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Kasten 2.14
Fe-Mg-Austausch zwischen Granat und Biotit
Wieso sollte der Fe-Mg-Austausch zwischen
Granat und Biotit besonders interessant
sein? Geländebeobachtungen und Experi-
mente haben gezeigt, dass die Verteilung
von Fe und Mg in zwei miteinander koexis-
tierenden (das heißt, im Gleichgewicht ne-
beneinander gewachsenen, siehe Abschnitt
3.5) Mineralen stark von der Temperatur ab-
hängt. Dies gilt für alle Fe-Mg-Minerale und
es bedeutet, dass man die Verteilung dieser
Elemente als ein
Geothermometer
,verwen-
den kann, um zu bestimmen, bei welchen
Temperaturen die Minerale wuchsen. Um es
ganz genau zu sagen: das Maß für die
Gleichgewichtstemperatur ist der Quotient
aus dem Fe-Mg-Verhältnis im einen Mineral
und dem Fe-Mg-Verhältnis im anderen Mi-
neral. Eine viel verwendete Formulierung
dafür nach Ferry & Spear (1978) lautet:
ln
(Mg/Fe)
Grt
roxen-Klinopyroxen verwendet wird. Das
Paar Granat-Biotit jedoch ist das wichtigste,
da es sehr häufig und über einen großen
Temperaturbereich miteinander vorkommt
und da es experimentell am besten unter-
sucht ist.
Weiß man also, wie wichtig die Fe-Mg-Ver-
teilung ist, so bekommt die retrograde Diffu-
sion eine große Bedeutung: sie verwischt
nämlich die Temperaturinformation, die ein
solches Mineralpaar enthalten kann. Bei der
Bildung der beiden Minerale hatte das
Fe/Mg-Verhältnis im Granat etwa einen Wert
X
1
und das im Biotit einen Wert
Y
1
. Verändert
das Gestein seine Temperatur (typischer-,
aber natürlich nicht notwendigerweise, zu
tieferen Temperaturen, deswegen auch re-
trograd), so beginnen die Fe- und Mg-Ionen
so hin und her zu diffundieren, damit auch
für die neue Temperatur das
Verteilungs-
gleichgewicht
erreicht wird, in dem der Gra-
nat ein Fe-Mg-Verhältnis
X
2
und der Biotit
ein Verhältnis
Y
2
haben sollten - dies ist die
Triebfeder der Diffusion. Man muss sich vor
Augen halten, dass all dies im geschlossenen
System geschieht, also ohne dass Fe oder Mg
von außen in die beiden Minerale hinein-
geht oder aus ihnen herauskommt. Als Reak-
tionsgleichung lässt sich dies so ausdrücken:
KMg
3
AlSi
3
O
10
(OH)
2
+Fe
3
Al
2
Si
3
O
12
=
KFe
3
AlSi
3
O
10
(OH)
2
+Mg
3
Al
2
Si
3
O
12
Mg-Biotit + Fe-Granat =
Fe-Biotit + Mg-Granat
(Mg/Fe)
Bio
= -2109/T+ 0,782
und darin ist
T
die Temperatur in Kelvin
(d.h., Temperatur in °C minus 273,15). Eine
solche Formulierung wird als
Granat-Biotit-
Thermometrie
bezeichnet.
Ein kurzer Blick in den Mineralteil genügt,
um viele in Frage kommende Mineralpaare
zu identifizieren, nämlich alle Fe-Mg-Silikate.
Beliebt, insbesondere für Eklogitthermome-
trie, ist das Paar Granat-Klinopyroxen, wäh-
rend zur Bestimmung der Kristallisationstem-
peratur vieler Magmatite das Paar Orthopy-
gen kennen, um die Farbe von Mineralien als
nützliches Kriterium für die Bestimmung, die
Abschätzung ihrer chemischen Zusammenset-
zung oder gar für genetische Interpretationen
verwenden zu können.
DaFarbedurchdieInteraktionvonElektronen
mit elektromagnetischer Strahlung, also im all-
gemeinen mit Licht, hervorgerufen wird, ist für
das Entstehen von Farbe die spezielle
Elektro-
nenkonfiguration
von Elementen wichtig. Elek-
tronen können durch Lichtzufuhr Energie auf-
nehmen, diese Energie aber auch in Form von
Licht wieder abgeben. Einfallendes weißes Licht
besteht aus verschiedenen Wellenlängen, die je-
weils unterschiedliche Farbeindrücke bei der
Wechselwirkung mit unserer Netzhaut hervorru-
fen. Werden manche Wellenlängen beim Durch-
laufen eines Minerales besonders stark von den
Elektronen
absorbiert
(= verschluckt), so wer-
dendieübrigbleibendenWellenlängendieFarbe
bestimmen. Außer dieser Möglichkeit der Farb-
entstehung können die Elektronen wieder auf
ein anderes oder ihr ursprüngliches Energieni-
veau zurückfallen und dabei Licht einer be-
