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Metamorphose

 

[griechisch metamórphōsis »Umgestaltung«, »Verwandlung«, zu morphe̅́ »Gestalt«] die, -/-n,  

 1) Botanik: Umwandlungen von Grundorganen unter Funktionswechsel im Laufe der Evolution, z. B. von Blättern, Sprossachsen oder Wurzeln zu Ranken, Dornen oder Speicherorganen (Knollen); zum Teil zur Anpassung an besondere Umweltbedingungen; ontogenetisch auch Gestaltabwandlungen, z. B. der Blätter längs der Sprossachse.

 

 2) Geologie: Gesteinsmetamorphose, Umwandlung und Umformung eines Gesteins in ein anderes (metamorphe Gesteine) infolge Veränderung der Druck- und insbesondere der Temperaturbedingungen, denen das Gestein ausgesetzt ist; dabei finden neben mechanischen und Gefügeveränderungen zum Teil auch chemische Veränderungen (Änderungen des Mineralbestandes) statt, wobei das Wasser im Gestein eine wesentliche Rolle spielt. Werden Sediment- oder magmatische Gesteine durch natürliche Einflüsse hinlänglich stark erwärmt, so bilden sich je nach erreichter Temperatur und Art der eintretenden chemischen Reaktionen neue Mineralparagenesen, d. h. jeweils für einen bestimmten Druck- und Temperaturbereich stabile Mineralgruppierungen (Paragenese). Diese Umwandlung erfolgt im Allgemeinen im Inneren der Erdkruste unter Erhaltung des festen Zustandes, d. h. noch unterhalb des Schmelzpunktes, durch Reaktion zwischen den sich berührenden Mineralkörnern. Reste der ursprünglichen Struktur zeigen sich manchmal als Reliktgefüge (Relikt). Der Bereich der Metamorphose schließt nach oben, d. h. mit steigenden Temperaturen, an den Bereich der niedrig temperierten Gesteinsverfestigung (Diagenese) der Sedimentgesteine an; Grenzbereich ist die Anchimetamorphose. Die Metamorphose reicht bis an die Grenze der Aufschmelzung (Anatexis, Ultrametamorphose). Der Temperaturbereich der Metamorphose liegt im Allgemeinen zwischen 200 und 900 ºC. Die Temperaturerhöhung kann durch Versenkung in größere Krustentiefe (Versenkungsmetamorphose) durch Verstärkung des regionalen Wärmeflusses aus dem Erdinnern oder durch lokale Erwärmung bei Kontakt mit schmelzflüssigem Magma und den vom Magma ausgehenden Gasen und heißen Wässern (auch Porenwasser) erfolgen. Bei dieser Kontaktmetamorphose klingt die Temperatur innerhalb eines cm- bis km-breiten Saumes relativ rasch ab. Bei Versenkung ausgedehnter Krustenareale, v. a. in den an plattentektonische Subduktionszonen gebundenen Geosynklinalen, erfolgt eine weiträumige, regional verbreitete Gesteinsumwandlung (Regionalmetamorphose) mit langsamem, ausgeglichenerem Temperaturgefälle, durch Umkristallisation unter Durchbewegung. Durch Anhäufung von Sedimenten steigt dabei die Temperatur nur relativ gering, um 10 ºC je 1 000 m Sedimente. Stärkere Wirkung (Anstieg um bis zu über 100 ºC) bringt ein zusätzlicher Magmenaufstieg bei der Orogenese, durch Bildung von Wärmedomen oder -beulen. Wenn bei dieser thermisch bedingten Metamorphose (Thermometamorphose) der Mineralbestand erhalten bleibt, spricht man von einer isophasen Umkristallisationsmetamorphose (z. B. Kornvergröberung vom Kalkstein zum Marmor). Bei der allophasen Umkristallisationsmetamorphose entstehen dagegen neue Minerale.

 

Wärmezufuhr kann auch durch radioaktiven Zerfall (z. B. in jungen Graniten) erfolgen, in der tieferen Erdkruste außerdem direkt aus dem oberen Erdmantel. Hohe Wärmeleitfähigkeit zeigen die Salzstöcke. Bei steigender Temperatur spricht man von progressiver Metamorphose; der erreichte Mineralbestand ist auch nach Abklingen der Erwärmung erhaltungsfähig, da eine Mineralumwandlung bei sinkenden Temperaturen nur sehr zögernd - meist auf tektonische Störungszonen - stattfindet (retrograde Metamorphose oder Diaphthorese).

 

Nachträgliche Umwandlungen durch Restlösungen und flüchtige Bestandteile des Magmas werden Autometamorphose genannt (Überschneidung mit der Einwirkung hydrothermaler Lösungen). Durch Stoffzufuhr bedingte größere Veränderungen werden als allocheme oder allochemische Metamorphose bezeichnet; diese tritt v. a. bei der Metasomatose ein. Bleibt der chemische Bestand des Ausgangsgesteins unverändert, spricht man von isochemer oder isochemischer Metamorphose.

 

Druckerhöhung beruht meist auf Belastung durch überlagernde Gesteine, also v. a. bei der Versenkungsmetamorphose. Dabei nimmt der Druck innerhalb der kontinentalen Kruste um 250-300 bar (25-30 MPa) je 1 000 m Tiefe zu. An der Untergrenze der kontinentalen Kruste herrscht ein Druck von durchschnittlich 10 kbar (1 000 MPa), unter der ozeanischen Kruste rd. 2 kbar (200 MPa). Gesteinsprodukte der Versenkungsmetamorphose unter hohem Druck sind bei relativ niedrigen Temperaturen Blau- oder Glaukophanschiefer, bei hohen Temperaturen Eklogite.

 

Auch die an tektonische Störungen gebundene mechanische, Dislokations- oder Dynamometamorphose beruht v. a. auf Druckerhöhung. Dadurch werden tektonische Breccien gebildet, mit zunehmender Beanspruchung Kakirit, Kataklasit (Kataklase) und Mylonit. Dabei treten Verformungen am Mineralkorn, Gestein und geologischen Verband, aber keine oder keine wichtigen Mineralneubildungen ein. Die Bewegungsenergie kann jedoch auch in Wärme umgesetzt werden (»Friktionswärme«). Einen Sonderfall stellt die durch Einsturz kosmischer Körper (v. a. Meteorite) erzeugte Metamorphose dar (Impakt). Ausgehend von der Versenkungsmetamorphose wurden Tiefenstufen der Metamorphose unterschieden, die später als Intensitätsstufen (mit zunehmender Vergröberung der Mineralkörner) neu definiert wurden: Epizone (geringe Umwandlung), Mesozone und Katazone (höchster Umwandlungsgrad); die zugehörigen Gesteine heißen Epi- (Phyllite), Meso- (Glimmerschiefer) und Katagesteine (Gneise). Diesen Zonen wurden bestimmte, für sie typische Minerale (typomorphe Minerale) zugeordnet, z. B. Disthen, Sillimanit, Granat. An die Stelle der Tiefenstockwerke tritt heute in der Wissenschaft die Faziesgliederung (Mineralfazies).

 

Literatur:

 

L. Pfeiffer u. a.: Einf. in die Petrologie (Berlin-Ost ²1985);

 

The encyclopedia of igneous and metamorphic petrology, hg. v. D. R. Bowes (New York 1989);

 S. Matthes: Mineralogie (⁵1996).

 

 3) Mythologie und Literatur: Verwandlung von Menschen in Tiere, Pflanzen, Steine, Feuer, Wasser, Sterne u. a. Sie begegnet u. a. im griechischen Mythos (Zeus als Stier). Literarisch wurde die Metamorphose z. B. von hellenistischen Dichtern wie Antigonos von Karystos (3. Jahrhundert v. Chr.) und Nikander behandelt, aus deren Werken Antoninus Liberalis (2. Jahrhundert n. Chr.) in seinen »Metamorphoseis« Bruchstücke überliefert hat; bei den Römern v. a. von Ovid und Apuleius. Literarische Gestaltung von Metamorphose findet sich auch in der altnordischen Dichtung sowie in Märchen vieler Völker. Die Metamorphose als literarisches Motiv wirkte durch alle Epochen bis in die Gegenwart (z. B. in F. Kafkas »Die Verwandlung«, E. Ionescos »Les rhinocéros« und M. Bulgakows »Der Meister und Margarita«).

 

Literatur:

 

Mythographi graeci, Bd. 2, Tl. 1, hg. v. E. Martini (1896).

 

 4) Zoologie: Metabolie, Verwandlung, die indirekte Entwicklung vom Ei zum geschlechtsreifen Tier durch Einschaltung gesondert gestalteter selbstständiger Larvenstadien bei vielen Tieren. Besonders gut untersucht ist die Metamorphose bei den Insekten und bei den Lurchen. Bei Letzteren stehen die während der Umwandlung von der Larve (Kaulquappe) zum adulten Tier stattfindenden morphologischen und physiologischen Veränderungen in der Regel im Zusammenhang mit einem Wechsel vom Wasser- zum Landleben, so z. B.: Verlust der Kiemen und Bildung einer Lunge, Entwicklung von Beinen, Rückbildung des Schwanzes, Umstellung der Exkretion von Ammoniak auf Harnstoff als Exkretionsprodukt. Ausgelöst wird hier die Metamorphose durch Schilddrüsenhormone, deren Ausschüttung wiederum über die Hypophyse beziehungsweise letztlich das Thyreotropin-Releasinghormon des Hypothalamus gesteuert wird.

 

Bei Insekten wird die Metamorphose durch das Zusammenspiel von Ecdyson und Juvenilhormon gesteuert. Man unterscheidet hier verschiedene Typen der Metamorphose:

 

Eine vollkommene Verwandlung (Holometabolie) kommt bei Käfern, Flöhen, Hautflüglern, Zweiflüglern und Schmetterlingen vor. Die Larvenstadien unterscheiden sich hier in Gestalt und Lebensweise vom voll entwickelten Insekt (Imago), wobei diesem ein Ruhestadium (die Puppe) vorausgeht. Während dieser Zeitspanne wird keine Nahrung aufgenommen, und die vollständige Verwandlung findet statt.

 

Bei der unvollkommenen Verwandlung (Hemimetabolie) geht das letzte Larvenstadium ohne Puppenruhe in die Imago über. Bereits die ersten Larvenstadien ähneln hier weitgehend dem erwachsenen Tier. Von Häutung zu Häutung erfolgen eine kontinuierliche Weiterentwicklung sowie eine Heranbildung der Geschlechtsorgane, der Flügelanlagen (bei geflügelten Insekten) und der Flügelmuskulatur.

 

Formen der Hemimetabolie:

 

Heterometabolie; bei Schaben, Wanzen, Gleich-, Geradflüglern, Rindenläusen; die Larven sind imagoähnlich, haben jedoch zusätzliche Merkmale als sekundäre, larveneigene Bildungen (z. B. Tracheenkiemen) oder unterscheiden sich vom Vollinsekt durch veränderte Körperproportionen. Epimetabolie; bei Urinsekten; die Larven unterscheiden sich kaum von den erwachsenen Tieren; postembryonale Vermehrung der Segmentzahl sowie Häutungen bereits erwachsener Tiere kommen vor. Paurometabolie; u. a. bei bestimmten Arten der Geradflügler, Schaben, Fangheuschrecken, Rindenläuse und Wanzen; die Junglarven zeigen oft erhebliche Abweichungen der Körperproportionen von denen des Vollinsekts. Paläometabolie; bei Urinsekten und Eintagsfliegen; bereits im Larvenstadium treten die Merkmale der Imago deutlich auf; während des Imaginalstadiums können noch Häutungen vorkommen. Neometabolie; bei Blasenfüßern, Tannenläusen, Mottenschildläusen; auf flügellose Larvenstadien folgt ein Ruhestadium (ohne Nahrungsaufnahme); die »Nymphe« hat schon Flügelanlagen.