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und Pyrophyllit aber nicht, hat sich das bei
150 °C genau vertauscht. Entscheidend für
diese Konfigurationen ist wieder die in Kapitel
3.4kurzerläuterteGibbs'scheFreieEnthalpie,
und hier ganz konkret, ob die Paragenese Kao-
linit+K-Feldspat oder die Paragenese Musko-
vit+Pyrophyllit die niedrigere Gibbs'sche Freie
Enthalpiehat.Überetwa100°Chatoffenbar
letztere die niedrigere Enthalpie, unter etwa
100 °C erstere.
Schließlich kann man dann die gemessenen
(und von Konzentrationen in Aktivitäten um-
gerechneten) Zusammensetzungen natürlicher
Wässer in ein solches Diagramm eintragen, wie
z. B. in Abb. 3.16 gezeigt. Man kann daraus
dann ablesen, mit welchen Mineralen diese
Wässer im Gleichgewicht standen.
mensetzung zu einer neuen Phase gleicher Zu-
sammensetzung reagiert, die aber dann natür-
lich eine andere Struktur haben muss. Wenn
Zusammensetzung und Struktur identisch wä-
ren,würdeessichjaumdasselbeMineralhan-
deln.WirhabendiesbereitsimSystemSiO
2
kennengelernt(Kasten2.6,Abb.2.23),wosich
acht verschiedene Phasen ineinander umwan-
deln können. Auch von Forsterit (Mg
2
SiO
4
)gibt
es mehr als eine Modifikation (siehe Kasten
3.6). Phasentransformationen wichtiger Mine-
rale in krustalen Gesteinen sind außerdem die
Umwandlung von Calcit zu Aragonit bei hohen
Drucken und die Umwandlung der Alumini-
umsilikate Disthen, Sillimanit und Andalusit
ineinander.
3.6.2 Sonstige Festphasenreaktionen
Festphasenreaktionen sind solche, die aus ei-
nerodermehrerenFestphaseneineodermeh-
rere neue Festphasen bilden, ohne dass dabei
Fluid (H
2
O, CO
2
) verbraucht oder freigesetzt
wird. Damit sie ablaufen, muss zwar gewöhn-
lich Fluid im Gestein anwesend sein, dieses
3.6 Metamorphe Reaktionen
3.6.1 Phasenumwandlungen
Phasenumwandlungen sind Reaktionen, bei
denen eine Phase einer bestimmten Zusam-
Kasten 3.6
Phasenumwandlung und Reaktionen von Mg
2
SiO
4
bei hohen Drucken
Wie in Abschnitt 2.4.2 erläutert, gibt es im
Erdmantel zwei seismische Diskontinuitäten
bei 410 und bei etwa 660 km Tiefe (Abb. 1.3
und 2.48). Diese Diskontinuitäten zeigen an,
dass an ihnen der Erdmantel seine Dichte
verändert. Die Diskontinuität bei 410 km
wird durch die Phasentransformation von
Forsterit nach
Wadsleyit
hervorgerufen, der
auch die Formel Mg
2
SiO
4
, aber eine andere,
dichter gepackte Struktur hat. Innerhalb der
Übergangszone erfolgt dann in 520 km Tiefe
die Umwandlung von Wadsleyit zu
Ring-
woodit
, ebenfalls Mg
2
SiO
4
, aber nochmals
mit anderer, wiederum etwas dichterer
Struktur, nämlich der von Spinell. Die 520-
km-Diskontinuität wird nicht überall seis-
misch „gesehen“, sie ist nur schwach ausge-
prägt. In 660 km Tiefe zerfällt Ringwoodit
dann zu
Mg-Si-Perowskit
+
Magnesiowüstit
.
Mg-Si-Perowskit, MgSiO
3
,istnachdemMi-
neral Perowskit mit einer sehr ähnlichen
Struktur und der Formel CaTiO
3
benannt,
Magnesiowüstit ist (Mg,Fe)O. Die Reaktion
in 660 km Tiefe ist keine Phasentransforma-
tion mehr, da zwei neue Phasen mit neuer
Zusammensetzung entstehen. Wie bei SiO
2
sind also dichtere Phasen bei höheren Dru-
cken bevorzugt. Während in Forsterit und
der Ringwooditstruktur nur Oktaederplätze
für Mg und Tetraederplätze für Si vorliegen,
ist bei den hohen Drucken im unteren Erd-
mantel das Mg in der Perowskitstruktur ver-
mutlich achtfach und das Si sechsfach koor-
diniert (dies ist jedoch noch nicht ganz si-
cher). Bei höherem Druck sind die Metalle
also höher koordiniert, da die großen O-Io-
nen besser kompressibel sind als die kleinen
Kationen.
