Metamorfe faciës

Metamorfe faciës of mineraalfaciës zijn kenmerkende combinaties van mineralen in metamorf gesteente, waaruit de omstandigheden bij de vorming van het gesteente blijken. Wegens de relatie tussen de chemische en mineralogische samenstelling van gesteente zijn bepaalde combinaties van mineralen natuurlijk. Een bepaalde combinatie van mineralen komt alleen voor bij een beperkte chemische samenstelling. Een metamorfe faciës wordt daarnaast verondersteld te zijn gekristalliseerd onder mechanisch en chemisch evenwicht. Die aanname brengt mee dat de omstandigheden van lithostatische druk, temperatuur en waterdruk voor aanzienlijke tijd binnen een beperkt bereik bleven. De faciës geeft daarom bewijs voor de locatie binnenin de Aarde waar het gesteente is geweest.
Definitie
De Zwitserse geoloog Amanz Gressly was in 1836 de eerste die het begrip faciës gebruikte. Gressly bestudeerde sedimentair gesteente. De sedimentaire faciës van zulk gesteente hangt af van het milieu waarin het vormde.
Metamorfe faciës hebben daarmee overeenkomstig met de omstandigheden van metamorfose te maken. Waar sedimentair gesteente kenmerkende sedimentaire structuren, lithologieën en fossielen kunnen bevatten, hebben metamorfe gesteenten kenmerkende mineralen voor de metamorfe graad waarbij ze ontstonden. Deze mineralen kristalliseren en groeien over oudere kristallen en texturen.
Metamorfe faciës gaan terug tot de indeling van de Finse geoloog Pentti Eelis Eskola uit 1921. De geoloog Francis Turner uit Nieuw-Zeeland, die veel in de Verenigde Staten werkte, verfijnde deze indeling in de jaren 1970 en vatte het in een veelgebruikt schema samen.
Metamorfe faciës en mineralen
De verschillende metamorfe faciës worden door de mineralen die in gesteente aanwezig zijn bepaald. Als een gesteente een bepaalde faciës heeft doorlopen, hebben druk en temperatuur daarbij invloed op de samenstelling van mineralen invloed gehad. Bepaalde mineralen zijn bij bepaalde druk en temperatuur stabiel, terwijl andere instabiel of metastabiel zijn. Als in een gesteente de temperatuur en druk veranderen kunnen mineralen stabiel worden en kunnen er onder andere afhankelijk van de activeringsenergie van de reactie en de hoeveelheid in het gesteente aanwezig water metamorfe reacties plaatsvinden.


Door de samenstelling van mineralen met slijpplaatjes en een elektronenmicroscoop in detail te bestuderen, kunnen de afzonderlijke mineralen worden bepaald. De faciës wordt met de afkortingen LT, MT, HT, LP, MP, HP aangegeven, van het Engelse low, medium en high temperature en pressure. Sinds de jaren 90 wordt ook UHP, van ultra high pressure, voor zeer hoge druk gebruikt.
De samenstelling van stabiele mineralen in verschillende metamorfe faciës kunnen in driehoeksdiagrammen worden weergegeven. Donkere stippen staan daarin voor een mineraal, dunne grijze lijnen voor een evenwicht tussen twee mineralen.
De faciës, dus hoe de verschillende mineralen zich in een gesteente verhouden, is afhankelijk van het oorsprongsgesteente. De varianten, die een metamorfose hebben ondergaan, worden meestal met het voorvoegsel meta aangeduid. Een metastollingsgesteente is een stollingsgesteente dat een metamorfose heeft ondergaan. Metapelitisch gesteente is een metamorfe peliet, een fijnkorrelig sedimentair gesteente. Metagrauwackes zijn metamorfe grauwackes, donkere groengrijze zandstenen met een kleimatrix rijk aan chloriet en andere mica's. Metabasische gesteenten zijn mafische gesteenten die metamorfose hebben ondergaan.
Het voorkomen van de nesosilicaten, die polymorf zijn, is typerend voor de verschillende faciës van lage tot gemiddelde druk en temperatuur. Dat is bijvoorbeeld andalusiet bij lage druk, kyaniet bij hogere druk en lagere temperatuur en sillimaniet bij hogere temperatuur. Deze varianten van Al2SiO5 zijn stabiel bij een bepaalde temperatuur en druk en geven zo een indicatie van de faciës en graad van metamorfose.
Zeolietfaciës LP/LT
De zeolietfaciës is de metamorfe faciës met de laagste graad van metamorfose. Bij temperatuur en druk lager dan de zeolietfaciës vindt diagenese plaats. De faciës is genoemd naar het voorkomen van zeolieten, dat zijn tectosilicaten, die sterk zijn gehydrateerd. De zeolietfaciës wordt gekarakteriseerd door de mineraalassemblages:
Metastollingsgesteenten en grauwackes
- heulandiet + analciem + kwarts ± kleimineralen
- laumontiet + albiet + kwarts ± chloriet
Metapelieten
- muscoviet + chloriet + albiet + kwarts
Prehniet-pumpellyietfaciës LP/LT
De prehniet-pumpellyietfaciës is een faciës die door een graad van metamorfose wordt gekenmerkt met een iets hogere temperatuur, druk en daarmee ook diepte dan de zeolietfaciës. Het is genoemd naar de twee mineralen prehniet, dat is een calcium- en aluminiumhoudend fylosilicaat, en pumpellyiet, een sorosilicaat, genoemd. De prehniet-pumpellyietfaciës wordt gekarakteriseerd door de mineraalassemblages:
Metastollingsgesteenten en grauwackes
- prehniet + pumpellyiet + chloriet + albiet + kwarts
- pumpellyiet + chloriet + epidoot + albiet + kwarts
- pumpellyiet + epidoot + stilpnomelaan + muscoviet + albiet + kwarts
Metapelieten
- muscoviet + chloriet + albiet + kwarts
Groenschistfaciës MP/MT
De groenschistfaciës wordt gekenmerkt door een graad van metamorfose van gemiddelde druk en temperatuur. De faciës is genoemd naar het schisteuze uiterlijk van het gesteente en de groene kleur, veroorzaakt door de groene mineralen chloriet, epidoot en chloritoïd. De groenschistfaciës wordt gekarakteriseerd door de mineraalassemblages:
Metabasisch gesteente
- chloriet + albiet + epidoot ± actinoliet, kwarts
Metagrauwackes
- albiet + kwarts + epidoot + muscoviet ± stilpnomelaan
Metapelieten
- muscoviet + chloriet + albiet + kwarts
- chloritoïd + chloriet + muscoviet + kwarts ± paragoniet
- biotiet + muscoviet + chloriet + albiet + kwarts + mangaanrijke granaat zoals spessartien
Silica-houdende dolomieten
- dolomiet + kwarts
Amfibolietfaciës MP/MT-HT
De amfibolietfaciës is een faciës van gemiddelde druk en gemiddeld tot hoge temperaturen. Het is genoemd naar het vóórkomen van amfibolen die onder deze omstandigheden worden gevormd. De amfibolietfaciës wordt gekarakteriseerd door de mineraalassemblages:
Metabasisch gesteente
- hoornblende + plagioklaas ± epidoot, granaat, cummingtoniet, diopsied, biotiet
Metapelieten
- muscoviet + biotiet + kwarts + plagioklaas ± granaat, stauroliet, kyaniet/sillimaniet
Silica-houdende dolomieten
- dolomiet + calciet + tremoliet ± talk, bij lage druk en temperatuur
- dolomiet + calciet + diopsied, forsteriet of beide, bij hoge druk en temperatuur
Granulietfaciës MP/HT
De granulietfaciës is de hoogste graad van metamorfose in het regime van gemiddelde druk. De faciës kan op verschillende dieptes voorkomen. Het vóórkomen van orthopyroxeen is karakteristiek voor deze en de pyroxeen-hoornfelsfaciës. De granulietfaciës wordt gekarakteriseerd door de mineraalassemblages:
Metabasisch gesteente
- orthopyroxeen + clinopyroxeen + hoornblende + plagioklaas ± biotiet
- orthopyroxeen + clinopyroxeen + plagioklaas ± kwarts
- clinopyroxeen + plagioklaas + granaat ± orthopyroxeen, bij hoge druk
Metapelieten
- granaat + cordieriet + sillimaniet + kaliveldspaat + kwarts ± biotiet
- saffirien + orthopyroxeen + kaliveldspaat + kwarts ± osumiliet, bij zeer hoge temperatuur
Blauwschistfaciës MP-HP/LT
De blauwschistfaciës treedt op als de graad van metamorfose zich bevindt in het lage temperatuur, maar gemiddeld hoge druk regime. Dit is bijvoorbeeld het geval in subductiezones. De faciës is blauwschist genoemd vanwege het schisteuze karakter van het gesteente en het vóórkomen van de blauwe mineralen glaucofaan en lawsoniet. De blauwschistfaciës wordt gekarakteriseerd door de mineraalassemblages:
Metabasisch gesteente
- glaucofaan + lawsoniet + chloriet ± fengiet/paragoniet, omfaciet
Metagrauwackes
- kwarts + jadeïet + lawsoniet ± fengiet, glaucofaan, chloriet
Metapelieten
- phengiet + paragoniet + carfoliet + chloriet + kwarts
Carbonaten
Eclogietfaciës HP/HT
De eclogietfaciës is de metamorfe faciës die optreedt bij de hoogste graad van metamorfose, bij de hoogste drukken en temperaturen. Naast een metamorfe faciës, wordt met eclogiet ook een mantelgesteente aangeduid. De eclogietfaciës wordt gekarakteriseerd door de mineraalassemblages:
Metabasisch gesteente
- omfaciet + granaat ± kyaniet, kwarts, hoornblende, zoisiet
Metagranodioriet
- kwarts + fengiet + jadeïet/omfaciet + granaat
Metapelieten
- fengiet + granaat + kyaniet + chloritoïd (Mg-rijk) + kwarts
- fengiet + kyaniet + talk + kwarts ± jadeïet
Albiet-epidoot-hoornfelsfaciës LP/LT-MT
De albiet-epidoot-hoornfelsfaciës is een faciës die optreedt bij lage drukken en relatief lage temperaturen. De namen van deze twee faciës komen van de twee mineralen albiet en epidoot, hoewel deze in meer faciës voorkomen. Het woord hoornfels, of hoornrots, verwijst naar een contactmetamorf gesteente, dat gesteenten van lage druk, dus op geringe diepte, maar toch hoge temperatuur vaak kunnen zijn. De albiet-epidoot-hoornfelsfaciës wordt gekarakteriseerd door de mineraalassemblages:
Metabasisch gesteente
- albiet + epidoot + actinoliet + chloriet + kwarts
Metapelieten
- muscoviet + biotiet + chloriet + kwarts
Hoornblende-hoornfelsfaciës LP/MT
De hoornblende-hoornfelsfaciës is een faciës van iets hogere temperaturen en even lage drukken als de albiet-epidoot-hoornfelsfaciës. Hoewel genoemd naar het mineraal hoornblende, komt dat mineraal ook in andere faciës voor. De hoornblende-hoornfelsfaciës wordt gekarakteriseerd door de mineraalassemblages:
Metabasisch gesteente
- hoornblende + plagioklaas ± diopsied, anthofylliet/cummingtoniet, kwarts
Metapelieten
- muscoviet + biotiet + andalusiet + cordieriet + kwarts + plagioklaas
K2O-arme sedimenten of metastollingsgesteenten
- cordieriet + anthofylliet + biotiet + plagioklaas + kwarts
Silica-houdende dolomieten
- dolomiet + calciet + tremoliet ± talk
Pyroxeen-hoornfelsfaciës LP/MT-HT
De pyroxeen-hoornfelsfaciës is een faciës van hogere temperaturen dan de andere hoornfels-faciës en wordt net als de granulietfaciës gekarakteriseerd door het vóórkomen van orthopyroxeen. De pyroxeen hoornfels-faciës wordt gekarakteriseerd door de mineraalassemblages:
Metabasisch gesteente
- orthopyroxeen + clinopyroxeen + plagioklaas ± olivijn of kwarts
Metapelieten
- cordieriet + kwarts + sillimaniet + kaliveldspaat (orthoklaas) ± biotiet
- cordieriet + orthopyroxeen + plagioklaas ± granaat, spinel
Carbonaten
- calciet + forsteriet ± diopsied, periklaas
- diopsied + grossulaar + wollastoniet ± vesuvianiet
Sanidinietfaciës LP/HT
De sanidinietfaciës is een zeer zeldzame faciës van extreem hoge temperatuur en toch lage druk, die meestal niet bereikt wordt. Onder bepaalde contactmetamorfe omstandigheden kan deze faciës toch bereikt worden en dan wordt er door de hoge temperatuur en partiële smelt glas gevormd. De naam van de faciës komt van het karakteristieke mineraal sanidien. De sanidinietfaciës wordt gekarakteriseerd door de mineraalassemblages:
Metapelieten
Carbonaten
- wollastoniet + anorthiet + diopsied
- monticelliet + meliliet ± calciet, diopsied (ook tilleyiet, spurriet, merwiniet, larniet en andere zeldzame Ca- of Ca-Mg silicaten)
- literatuur
- AR Phillpots. Principles of Igneous and Metamorphic Petrology, 1990.
- PMcLD Duff. Holmes' Principles of Physical Geology, 1996.
- WA Visser. Geological Nomenclature, 1980.
- websites
- P Kanchuk. 10.5 Metamorphic facies and Index Minerals, 2019.