Wenn ein Gestein mit einem Druck beaufschlagt wird, der nicht in alle Richtungen gleich ist, oder durch Scherspannung (Kräfte, die das Gestein „verschmieren“), können sich Mineralien in der Richtung senkrecht zur Hauptspannung verlängern. Das Muster der ausgerichteten Kristalle, das sich ergibt, wird Foliation genannt.

Foliation kann sich auf verschiedene Arten entwickeln. Mineralien können sich verformen, wenn sie gequetscht werden (Abbildung 10.6), in einer Richtung schmaler und in einer anderen länger werden.

Abbildung 10.6 Foliation, die entsteht, wenn Mineralien gequetscht werden und sich durch Verlängerung in Richtung senkrecht zur größten Spannung verformen (durch schwarze Pfeile angezeigt). Links – vor dem Quetschen. Rechts- nach dem Quetschen. Quelle: Steven Earle (2015) CC VON 4.0 quelltext anzeigen

Wenn ein Gestein während der Metamorphose sowohl erhitzt als auch gequetscht wird und die Temperaturänderung ausreicht, um aus vorhandenen Mineralien neue Mineralien zu bilden, können die neuen Mineralien gezwungen werden, senkrecht zur Quetschrichtung länger zu wachsen (Abbildung 10.7). Wenn das ursprüngliche Gestein eine Einstreu hatte (dargestellt durch diagonale Linien in Abbildung 10.7, rechts), kann die Folierung die Einstreu verdecken.

Abbildung 10.7 Auswirkungen des Quetschens und ausgerichteten Mineralwachstums während der Metamorphose. Links: Protolith mit diagonaler Einstreu. Rechts: Metamorphes Gestein aus dem Protolith. Längliche Glimmerkristalle wuchsen senkrecht zur Hauptspannungsrichtung. Die ursprüngliche Bettwäsche ist verdeckt. Quelle: Steven Earle (2015) CC BY 4.0 Quelltext anzeigen

Dies ist jedoch nicht immer der Fall. Der große Felsbrocken in Abbildung 10.8 hat eine starke Foliation, die in dieser Ansicht fast horizontal ausgerichtet ist, aber er hat auch Betten, die immer noch als dunkle und helle Bänder sichtbar sind, die steil nach rechts abfallen.

Abbildung 10.8 Ein Geologe sitzt auf einem Felsen, der Foliation hat (markiert durch die gestrichelte Linie, die fast horizontal ist), und behält noch Beweise für die ursprüngliche Bettwäsche (steil eintauchende gestrichelte Linie). Das Gestein hat einen relativ geringen Grad an Metamorphose erfahren, weshalb die Einstreu noch sichtbar ist. Quelle: Karla Panchuk (2018) CC BY 4.0, modifiziert nach Steven Earle (2015) CC BY 4.0 Quelltext anzeigen

Foliation und Kristallgewohnheit

Die meiste Foliation entsteht, wenn neue Mineralien gezwungen werden, senkrecht zur Richtung der größten Belastung zu wachsen. Dieser Effekt ist besonders stark, wenn die neuen Mineralien in plattenförmigen oder länglichen Formen wachsen. Das Gestein oben links in Abbildung 10.9 ist blättrig, und die mikroskopische Struktur derselben Art von blättrigem Gestein ist auf dem Foto darunter dargestellt. Insgesamt zeigt die mikroskopische Aufnahme, dass das Gestein von länglichen Kristallen dominiert wird, die in Bändern angeordnet sind, die von oben links nach unten rechts verlaufen. Die Spannung, die dieses Muster erzeugte, war in der durch die schwarzen Pfeile angegebenen Richtung im rechten Winkel zur Orientierung der Mineralien am größten. Die ausgerichteten Mineralien sind meist Glimmer, der eine plättchenförmige Kristallgewohnheit hat, mit Platten, die wie Seiten in einem Buch gestapelt sind.

Abbildung 10.9 Ein blättriges metamorphes Gestein namens Phyllit (oben links). Der Satinglanz entsteht durch die Ausrichtung von Mineralien. Unten links – eine Ansicht der gleichen Art von Gestein unter einem Mikroskop zeigt Glimmerkristalle (bunt unter polarisiertem Licht) in Bändern ausgerichtet. Der rot gestrichelt umrandete Bereich zeigt eine Linse aus Quarzkristallen, die keine Ausrichtung aufweisen. Oben rechts – Stapel von plättchenförmigen Glimmerkristallen. Unten rechts – ein Blockquarzkristall. Quelle: Karla Panchuk (2018) CC BY-SA 4.0. Klicken Sie auf das Bild für Fotoquellen.

Die mit der roten gestrichelten Linie umrandete Zone in der Mikrophotographie unterscheidet sich vom Rest des Gesteins. Nicht nur die Mineralzusammensetzung ist anders — es ist Quarz, kein Glimmer —, sondern die Kristalle sind nicht ausgerichtet. Die Quarzkristalle wurden der gleichen Belastung ausgesetzt wie die Glimmerkristalle, aber da Quarz eher in blockigen als in länglichen Formen wächst, konnten die Kristalle nicht in eine Richtung ausgerichtet werden.

Obwohl die Quarzkristalle selbst nicht ausgerichtet sind, bildet die Masse der Quarzkristalle eine Linse, die dem allgemeinen Trend der Ausrichtung innerhalb des Gesteins folgt. Dies geschieht, weil die Spannung dazu führen kann, dass sich einige Teile der Quarzkristalle auflösen und die resultierenden Ionen im rechten Winkel zur größten Spannung abfließen, bevor sie wieder Kristalle bilden.

Die Effekte der Rekristallisation in Abbildung 10.9 wären mit bloßem Auge nicht sichtbar, aber wenn größere Kristalle oder große Klasten beteiligt sind, können die Effekte als „Schatten“ oder „Flügel“ um Kristalle und Klasten sichtbar sein. Das Gestein in Abbildung 10.10 hatte ein quarzreiches Konglomerat als Muttergestein. Differentialspannung hat dazu geführt, dass Quarzkiesel im Gestein länglich wurden, und es hat sich auch Flügel um einige der Kiesel gebildet (siehe den Kiesel in der gestrichelten Ellipse). Die Lage der Flügel hängt von der Spannungsverteilung auf dem Gestein ab (Abbildung 10.10, oben rechts).

Abbildung 10.10 Metakonglomerat mit Steinen aus Quarzkieseln. Die Kieselsteine haben in unterschiedlichem Maße „Flügel“ entwickelt (z. B. weiß gestrichelte Ellipse). Diese sind das Ergebnis von Quarz, der sich dort auflöst, wo Spannung angelegt wird, und vor dem Umkristallisieren aus der Richtung der maximalen Spannung wegfließt (obere rechte Skizze). Quelle: Karla Panchuk (2018) CC BY-NC-SA 4.0. Foto von R. Weller / Cochise College Quelltext anzeigen. Klicken Sie auf das Bild, um die Nutzungsbedingungen anzuzeigen.

Foliation Steuert, wie Gesteine brechen

Folierte metamorphe Gesteine haben längliche Kristalle, die in einer bevorzugten Richtung ausgerichtet sind. Dies bildet Schwächungsebenen, und wenn diese Gesteine brechen, neigen sie dazu, entlang von Oberflächen zu brechen, die parallel zur Ausrichtung der ausgerichteten Mineralien verlaufen (Abbildung 10.11). Brüche entlang von Schwächungsebenen innerhalb eines Gesteins, die durch Foliation verursacht werden, werden als Gesteinsspaltung oder nur als Spaltung bezeichnet. Dies unterscheidet sich von der Spaltung in Mineralien, da die Mineralspaltung zwischen Atomen innerhalb eines Minerals stattfindet, die Gesteinsspaltung jedoch zwischen Mineralien.

Abbildung 10.11 Nahaufnahme eines metamorphen Gesteins mit ausgerichteten länglichen Kristallen. Die Kristalle steuern die Form des Bruchs im Gestein (schwarzer Spalt), wodurch Brüche entlang paralleler Oberflächen auftreten. Quelle: Karla Panchuk (2018) CC VON 4.0

Die mineralische Ausrichtung im metamorphen Gestein namens Schiefer führt dazu, dass es in flache Stücke zerbricht (Abbildung 10.12, links), und deshalb wurde Schiefer als Dachmaterial verwendet (Abbildung 10.12, rechts). Die Tendenz von Schiefer, in flache Stücke zu brechen, wird als Schieferspaltung bezeichnet.

Abbildung 10.12 Gesteinsspaltung im feinkörnigen metamorphen Gestein namens Schiefer führt zu Brüchen entlang relativ flacher Oberflächen (links). Aus diesem Grund wurde Schiefer als Dachmaterial verwendet (rechts). Quelle: Links- Roger Kidd (2008) CC BY-SA 2.0 Quelltext anzeigen; Rechts- Michael C. Rygel (2007) CC BY-SA 3.0 Quelltext anzeigen

Gesteinsspaltung hat dazu geführt, dass sich der Felsbrocken in Abbildung 10.8 so vom Grundgestein löste, dass die flache Oberfläche, auf der der Geologe sitzt, zurückblieb.

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