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Metasomatose
beschreibt eine Veränderung der chemi-
schen Zusammensetzung eines Gesteins durch Stoff-
austausch mit einem Fluid oder mit einem benachbarten
Gestein. Damit unterscheidet sich Metasomatose von
einer Metamorphose, die eine Umwandlung nahezu ohne
Änderung der chemischen Zusammensetzung ist.
Zu einer Metasomatose kommt es, wenn sehr unterschied-
liche Gesteine aufeinandertreffen. Beispielsweise bildet
sich beim Kontakt zwischen Peridotit und Granit eine cha-
rakteristische »Blackwall« aus dunklen Mineralen. Diffusion
reicht dazu bereits aus, aber wesentlich effektiver ist der
Stofftransport durch mobiles Wasser. Wenn reaktive hydro-
thermale Fluide auf bestimmte Gesteine treffen, kann es
zu einem effektiven Stoffaustausch kommen. Zu den
metasomatischen Lagerstätten zählen Skarne, Greisen
(
Tab. 4.6
Auswahl typischer Minerale in Skarnen.
Granat
Grossular
Andradit
Spessartin
Ca
3
Al
2
Si
3
O
12
Ca
3
Fe
3+
2
Al
2
Si
3
O
12
Mn
3
Al
2
Si
3
O
12
Pyroxen
Diopsid
Hedenbergit
CaMgSi
2
O
6
CaFeSi
2
O
6
Amphibol
Tremolit
Ferroaktinolith
Hornblende
Ca
2
Mg
5
Si
8
O
22
(OH)
2
Ca
2
Fe
5
Si
8
O
22
(OH)
2
(Na, K)
0-1
Ca
2
(Fe,Mg)
4
Al
2
Si
7
O
22
(OH)
2
Wollastonit
CaSiO
3
Epidot
Ca
2
FeAl
2
Si
3
O
12
(OH)
Vesuvian
Ca
10
(Mg, Fe, Mn)
2
Al
4
Si
9
O
34
(OH)
4
7
Abschn. 4.6), Carlin-Typ- (
7
Abschn. 4.11) und andere
Verdrängungslagerstätten.
Ilvait
CaFe
2+
2
Fe
3+
[(Si
2
O
7
)O(OH)]
Skarne können sehr verschieden aussehen und vielfältig zu-
sammengesetzt sein. Auch intern sind sie sehr heterogen, mit
Zonen unterschiedlicher Zusammensetzung und unterschied-
licher Texturen und Korngrößen. Inhomogenitäten im Gestein
und die Geometrie von Rissen wirken sich stark auf den Was-
serdurchfluss und damit auf die Reaktion aus. Es gibt scharfe
oder diffuse Reaktionssäume entlang von Rissen, außerdem
feinkörnige oder grobkörnige Bereiche mit gestreiften oder
gepunkteten Gesteinen oder zu Garben angeordneten nadeli-
gen Mineralen.
Die genaue Zusammensetzung und Zonierung ist von vielen
Faktoren abhängig. Von erster Bedeutung ist natürlich die Zu-
sammensetzung des Fluids und damit die Art des Magmas. Aber
auch das Karbonatgestein kann sehr unterschiedlich sein. Ein
Kalkstein besteht nie ausschließlich aus Kalzit, es können in
wechselnden Mengen auch Dolomit, Quarz, Tonminerale und
andere Minerale vorhanden sein, die sich auf das Ergebnis aus-
wirken. Eventuell vorhandener organischer Kohlenstoff wirkt
reduzierend und kontrolliert damit zum Beispiel, ob eher Mine-
rale mit Fe
3+
(Andradit) oder solche mit Fe
2+
gebildet werden.
Handelt es sich hingegen nicht um Kalkstein, sondern um Dolo-
mit, entstehen Mg-Skarne mit ganz anderer Mineralogie (z. B.
mit Talk und Serpentin, häufig mit viel Magnetit). Schließlich ist
auch die Tiefe, bei der die Reaktion stattfindet, wichtig. Bei tief
gebildeten Skarnen ist die Temperatur auch ohne Magma schon
hoch und Sedimente sind bereits in metamorphe Gesteine wie
Marmor und Schiefer umgewandelt. Hier gebildete Skarne sind
kleiner und haben eher eine vertikale Ausdehnung.
Generell läuft die Skarnbildung in mehreren Stufen ab
(
.
Abb. 4.43
,
.
Abb. 4.44
). Anfangs, bevor das magmatische
Wasser entmischt wird, kann es durch die Hitze bereits zu einer
Kontaktmetamorphose kommen, während der noch keine
Stoffe ausgetauscht werden (isochemisch). Aus relativ reinem
Kalkstein wird Marmor, aus Tonsteinlagen werden Hornfels-
bänder, bei unreinem Kalkstein entsehen bereits die ersten
Ca-Silikate. Dabei wird CO
2
und (aus den Tonmineralen) Wasser
freigesetzt.
Mit dem Einströmen von heißem und oft salzreichem und
saurem magmatischem Wasser folgt die Hauptphase der Metaso-
matose, die prograde Skarnbildung. Im Wasser transportierte
Stoffe wie SiO
2,
Eisen und Kupfer reagieren mit dem Kalkstein
beziehungsweise Marmor und die Karbonatminerale werden
vollständig durch kalziumreiche Silikate ersetzt. Typisch ist eine
Zonierung mit überwiegend Granat am Kontakt zum Pluton,
bei weiterer Entfernung zunehmend Pyroxen und außen, am
Übergang zum Marmor, Vesuvian oder Wollastonit. Zusätzlich
gibt es Zonierungen in der Zusammensetzung von Granat und
Pyroxen.
Das vom abkühlenden Magma abgegebene Wasser wird
immer kühler und verändert seine Zusammensetzung. Frühe
Minerale werden teilweise durch spätere ersetzt (u. a. Magnetit,
Aktinolith, erste Sulfide).
Je mehr das System abkühlt, desto mehr meteorisches Was-
ser kann in den Skarn eindringen und diesen zumindest entlang
von Rissen erneut umwandeln. Bei der sogenannten retrogra-
den Skarnbildung werden die früheren Silikate teilweise durch
andere Silikate wie Epidot, Amphibol, Plagioklas und Chlorit
ersetzt, wobei die ältere Zonierung lediglich überprägt wird. In
diesem Schritt kommt es verstärkt zur Ausfällung von Erzmine-
ralen wie Sulfiden und Magnetit. Diese sind ebenfalls zoniert,
typisch sind zum Beispiel Pyrit, Chalkopyrit und Magnetit in
der Nähe des Plutons, ein höherer Gehalt an Chalkopyrit und
Bornit in der Mitte sowie am äußeren Rand Bornit, Galenit und
Sphalerit.
Es kann auch zu einem Transport von CO
2
, Ca
2+
und Wasser
in die entgegengesetzte Richtung kommen, der Randbereich
des Granits wird dann zu einem sogenannten Endoskarn um-
gewandelt, wobei aber nur selten Lagerstätten entstehen. Durch
Umwandlung von Karbonatgesteinen gebildete Skarne werden
entsprechend als Exoskarne bezeichnet. Im Marmor, in wei-
terer Entfernung vom Pluton, entstehen manchmal Mantos
(
7
Abschn. 4.8
).
Welche Metalle im Skarn angereichert werden, hängt an
erster Stelle vom Metallgehalt des Magmas zum Zeitpunkt der
