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ßen AFC-Modellierungen (vom Englischen As-
similation and Fractional Crystallization )und
werdeninKasten4.21vorgestellt.Dabeider
Aufschmelzung des Nebengesteins oder von in
das Magma hineingefallenen Brocken Energie
verbraucht wird, kühlt die Schmelze durch die
Assimilation von Fremdgestein oder Fremd-
schmelze ab. Dieses Faktum begrenzt die Men-
ge der möglichen Kontamination effektiv auf
maximal wenige Zehner % einer Schmelze, da
sie dann bis zur völligen Auskristallisation ab-
gekühlt ist.
Leider können Wasserstoff-Isotope nicht in der
oben beschriebenen Weise benutzt werden, um
Quellregionen zu identifizieren. Weder die pri-
mordiale noch die heutige Durchschnitts-Zu-
sammensetzung der irdischen Wasserstoff-Iso-
topeistbekannt,esgibtzwargroßeUnter-
schiede zwischen verschiedenen Gesteinen,
aber keine erkennbare Systematik, die mit der
Quellregion zusammenhängt. Mantel- und
Krustenschmelzen lassen sich damit also nicht
unterscheiden. Vermutlich hat der Verlust von
Wasserstoff aus der Atmosphäre an den inter-
stellaren Raum, die dadurch veränderte H-Iso-
topenzusammensetzung an der Erdoberfläche
und die über Milliarden von Jahren ablaufende
Subduktion mit der Rezyklierung von Oberflä-
chenwasser in den Mantel dazu geführt, dass
potentielle Unterschiede verwischt wurden.
Auch Meteorite zeigen übrigens gewaltige Un-
terschiede in der H-Isotopenzusammensetzung
Kasten 4.21 Die AFC-Modellierung mittels Sauerstoffisotopen
Während des Aufstiegs und der Kristallisa-
tion von Schmelzen kommt es fast unweiger-
lich zu Kontaminationsvorgängen. Dies ist
insbesondere für basaltische Schmelzen von
Bedeutung, die durch die Kruste aufsteigen,
da sie einerseits so heiß sind, dass sie leicht
die Nebengesteine auf über-eutektische
Temperaturen erhitzen, und da andererseits
bei der Öffnung von Wegsamkeiten, z.B.
Störungen, durch die diese Schmelzen sich
ihren Weg nach oben bahnen, leicht Ge-
steinsbruchstücke entstehen, die dann in das
Magma hineinsinken und dort verdaut wer-
den. Abbildung 4.85 zeigt sehr deutlich, wie
stark sich die Isotopengeochemie von grani-
toiden Gesteinen über einer Subduktions-
zone ändert, wenn Assimilation im Spiel ist.
Abgebildet sind Isotopenanalysen von Gra-
nitoiden aus den westlichen USA, die über
einer nach Osten abtauchenden Subdukti-
onszone entstanden sind. Je weiter im Osten
die Granite liegen, d.h. je dicker die Kruste
über der abtauchenden Platte ist, desto
mehr verschieben sich Sr- und O-Isotopenzu-
sammensetzung zu höheren, krustalen Wer-
ten hin (siehe dazu auch Abschn. 4.8.3.1). In-
teressanterweise geht dies auch mit einer
Entwicklung der Hauptelementchemie und
damit der Mineralogie einher, denn die Gra-
nite ändern ihre Zusammensetzung von I- zu
S-Typ, wie man es auch erwarten würde
(siehe Abschn. 3.9.1.2). Nebenbei sei gesagt,
dass auch die typischen variskischen S-Typ-
Granite z.B. aus dem Schwarzwald oder dem
Bayrischen Wald O-Isotopenzusammenset-
zungen von etwa 10 ‰ und höher haben -
der Wert von 10 ‰ wird bisweilen sogar als
definitionsmäßige Trennlinie zwischen S-
und I-Typ Granitoiden genannt. Da Assimila-
tion und fraktionierte Kristallisation immer
Hand in Hand gehen, spricht man von AFC-
Prozessen.
Quantitativ kann man solche AFC-Prozesse
z.B. mit Hilfe der folgenden Gleichungen
modellieren:
C m
C m =F -z + C a
1- f -z
1-h(1-b)
C m ×
und
R m - R m
R a - R m =1- C m
C m f -z mit z = 1- ¤ b
h -1
Dabei ist
- b der Verteilungskoeffizient zwischen der
Summe aller Kumulatminerale und der
Schmelze
- h das Verhältnis von Kumulaten und assi-
miliertem Material
- c die Konzentration eines betrachteten
Elementes
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