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Kasten 3.21
Aufschmelzung und Kristallisation in einem binären
System ohne Eutektikum; fraktionierte und Gleichgewichtskris-
tallisation
Die Aufschmelzung in einem System ohne
Eutektium ist denkbar einfach. Ein Feldspat
der Zusammensetzung
X
bestehe zu 30%
aus Anorthit und zu 70% aus Albit (Abb.
3.81). Bei Temperaturerhöhung erreicht er
bei etwa 1200°C die Soliduslinie. Die erste
Schmelzzusammensetzung
X
1
liest man dann
auf der Liquiduskurve bei derselben Tempe-
ratur ab, indem man eine waagerechte Linie
zeichnet. Bei weiterer Temperaturerhöhung
bewegt sich nun die Festphasenzusammen-
setzung entlang der Soliduskurve nach oben
rechts, die Schmelzzusammensetzung ent-
lang der Liquiduskurve. Bei jeder Tempera-
tur kann man eine waagerechte Linie durch
beide Zusammensetzungen ziehen, die
durch die Gesamtzusammensetzung
X
in
zwei Teile geteilt wird: die Länge des linken
Teiles entspricht dem Anteil an Festphase,
die Länge des rechten Teils dem an Schmelz-
phase. Dies ist das Hebelgesetz. Logischer-
weise wird der Anteil an Schmelzphase im-
mer größer und die Aufschmelzung endet,
wenn das gesamte System geschmolzen ist.
Dies ist soweit, wenn die Schmelzzusammen-
setzung und die Gesamtzusammensetzung
X
identisch sind.
Anhand der Abkühlung derselben Zusam-
mensetzung
X
soll der Unterschied zwischen
fraktionierter und Gleichgewichtskristallisa-
tion erklärt werden. Die Gleichgewichtskris-
tallisation funktioniert exakt umgekehrt wie
die Aufschmelzung. Jeder Kristall steht zu je-
der Zeit in seiner Gänze im Gleichgewicht
mit der Schmelze und die Gesamtzusam-
mensetzung bleibt konstant. Die fraktio-
nierte Kristallisation beginnt zunächst iden-
tisch. Bei der Abkühlung bildet sich ein ers-
ter Kristall der Zusammensetzung
X
1
,der
aber mit der Schmelze in der Folge nicht
mehr reagieren soll. Die Schmelze entwi-
ckelt sich nach links unten entlang der Liqui-
duskurve. Zu einem späteren Zeitpunkt kris-
tallisiert dann diese Schmelze wieder einen
Feldspat, diesmal der Zusammensetzung
X
2
.
Dieser kann als weitere Zone den schon ge-
bildeten Feldspat
X
1
umhüllen (Bildung zo-
nierter Minerale) oder, wenn dieser schon
der Schmelze entzogen wurde, neue Kris-
talle bilden. So geht es weiter. Wenn man
nun die Gesamtzusammensetzung des Sys-
tems verfolgt, stellt man fest, dass diese sich
natürlich ändert, wenn Kristalle verloren ge-
hen oder abgekapselt werden. Die Entwick-
lung der Gesamtzusammensetzung der Kris-
talle ist in Abb. 3.81 als Funktion der Tempe-
ratur ebenfalls eingezeichnet. Dies bedeutet
aber, dass die Kristallisation im Unterschied
Was im binären System ein Feld war, z. B. das
Schmelzfeld, wird nun zu einem Schmelzraum,
die vorherigen Liquiduskurven werden zu Flä-
chen, auf denen Schmelze mit einem Mineral
koexistiert. Sowohl die eutektischen Punkte als
auch die Peritektika werden zu
kotektischen
Linien
, an denen zwei Minerale miteinander
und mit Schmelze im Gleichgewicht stehen.
Schließlich gibt es
thermische Minima
,ande-
nensichzweioderdreikotektischeLinientref-
fen und daher drei feste Phasen und die
Schmelze im Gleichgewicht miteinander ste-
hen. Das tiefste dieser Minima ist das ternäre
Eutektikum
, es ist der Punkt tiefster Schmelz-
temperatur im ternären System. Wie man mit
solchenSystemenumgeht,istanhanddreier
Beispiele für basaltische und granitische
Schmelzen in Abschnitt 3.9.3.3 beschrieben.
3.9.2.3 Der Verteilungskoeffizient
Während der Bildung und der Kristallisation
vonSchme enkönnenElemen einder
Schmelze oder in der residualen oder gerade
kristallisierenden Festphase vorhanden sein.
Normalerweise wird ein beliebiges Element i in
jeder dieser Phasen vorhanden sein, allerdings
in unterschiedlichen Konzentrationen. Wäh-
