College van de maand: Metamorfose in Noorwegen

Afgelopen augustus heb ik de Vrije Universiteit van Amsterdam ingeruild voor de Universitet in Bergen (Noorwegen) om hier een half jaar aardwetenschappelijke vakken te gaan volgen. Aangezien Noorwegen voor aardwetenschappers en natuurliefhebbers een wonder is, kon ik er natuurlijk niet aan ontkomen om een paar van de meest bekende rotsformaties met eigen ogen te gaan bekijken. De eerste missie; de indrukwekkende, 700 meter hoge Trolltunga (ook wel de Trollentong). De 12-uur durende tocht nam ons mee op een reis door de geologische geschiedenis van Noorwegen. In dit college van de maand zal ik jullie naar aanleiding van deze tocht iets meer vertellen over metamorfose, de verschijnselen die hierbij komen kijken en wat dit ons kan vertellen over de geologie.

Alvorens we op pad gaan, volgt hier eerst een stukje theorie over metamorfose en de Caledonische gebergtevorming.

Metamorfose tijdens de Caledonische gebertgevorming.

Zo’n 250 miljoen jaar geleden lagen alle continenten samen geclusterd als één groot supercontinent, genaamd Pangea. Toen dit continent aan het begin van het Trias (220 Ma geleden) langzaam begon op te breken, ontstonden er kleinere microcontinenten. Noorwegen maakte in deze tijd deel uit van het microcontinent Baltica. Als gevolg van de opbreking ontstonden er meerdere zones van gebergtevorming, veroorzaakt door botsing van de microcontinenten. Zo botste Baltica met Avalonia, waarbij er in Noorwegen onder hoge druk en temperatuur het Scandinavische gebergte werd gevormd. Hierbij kwam veel kracht aan te pas. Zo veel, dat het basementgesteente (de basis van de continenten) metamorfose kon ondergaan. Dit houdt in dat door verhoging van de druk en temperatuur het gesteente chemisch verandert. Wanneer sedimenten worden gemetamorfoseerd, kent men verschillende graden (of fasen) van metamorfose. Aanwezige kleien worden bij de eerste graad omgevormd tot leisteen. Wanneer de druk en temperatuur oplopen, verandert deze lei in fylliet. Vervolgens vormt er een schist en het eindstadium is vaak een gneiss. Wanneer de omstandigheden zo extreem zijn, kan er in de allerlaatste fase nog migmatiet gevormd worden. In afbeelding 1 is de opeenvolging schematisch weergegeven.

In het grootste deel van West-Noorwegen zijn de verschillende metamorfe gesteente duidelijk terug te vinden. Aan het soort gesteente kan de metamorfe graad worden afgeleid, waarna vervolgens de temperatuur en druk kunnen worden vastgesteld. Een zeer interessante manier om met andere ogen naar het gesteente onder je voeten te kijken

Metamorfose: van fylliet tot gneiss.

De tocht begon vanzelfsprekend aan de voet van de berg, waar zich voornamelijk fyllieten in de ondergrond bevinden. Deze vrij goed gelaagde, glimmende steen is gevormd aan de beginfase van collisie (botsing) tussen twee continenten. De siliclastische sedimenten werden onder deze omstandigheden zo geordend, dat alle plaatvormige mineralen (biotiet, muscoviet en andere bladsplijters) zich in dezelfde richting hebben georiënteerd. Hierdoor is folliatie ontstaan; het gesteente lijkt uit allemaal dunne laagjes te bestaan. De plaatvormige mineralen zijn te zien aan de buitenkant van het gesteente wat een zachte glans veroorzaakt. Langzaam en al zwoegend passeerden we rond het middaguur het acht-kilometer bordje. Dit was voor ons een mooi moment om een korte stop in te lassen. Hier viel het mij op dat het gesteente onder mijn voeten was verandert. In plaats van de licht glimmende fylliet, at ik nu mijn appel zittend op een prachtig gevormde gneis. Gneissen worden gevormd wanneer fylliet aan een nog hogere druk en temperatuur wordt blootgesteld. Dit wijst dus op een latere, krachtigere fase van de botsing tussen de twee continenten. Door deze overweldigende krachten heeft het gesteente zijn structuur vrijwel helemaal verloren. Waar eerst de plaatvormige mineralen als tafelbladen netjes in één vlak geordend lagen, bevindt zich nu een wirwar aan witte en zwarte lagen kriskras door elkaar. Af en toe is er echter een opeenvolging van witte en zwarte bandjes te zien. Deze bandjes verschillen van samenstelling. De heersende druk en temperatuur zorgden er namelijk voor dat de donkere en plaatvormige mineralen (zoals pyroxeen en biotiet) en de kwarts van elkaar gescheiden raakten, wat resulteert in (voornamelijk kwartsrijke) lichtere banden en donkere banden.

Migmatieten: de laatste fase.

Bijna bij de top valt mijn oog op het laatste, misschien wel mooiste fenomeen van metamorfose; migmatieten. Witte kwartsietaderen vormen sierlijke plooien, strepen en tekeningen in de grauwe gneissen. In de laatste fase van de collisie liepen de druk en temperatuur zo hoog op, dat de laatste fase van metamorfose bereikt kon worden. De lichte mineraten in de gneiss, waaronder kwarts en veldspaat, hebben een lagere smelttemperatuur waardoor zij zullen smelten terwijl de donkere mineralen (biotiet en pyroxeen) zich nog in vaste toestand bevinden. De gesmolten kwarts mengt zich met het metamorfe gesteente en vormt zo kwartsietaders. Naast het gedeeltelijk smelten van het gesteente, zorgen de hoge druk en temperatuur er ook voor dat plooiing van het gesteente mogelijk is. De eveneens geplooide kwartsietaders laten dit erg mooi zien.

Samenvattend is tijdens onze tocht te zien dat Noorwegen in de periode van de Caledonische gebergtevorming voornamelijk collisie is ondergaan. Tijdens dit proces zijn de druk en de temperatuur zo hoog opgelopen, dat de sedimenten in de aardkorst chemisch zijn omgezet en zijn gemetamorfoseerd. De verschillende graden van metamorfose die terug te vinden zijn, zijn achtereenvolgend de fyllieten, gneissen en migmatieten. Deze specifieke opeenvolging kan terug gekoppeld worden aan de op dat moment heersende druk en temperatuur tijdens de collisie.

Bovenaan de top was het uitzicht adembenemend. De bergen leken zich eindeloos voor ons uit te strekken en de het kalme water 700 meter onder ons vormde een lichtblauw contrast tegen de grijze rotsmassa’s. Zelfs zonder het inzicht van een geoloog was deze tocht het dubbel en dwars waard. 

Bronnen:
Lisgat.net, ‘Magwood handout on Sedimentary and Metamorphic Rocks’, jaar van raadpleging: oktober 2017.