Geochemie - Minerale und Gesteine - page 458

Kasten 4.12 Geochemische Zwillinge

Der Extremfall praktisch identischer Ionenra-
dien und -ladungen ist in den geochemi-
schen Zwillingspaaren verwirklicht: Y ist mit
Ho, Zr mit Hf und Nb mit Ta „verzwillingt“.
Da diese Elemente sich geochemisch so ext-
rem ähnlich verhalten, bleiben ihre Verhält-
nisse in vielen geologischen Prozessen (z.B.
bei den meisten Aufschmelz- und fraktio-
nierten Kristallisationsprozessen) konstant
und liegen sehr nahe bei chondritischen Ver-
hältnissen, also für Y/Ho, Zr/Hf und Nb/Ta bei
rund 28, 36 und 17. Solche Prozesse, die die
Zwillingsverhältnisse nicht verändern, wer-
den als CHARAC -Prozesse bezeichnet, als
„ charge and radius controlled “, also durch
Ladung und Radius kontrolliert.
Ändert sich dagegen ihr Verhältnis z.B. in-
nerhalb eines magmatischen Komplexes, so
können dafür unterschiedliche Quellen (aus
denen verschiedene Schmelzportionen mit
unterschiedlichen Zwillingsverhältnissen be-
zogen wurden) verantwortlich sein oder
eine sehr spezielle, alkali-halogen-reiche
Schmelzzusammensetzung, in der sich unter-
schiedlich stabile Komplexe der Zwillinge
bilden. Wie Abb. 4.47 zeigt, haben auch See-
wasser und marine Eisen-Mangan-Krusten
sowie hydrothermale Fluorite deutlich frak-
tionierte Y/Ho und Zr/Hf-Verhältnisse. Letz-
tere wurden bei relativ tiefen Temperaturen
X etwa 400°C aus wässrigen Fluiden ausge-
fällt. In all diesen Milieus werden Komplexe
gebildet, z.B. mit F, Cl, Phosphat, Karbonat
o. ä., die leicht unterschiedliche Stabilitäten
für die jeweiligen Zwillinge haben - ganz

hydrothermale Fluorite

500 Meerwasser

marine Fe-Mn-Krusten

100

CHARAC-Feld

10

1 10 100

Zr/Hf

4.47 Typische Konzentrationsverhältnisse
geochemischer Zwillinge in hydrothermalen
Fluoriten, im Meerwasser und in marinen Fe-
Mn-Krusten nach Bau (1996). Die gestrichelten
Linien geben die chondritischen Verhältnisse
an. Das CHARAC-Feld zeigt den Bereich, in dem
die Verhältnisse bei Ladungs- und Radius-kon-
trollierten Prozessen („ cha rge and ra dius c on-
trolled “) liegen und es ist offensichtlich, dass
andere Prozesse für die gezeigten Zusammen-
setzungen eine Rolle spielen müssen.

eineiig sind unsere Zwillinge halt doch nicht.
Diese Effekte sind jedoch so klein, dass sie
nur in bestimmten geologischen Prozessen
eine Rolle spielen, wobei es im Endeffekt
eine Frage der Massenbilanz ist, ob etwas
geochemisch sichtbar wird oder nicht.

niedrigen pH-Werten. In ihnen bilden sich ent-
weder Halogen-Komplexe (z. B. ZrF 3+ , ZrF 2 2+ ...),
Hydroxokomplexe (z. B. Ti(OH) 3 + oder Ti(OH) 4 )
oder die Hydroxidbildung wird unterdrückt
und es bilden sich unkomplexierte oder nur hy-
drolysierte Ionen (z. B. UO 2 2+ ). Obwohl typi-
scherweise nicht zu den HFSE gezählt, verhält
sich Al übrigens in wässrigen Fluiden ähnlich -
es fällt in neutralen Lösungen als Al(OH) 3 aus
undwirdinsaurenalsAl 3+ oder in basischen
Lösungen als Al(OH) 4 - transportiert. Dieses
Ve r h a l t e n w i r d a l s amphoter bezeichnet.

Eine sich chemisch sehr homogen verhaltende
Untergruppe der HFSE sind die Selten-Erd-Ele-
mente ( SEE oder häufiger REE genannt, nach
„ Rare Earth Elements “). Diese haben eine so
große Bedeutung in der Geochemie, dass ihnen
ein gesonderter Abschnitt, 4.6.4, gewidmet ist.
Generell stellt man fest, dass kompatible Ele-
menteeherkleine,inkompatibleElementeda-
gegen eher große Ionenradien und Ionen-
ladungen haben, wobei man auch diese Faust-
regel nicht ohne nachzudenken anwenden darf,
zumal die Kompatibilität ja bekanntlich stark