GEOLOGIE: Hochdruckminerale aus den Italienischen Alpen

[Holger Adelmann]

Liebe Kollegen,

heute poste ich eine mineralogische Spezialität. Es handelt sich um ein hoch-metamorphes Gestein aus dem Dora Maira Gebiet in den Italienischen Alpen (NW Cuneo, S Sanfront im Val Gilba und seinen benachbarten Berghängen).
Als metamorphe Gesteine bezeichnet man Gesteine die in der Regel unter Druck und / oder Temperatureinfluss in andere Gesteine umgewandelt wurden. Dabei wird auch der Mineralgehalt verändert. Als Ausgangsgesteine für einen metamorphen Prozess kommen alle existierenden Gestein in Frage, also z.B. Sedimente, Vulkanite, Granite, und natürlich auch bereits schon anderswie metamorphisierte Gesteine.

Das hier vorgestelle Gestein ist ein Pyrop-Disthen-Talk-Phengit-Schiefer / Quarzit und gehört in die sogenannte Eglogitfazies. Zu dieser Fazies (geologischer Sammelbegriff) zählt man Gesteine die unter extrem hohem Druck und hohen Temperaturen entstanden sind.

Bilder 1 bis 3 zeigen den sehr schönen, farbenfrohen Quarzitschiefer.








Die Ausgangsgesteine der jetzigen Dora Maira Metamorphite waren wohl Meta-Basite, also basische magmatische Gesteine. Diese Gesteine wurden durch tektonische Prozesse (Verschiebung der Kontinentalplatten) ca 100 km tief (!) versenkt, dort metamorphisiert (umgewandelt), und dann wieder heraufbefördert.
Man geht bezüglich der Enstehung der Dora Maira Metamorphite vor ca. 35 Millionen Jahren von Drücken grösser als 30 Kilobar und Temperaturen von mindestens 700 Grad C aus !!

Als Hinweis auf diese Metamorphose unter Extrembedingungen fand man in dem Dora Maira Gestein, typischerweise in blassrosa Granatkristallen vom Pyrop-Typ eingeschlossen, die Quarz-Hochdruck-Modifikation Coesit.
Coesit ist wie Quarz chemisch SiO2, hat aber ein  anderes, stärker gepacktes Kristallgitter und eine grössere Dichte.

Bei dem Wiederauftauchen des metamorphisierten Gesteins von Dora Maira aus grosser Tiefe kam es teilweise zu einer Rückumwandlung der SiO2 Hochdruckvariante Coesit in die Normalvariante Quarz. Dies ist natürlich wegen der oben beschriebenen Unterschiede im Kristallgitter mit einer Volumenzunahme verbunden und Coesite, welche in Granatkristallen eingeschlossen waren haben die Granatkristalle dabei zersprengt.


Bild 4 (POL parallel) und 5 (POL gekreuzt) zeigen so einen Coesit-Quarz-Cluster inmitten eines Pyrop Kristalls. Man sieht sehr schön die von dem Cluster ausgehenden
radialen Sprengrisse im Granatkristall (Granate sind isotrop, also nicht-doppelbrechend und erscheinen daher unter gekreuzten POL Filtern schwarz).
In Bild 5 sind die Minerale bezeichnet. Man sieht sehr schön den gestreiften Kranz zurückverwandelten Quarzes um den zentral noch verbliebenen Rest-Coesit.
Bilder 6 und 7 zeigen noch mehr Details.










Coesite fand man z.B. auch in der Region um Zermatt-Saas, im Gneiss in den Westregionen Norwegens oder im sogenannten Suevit, einer glasigen Tuffbrekzie des Nördlinger Rieses, wo der Coesit vor ca 14,6 Millionen Jahren durch die extremen Drücke und Temperaturen eines Meteoreinschlages entstand.

Ein weiteres Hochdruck-Mineral im Dora Maira Gestein ist der schöne, im Dünnschliff intensiv lilafarbige Ellenbergerit, siehe Bild unten.
Das Dora Maira Massiv ist die Typlokalität von Ellenbergerit, er wurde von dort erstmals 1986 beschrieben, unser lieber Olaf.med ist an den ersten Untersuchungen und Beschreibungen dieses Minerals auch nicht ganz unbeteiligt s. Literatur.
Ellenbergerit ist ein Magnesium-Aluminium-Titan-Zirkon-Silikat.




Alle Aufnahmen: Leitz Orthoplan POL, Moticam 2300.

Für die Überlassung des schönen Stückes danke ich ganz herzlich meinem alten Schulfreund Dr Hans-Peter Schertl, Ruhr-Uni Bochum, der hierüber recht viel publiziert hat (unter anderem auch mit Olaf.med).

Literatur:

Schertl, H.-P., Medenbach, O. und Neuser, R.D. (2005): UHP-metamorphic rocks from Dora Maira, Western Alps: Cathodoluminescence of silica and twinning of
coesite. Russian Geology and Geophysics, 46:1327-1332.
Chopin, C. und Schertl, H.-P. (1999): The UHP Unit in the Dora-Maira Massif, Western Alps. International Geology Review 41:765-780.
Gebauer, D., Schertl, H.-P. und Schreyer, W. (1995): A 35 Ma old ultrahigh-pressure metamorphism in the Dora Maira Massif and ist geodynamic implications for the Pennine zone of the Central and Western Alps. Bochumer Geologische und Geotechnische Arbeiten 44:49-53.
Schertl, H.P. & Medenbach, O. (1994). Coesit-führender Pyrop-Quarzit, ein spektakuläres Gestein aus dem Dora-Maira-Massiv in den Westalpen. Min.-Welt, Jg.5, Nr.1, S.14-16.
Chopin, C., Klaska, R., Medenbach, O., Dron, D. (1986): Ellenbergerite, a new high-pressure Mg-Al-(Ti,Zr)-silicate with a novel structure based on face-sharing octahedra. Contributions to Mineralogy and Petrology, 92, 316-321.



Lieber Olaf, wie immer bitte ich um Korrekturen, wo erforderlich.

Herzliche Grüsse & allen einen schönen 2. Advent
Holger

[Herne]

Hallo Holger,
auch wenn ich von geologischem Sachverstand weitgehend frei bin : Die Fotos sind auch ein rein ästhetischer Hochgenuss!
Zusammen mit deinen sehr guten Erläuterungen führt das zu Erkenntnisgewinn, der auch noch großen Spaß macht. 
L.G.
Herbert

[Stefan_O]

Sehr schön, Holger, vielen Dank! Noch ein Hinweis von mir: Springer ist gerade in Weihnachtsstimmung, die "Contributions to Mineralogy and Petrology" sind für kurze Zeit zum kostenlosen Download freigeschaltet. Wen es also interessiert, möge die Chance nutzen:

Chopin, C., Klaska, R., Medenbach, O., Dron, D. (1986): Ellenbergerite, a new high-pressure Mg-Al-(Ti,Zr)-silicate with a novel structure based on face-sharing octahedra. Contributions to Mineralogy and Petrology, 92, 316-321
http://www.springerlink.com/content/u724582p645611p8/

Nachtrag:

Eine Doktorarbeit zum Thema. Microfabrics of ultra-high pressure metamorphic rocks in the Dora Maira Massif, Western Alps, vorgelegt von Annette Lenze. Zum Download hier:
http://search.dissonline.de/opac.htm?method=showFullRecord&currentResultId=118785526&currentPosition=7


Gruss,
Stefan

[Lothar Gutjahr]

Hallo Holger,

wunderschöne Bilder Holger. Wenn ich eine Verständnisfrage einbringen darf: bei diesen Drücken müßten ja aus anderen Mineralien wie verunreinigtem AL-Oxid falls vorhanden Saphire Rubine entstanden sein ? Oder wurde das Material im heissen Zustand nach oben verschoben und ohne Druck abgekühlt? Der Ellembergerit dürfte von daher auch mindestens translucent sein, wenn nicht gar durchscheinend.

Sorry ich frage als Laie, der mal mit der sintertechnischen Herstellung transparenter Al-Oxid Teile mittels hippen Berührung hatte. Auch stellte eine Gruppe im Konzern Pressen mit beheizten Werkzeugen zur Herstellung synthetischer Diamanten her. Als bastelnder Rentner versuche ich mich derzeit an Wolframteilen.

LG Lothar

[Fahrenheit]

Lieber Holger,

vielen Dank für Deinen interessanten Artikel mit den eindrucksvollen Bildern!

Herzliche Grüße
Jörg

[Ronald Schulte]

Holger,

Sehr schöne Bilder. Die Moticam liefert Toppklasse Bilder. Da sind nur wenige DSLR die da mithalten.
Natürlich sollte die Ganze Kombination von Optik, Zwischen Optik und Kamera in Ordnung sein aber das hast du ja!

Grüße Ronald

[Rawfoto]

Hallo Holger

Ein wirklich toller Beitrag und wie immer tolle Bilder. Passt gut zu den Aktivitaeten der letzten beiden Treffen in Wien. Wir hatten Eklogit aus der Steiermark am Programm und die gilt es jetzt fertg zu schleifen und einzudecken.

Beim 800er bin ich schon angekommen :-)

Liebe Gruesse :-)

Gerhard

[Holger Adelmann]

Danke für das nette Feedback, liebe Kollegen.

@ Herbert: Ja, das Gestein ist unglaublich schön im Schliff. Neben dem körnigen Quarzitanteil sind die gefiederten Schichtsilikate immer wieder optisch sehr ansprechend.

@ Stefan: Danke für die Literaturangaben, sehr nützlich !

@ Lothar: Die Beantwortung Deiner Frage überlasse ich unseren Mineralogen im Forum

@ Jörg: Ja, gerne kannst Du den Artikel (es kommen von mir bestimmt noch ein paar Ergänzungen) auf die MKB Seite übernehmen.

@ Ronald: Ja ich bin immer wieder überrascht, was diese Kamera leistet: Ob Hellfeld, DIC, Fluoreszenz oder POL ....

@ Gerhard: Auf Deine Eklogit-Schliffe bin ich schon gespannt!

Übrigens hatte ich Anfragen, ob im Quarzitanteil (also in der Matrix) auch noch Coesit enthalten ist. Dies ist nicht mehr der Fall. Coesit ist eine instabile SiO2 Modifikation und wandelt sich rasch wieder in die stabile Tiefdruckmodifikation Quarz um. Nur wenn Coesit in anderen Mineralen hoher Druckfestigkeit eingeschlossen ist (wie hier im Pyrop-Granat) kann er während der Abkühlungsphase des Gesteins erhalten bleiben. Der umliegende Granat wirkt quasi wie ein Drucktopf. Allerdings führen dann irgendwann Teilrückbildungen des Coesit zum voluminöseren Quarz zum Reissen des Drucktopfes ...

Allen einen schönen 2. Advent
Holger