bei der Regionalmetamorphose:

•	die regionale Versenkungsmetamorphose,
•	die thermisch-kinetische Umkristallisationsmetamorphose (Regionalmetamorphose im engeren Sinne / Regionalmetamorphose in Orogenzonen).

Im Unterschied zur regionalen thermisch-kinetischen Umkristallisationsmetamorphose ist die regionale Versenkungsmetamorphose nur teilweise in orogene Vorgänge einbezogen. Es bestehen bei ihr auch keinerlei Beziehungen zu magmatischen Intrusionen. Die vulkanosedimentäre Füllung der ozeanischen Seite der Geosynklinale aus Material der ozeanischen Kruste wird am subduzierten Plattenrand (Platte im Sinn der Plattentektonik) relativ schnell in zunehmend größere Tiefe versenkt und einem stetige anwachsenden Belastungsdruck ausgesetzt, während sich die Temperatur nur langsam erhöht.
Die bei der regionalen Versenkungsmetamorphose erreichten Temperaturen sind häufig niedriger als diejenigen der Regionalmetamorphose in Orogenzonen. Die Temperaturzunahme mit größerer Versenkung stammt im wesentlichen aus dem Zerfall radioaktiver Elemente, insebesondere Uran (U), Thorium (Th) und Kalium (K₄₀) und aus einem Wärmezufluß aus dem Oberen Mantel. Der geothermische Gradient ist bei der Versenkungsmetamorphose außerordentlich gering und beträgt weniger als 10 °C/km Tiefe.
Durchbewegung und Gesteinsverformungen treten bei der regionalen Versenkungsmetamorphose häufig zurück. Deshalb sind nicht selten magmatische oder sedimentäre Reliktgefüge relativ gut erhalten.

In einem ursächlichen Zusammenhang mit einem Orogen steht die thermisch-kinetische Umkristallisationsmetamorphose. Mit der Auffaltung des Orogens kommt es zu Verdickungen des Schichtpakets durch Faltenstrukturen. Die Gesteine und Sedimente werden durchbewegt. Es kommt abwechselnd oder gleichzeitig zu Korndeformationen und Mineralreaktionen.
Während die Drücke bei der Kontaktmetamorphose und bei der regionalen Versenkungsmetamorphose im wesentlichen nur hydrostatisch wirken, ist bei der thermisch-kinetischen Umkristallisationsmetamorphose (wie schon der Name zum Ausdruck bringt) stets auch mit gerichtetem Druck (Streß) zu rechnen. Die Gesteinsprodukte dieses Metamorphosetyps weisen so in der Regel gerichtete (geregelte) Gefüge auf. Sie lassen Schieferung und/oder Lineare erkennen, indem blättrige Minerale (Glimmer, Chlorit) in der Ebene der Schieferung oder stengelige Minerale (Amphibol, Zoisit) nach einem Linear der tektonischen Verformung eingeregelt sind. Man bezeichnet diese Gesteine deshalb auch als kristalline Schiefer.
Die Temperaturen der thermisch-kinetischen Umkristallisationsmetamorphose liegen zwischen 200 und 800 °C maximal. Die Wärme stammt wie bei der regionalen Versenkungsmetamorphose aus radiogenem Elementzerfall und einem Zufluß aus dem Oberen Mantel. Die vorwiegend sedimentären Füllungen der Geosynklinale der Kontinentalseite setzt wegen der höheren Gehalte an radioaktiven Elementen mehr Wärme frei als die überwiegend basaltische Füllung auf der Ozeanseite. So erklären sich wenigstens zum teil die größeren geothermischen Gradienten der thermisch-kinetischen Umkristallisationsmetamorphose, die im Mittel zwischen 15 und 25 °C/km angenommen werden. Diese Annahme beruht einmal auf direkten Messungen des Wärmeflusses in jungen, in Entstehung begriffenen Geosynklinalr&aum;umen und zum anderen auf einiger Kenntnis der Stabilitätsfelder der wichtigsten Mineralparagenesen.
Bei einer Versenkungstiefe von 20 km kommt man bei Gradienten zwischen 15 und 25 °C/km in der nnahme einer gleichmäßig linearen Temperaturzunahme nach der Tiefe hin nur auf rund 380 - 500 °C. man nimmt jedoch an, daß sich der Gradient nach der Tiefe hin in vielen Fällen vergrößern kann, etwa durch Wärmezufuhr aus aufsteigenden Magmen, sogenannten Wärmedomen im Orogen. Für die höchsten Temperaturen dieser Metamorphose bis zu 800 °C müssen zusätzliche Wärmequellen und größere Thermische Gradienten zu den erwähnten hinzukommen, teilweise auch viel höhere Versenkungsbeträge als 20 km angenommen werden.

Nur in besonderen, wenn auch nicht seltenen Fällen kommt es im Zusammenhang mit der Gesteinsmetamorphose zu Umsetzungen und Austauschreaktionen mit überkritischen Gasen oder hydrothermalen Lösungen. Sie können lokal einen erheblichen Stoffaustausch bewirken. Eine solche Metamorphose mit beachtlicher Stoffänderung (Stoffzufuhr oder Stoffwegfuhr) wird als Metasomatose bezeichnet. Sie ist meistens eine zeitliche Nachwirkung oder räumliche Fernwirkung magmatischer Vorgänge. So findet sie bevorzugt im Bereich einer Kontaktmetamorphose statt und wird dann als Kontaktmetasomatose bezeichnet. Hier können die Stoffumsätze lokal sehr groß sein. Haben derartige Vorgänge im Anschluß an die magmatische Kristallisation innerhalb des Magmatitkörpers selbst stattgefunden, so spricht man von einer Autometasomatose.
Auch im Anschluß an eine thermisch-kinetische Umkristallisationmetamorphose (Regionalmetamorphose) können metasomatische Vorgänge auftreten.
Nicht zur Metasomatose wird der Austausch von H₂O oder CO₂ gerechnet, da diese mobilen Komponenten bereits bei metamorphen Vorgängen als solche eine Rolle spielen. Jedoch besitzt insbesondere H₂O als Transportmittel für weniger mobile Komponenten oder als Reaktionspartner bei der Metasomatose oft eine große Bedeutung.