6. Phasenbeziehungen

Die Proben der pelitischen Kernschiefer, des Birgi Metagranites und der migmatitischen Gneise können mit dem KFMASH-System (K2O, FeO, MgO, Al₂O₃, SiO₂ und H₂O) beschrieben werden. CaO, Na2O und MnO sind zusätlich in einigen Phasen enthalten.

Insbesondere MnO und CaO sind Komponenten, die im Granat enthalten sind und dessen Stabilitätsbereich vergrößern (Spear 1993).

Die initiale Zusammensetzung der ursprünglich pelitischen Gesteine, also außer dem Birgi Metagranit, dürfte im Temperaturbereich unterhalb 350°C in der Chloritzone aus Chlorit, Plagioklas, Muskovit, Pyrophyllit und Quarz bestanden haben. Eine frühe Reaktion wäre also die Bildung von Pyrophyllit aus Kaolinit:

Kaolinit + Quarz = Pyrophyllit + H₂O (Matthes 1990)

Biotit bildet sich bei fortschreitender Metamorphose nach der Reaktion:

Phengit+Chlorit = Biotit + Phengit-ärmerer Muskovit + Quarz + H₂O (Yardley 1989)

Das Auftreten von Granat im reinem KFMASH-System (also ohne MnO und CaO) liegt bei Temperaturen um 525°C. Aufgrund des CaO- und MnO-Gehaltes im Gestein wird der Stabilitätsbereich von Granat vergrößert (Spear 1993). Eine mögliche Granatbildungsreaktion im KFMASH-System wäre:

Chlorit + Muskovit = Granat + Biotit + H₂O + Quarz (Yardley 1989)

Diese Reaktion kann je nach Gehalt von MnO und CaO unterhalb von 450°C ablaufen.

Eine andere Granatbildungsmöglichkeit wäre der Biotitabbau nach der Reaktion:

Biotit + Alumosilikat = Granat + Muskovit (Spear 1993)

(Falls Kyanit zu diesem Zeitpunkt noch nicht aufgetreten ist, und somit für eine Abbaureaktion nicht zur Verfügung stände, kämen stattdessen die "metamorphen Vorläufer" von Al₂SiO₅, Kaolinit oder Pyrophyllit in Frage, wobei in die obenstehende Reaktion noch zusätzliches H₂O und SiO₂ einbezogen werden müßten.)

Es folgen Reaktionen, die die Bildung von Alumosilikaten und Staurolith ermöglichen. Die Kyanit-Bildungsreaktion in den pelitischen Kernschiefern ist vom Al₂O₃-Gehalt im Gestein abhängig. In Al-reichen Peliten würde Kyanit aus Pyrophyllit entstehen:

Pyrophyllit = Kyanit + Quarz + H₂O (Spear 1993)

In Gesteinen in denen der Al-Gehalt geringer ist, ist das Auftreten von Kyanit an die Reaktion:

Staurolith = Granat + Biotit + Kyanit + H₂O (Spear 1993)

im KFMASH-System gebunden.

Es müßte also zuvor die Staurolith-Bildungsreaktion:

Granat + Chlorit = Staurolith + Biotit + H₂O (Spear 1993)

im KFMASH-System abgelaufen sein. Der Al-Gehalt in den Proben muß also leicht erhöht gewesen sein, da Kyanit anscheinend aus Pyrophyllit entstanden ist und nicht erst aus dem Staurolithabbau, der eine Kyanitbildung erst bei Temperaturen ab 650°C ermöglichen würde.

Die mikroskopischen Beobachtungen in den migmatitischen Gneisen lassen darauf schließen, daß sich Sillimanit durch Biotitabbau gebildet hat. Eine mögliche Reaktion wurde von Willner (1992) beschrieben. Bei der Fibrolithbildung handelt es sich um eine Kationenlösungsreaktion von verschiedenen Phasen im Kontakt zu Fibrolith, wobei die Fibrolithkeime schon früh auf dem prograden PT-Pfad durch Mineralreaktionen in Gesteinen mit Al-Überschoß entstehen können.

2 Biotit + 14 H⁺ = 2 K⁺ 6 (Fe, Mg)²⁺ + Sillimanit +H₂O (Willner 1992).