Metamorfe facies

De term "facies" werd voor het eerst gebruikt in 1838 door de Zwitserse geoloog Amanz Gressly, voor sedimentaire facies. Die definitie luidt: "Een facies is een gesteentelichaam met specifieke karakteristieken en idealiter een duidelijk definieerbaar gesteente dat gevormd is onder bepaalde omstandigheden van sedimentatie, die een uniek proces of afzettingsmilieu typeren.".

Analoog daaraan is een definitie voor de metamorfe facies opgesteld: Waar sedimentaire gesteenten bepaalde sedimentaire structuren en voor dat gesteente typerende fossiel-inhoud kennen, hebben metamorfe gesteenten bepaalde structureel-geologische structuren en zijn niet de fossielen typerend voor een afzettingsmilieu, maar is de mineraalinhoud indicatief voor de graad van metamorfisme.

De Finse geoloog Pentti Eelis Eskola (1883 - 1964) stelde al in 1921 een indeling van metamorfe facies voor. De Nieuw-Zeelandse geoloog Francis John Turner, die veel in de Verenigde Staten werkte, verfijnde deze indeling in de jaren 70 van de twintigste eeuw en vatte het samen in een veelgebruikt schema.

De verschillende metamorfe facies worden bepaald door de mineraalinhoud van gesteenten. Als een gesteente een bepaalde facies heeft doorlopen, laten de parameters druk en temperatuur sporen achter in de mineralensamenstelling. Bepaalde mineralen zijn bij bepaalde druk en temperatuur stabiel, terwijl andere instabiel of metastabiel zijn. Als in een gesteente de temperatuur en/of de druk veranderen kunnen andere mineralen stabiel worden en metamorfe reacties plaatsvinden. Of deze ook daadwerkelijk plaatsvinden is mede afhankelijk van de reactiekinetica, de activeringsenergie van de reactie en de hoeveelheid in het gesteente aanwezig water.

Driehoeksdiagrammen tussen aluminium (A), calcium (C) en ijzer (F), waarin de samenstelling van stabiele mineralen in verschillende metamorfe facies ingetekend is. Donkere stippen staan voor een mineraal, dunne grijze lijnen voor een evenwicht tussen twee mineralen.

Driehoeksdiagrammen tussen aluminium (A), ijzer (F) en magnesium (M). Alleen de top is afgebeeld.

Door de mineralensamenstelling in detail te bestuderen, middels slijpplaatjes en (elektronen)-microscopen, worden de afzonderlijke mineralen gedetermineerd. De facies wordt beschreven middels de afkortingen LT, MT, HT, LP, MP, HP (van het Engelse low, medium en high temperature en pressure). Sinds de jaren 90 wordt ook de term UHP (ultra high pressure) voor extreem hoge druk gebruikt.

De verschillende mineraalassemblages zijn afhankelijk van de facies en van het oorsprongsgesteente. Gewoonlijk worden de gemetamorfoseerde varianten van gesteenten aangeduid met het voorvoegsel "meta". Een metastollingsgesteente is een stollingsgesteente dat metamorfose heeft ondergaan. Metapelitisch gesteente is een metamorfe peliet, fijnkorrelig sedimentair gesteente. Metagrauwackes zijn metamorfe grauwackes, donkere groengrijze zandstenen met een klei-matrix rijk aan chloriet en andere mica's. Metabasische gesteenten zijn mafische gesteenten die metamorfose hebben ondergaan.

Typerend voor de verschillende facies van lage tot gemiddelde druk en temperatuur, is het voorkomen van de polymorfe nesosilicaten andalusiet (lage druk), kyaniet (hogere druk en lagere temperatuur) en sillimaniet (hogere temperatuur). Deze varianten van Al₂SiO₅ zijn stabiel bij bepaalde temperaturen en drukken en geven zo een indicatie van de facies en graad van metamorfose.

De zeoliet-facies is de metamorfe facies met de laagste graad van metamorfose. Bij temperaturen en drukken lager dan de zeoliet-facies vindt diagenese plaats. De facies is genoemd naar het voorkomen van zeolieten, sterk gehydrateerde tectosilicaten. De zeoliet-facies wordt gekarakteriseerd door de mineraalassemblages:

De prehniet-pumpellyiet-facies is een facies die gekenmerkt wordt door een graad van metamorfose met iets hogere temperaturen en drukken (en diepte) dan de zeoliet-facies. Het is genoemd naar de twee mineralen prehniet (een calcium-aluminium-fylosilicaat) en pumpellyiet (een sorosilicaat). De prehniet-pumpellyiet-facies wordt gekarakteriseerd door de mineraalassemblages:

De groenschist-facies wordt gekenmerkt door een graad van metamorfose van gemiddelde druk en temperatuur. De facies is genoemd naar het schisteuze uiterlijk van het gesteente en de groene kleur, veroorzaakt door de groene mineralen chloriet, epidoot en chloritoid. De groenschist-facies wordt gekarakteriseerd door de mineraalassemblages:

De amfiboliet-facies is een facies van gemiddelde druk en gemiddeld tot hoge temperaturen. Het is genoemd naar het vóórkomen van amfibolen die onder deze omstandigheden gevormd worden. De amfiboliet-facies wordt gekarakteriseerd door de mineraalassemblages:

De granuliet-facies is de hoogste graad van metamorfose in het regime van gemiddelde druk. De facies kan op verschillende dieptes voorkomen. Het vóórkomen van orthopyroxeen is karakteristiek voor deze en de pyroxeen-hoornblende facies. De granuliet-facies wordt gekarakteriseerd door de mineraalassemblages:

De blauwschist-facies 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 facies is blauwschist genoemd vanwege het schisteuze karakter van het gesteente en het vóórkomen van de blauwe mineralen glaucofaan en lawsoniet. De blauwschist-facies wordt gekarakteriseerd door de mineraalassemblages:

De eclogiet-facies is de metamorfe facies die optreedt bij de hoogste graad van metamorfose, bij de hoogste drukken en temperaturen. Naast een metamorfe facies, wordt met eclogiet ook een mantelgesteente aangeduid. De eclogiet-facies wordt gekarakteriseerd door de mineraalassemblages:

De albiet-epidoot hoornfels-facies is een facies die optreedt bij lage drukken en relatief lage temperaturen. De twee mineralen albiet en epidoot zijn naamgevers van deze facies, hoewel deze in meer facies voorkomen. Het woord hoornfels, of hoornrots, verwijst naar een contactmetamorf gesteente, dat gesteenten van lage druk (en dus geringe diepte), maar toch hoge temperatuur vaak kunnen zijn. De albiet-epidoot hoornfels-facies wordt gekarakteriseerd door de mineraalassemblages:

De hoornblende hoornfels-facies is een facies van iets hogere temperaturen en even lage drukken als de albiet-epidoot hoornfels-facies. Hoewel genoemd naar het mineraal hoornblende, komt dat mineraal ook in andere facies voor. De hoornblende hoornfels-facies wordt gekarakteriseerd door de mineraalassemblages:

De pyroxeen hoornfels-facies is een facies van hogere temperaturen dan de andere hoornfels-facies en wordt net als de granuliet-facies gekarakteriseerd door het vóórkomen van orthopyroxeen. De pyroxeen hoornfels-facies wordt gekarakteriseerd door de mineraalassemblages:

De sanidiniet-facies is een zeer zeldzame facies van extreem hoge temperatuur en toch lage druk, die meestal niet bereikt wordt. Onder bepaalde contactmetamorfe omstandigheden kan deze facies toch bereikt worden en dan wordt er door de hoge temperatuur en partiële smelt glas gevormd. De naamgever van de facies is het karakteristieke mineraal sanidien. De sanidiniet-facies wordt gekarakteriseerd door de mineraalassemblages:

• Metamorf gesteente