Geochemie - Minerale und Gesteine - page 469

gewicht zwischen Kristallen und Schmelze
herrscht. Übrigens können mit derselben For-
mel auch Gleichgewichtsaufschmelzprozesse
(im Englischen „ batch melting “) modelliert
werden. So kann man berechnen, welche Ge-
halte eines Spurenelementes in einer Schmelze
anzutreffen sind, wenn der Aufschmelzgrad va-
riiert und die Konzentrationen in der Quelle
bzw. im Residuum, also für Basaltschmelzen
z. B. in Peridotiten und Harzburgiten, bekannt
sind.

prozesse auch bei Isotopen auf (siehe Abschn.
4.7.3.1). Kasten 4.17 erklärt, wie man mithilfe
von Verteilungskoeffizienten die chemischen
Prozesse bei der Kristallisation eines Magmas
nachvollziehen kann.

4.6.4 Die Seltenen Erden
Die Selten-Erd-Elemente (SEE oder REE, von
Rare Earth Elements )sindeinechemischäu-
ßerst homogene Gruppe von Elementen, die in
der Geochemie in vielfältiger Hinsicht von gro-
ßer Bedeutung sind. Da sie dem Normalbürger
weithin unbekannt sind (obwohl sie ihn im All-
tag z. B. in seinem Fernseher oder in Feuerzeu-
gen täglich umgeben), sind sie in Tabelle 4.12
mit ihren wichtigsten Eigenschaften aufgelistet.
Häufig wird in den Geowissenschaften (und
auch in diesem Buch) der Begriff Selten-Erd-
Elemente synonym für die Lanthaniden ver-
wendet, die dem Lanthan im Periodensystem
folgen, doch ist dies streng chemisch-nomen-
klatorisch nicht korrekt, da die Lanthaniden
nur einen Teil der REE ausmachen, zu denen
auch noch Scandium (Sc) und Yttrium (Y) ge-
hören. Letzteres wird aufgrund seiner sehr
ähnlichen Ionengröße und chemischen Eigen-
schaften häufig bei der Betrachtung der REE
mit hinzugenommen und entsprechend seiner
Ionengröße zwischen Dy und Ho eingereiht.
Dagegen verhält sich Sc geochemisch unter-
schiedlichundwirddaherindiesemZusam-
menhang normalerweise nicht betrachtet. Hier
unterscheiden sich der chemische und der geo-
chemische Sprachgebrauch also etwas. Im Fol-
genden und im Vorangegangenen sind mit REE
immer die 15 Lanthaniden gemeint, von denen
allerdings nur 14 in der Natur vorkommen (Pm
ist radioaktiv mit kurzer Halbwertszeit und da-
her schon ausgestorben).
Die chemische Ähnlichkeit von Y mit den REE
beruht auf ihrer sehr ähnlichen Ionengröße
(Tabelle 4.12) und ihrer identischen Konfigura-
tion der Außenelektronen .Sieallehabenge-
füllte s-, p- und d-Schalen und füllen nach und
nach die f-Unterschalen auf, wobei die äußerste
f-Unterschale immer zwei Elektronen enthält,

4.6.3.2 Fraktionierte Kristallisation

Beseitigen wir eine der oben genannten Un-
wahrscheinlichkeiten, nämlich die fortwäh-
rende Einstellung von Gleichgewicht im Ge-
samtsystem, so kommen wir zur fraktionierten
Kristallisation (siehe auch Abschn. 3.9.2.1), die
nach dem ersten Wissenschaftler, der sie theo-
retisch durchdacht hat, auch Rayleigh-Fraktio-
nierung genannt wird. Ohne dies hier im Detail
herzuleiten, sei festgestellt, dass im Fall der
fraktionierten Kristallisation gilt:
C L = C 0 F D ges -1 und C S = C 0 D ges F D ges -1
DieBuchstabenhabendieselbenBedeutungen
wie im vorigen Abschnitt, c 0 ist die Anfangs-
konzentration in der Schmelze und c S ist hier
die Konzentration in einem Kristall zu dem
Zeitpunkt, in dem er kristallisiert. Interessiert
man sich für die Durchschnittskonzentration
eines Elements in allen bislang ausgefallenen
Kristallen, so gilt:
C S = C 0 (1 - F ) D ges -1
Da der Verteilungskoeffizient nun nicht mehr
als Faktor, sondern als Hochzahl eingeht, ver-
ändern sich die Konzentrationen von Spuren-
elementen - in Übereinstimmung mit dem in
Abschnitt 3.9.2.1 bereits Gesagten - viel schnel-
ler als während der Gleichgewichtskristallisa-
tion (Abb. 4.58). Auch hier gilt übrigens wieder,
dass ähnliche Formeln für Rayleigh-Auf-
schmelzprozesse herangezogen werden kön-
nen. Ebenso treten Rayleigh-Fraktionierungs-