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Kasten 3.6 Gediegen Eisen in Basalten
Selbst Eisen, das bekanntlich leicht rostet, kommt in seltenen
Fällen auf der Erde in elementarer Form vor. Am bekanntesten
ist gediegen Eisen (
stein assimiliert hat (Ulff-Møller 1990). Das passierte wohl in
einer Magmakammer, von deren Boden sich Tonsteinbruch-
stücke lösten, die im Magma auftrieben und sehr schnell auf-
geheizt wurden. Dabei gaben sie erst H
2
O und CO
2
, bei zuneh-
mender Hitze CH
4
, H
2
und CO ab. Flüssigkeitseinschlüsse in
Olivin haben gezeigt, dass CH
4
und H
2
das Fluid des Basalts
dominierten (Solovova et al. 2002). Dieses Fluid konnte einen
Teil des im Magma enthaltenen Fe
2+
zu elementarem Eisen re-
duzieren.
In der Nähe von Kassel wurden im Steinbruch Bühl bei Weimar
mehrere Kilogramm schwere Eisenklumpen im Basalt gefunden.
Hier ist ein Braunkohleflöz für die Reduktion des Eisens verant-
wortlich.
Abb. 3.14) in Basalten von der Diskoinsel
(Grönland), wo metergroße Eisenblöcke mit bis zu 22 t Ge-
wicht gefunden wurden. Millimetergroße Eisenkügelchen -
erstarrte Schmelztropfen - sind in den dortigen Laven relativ
häufig, die größeren Gebilde sind Akkumulationen von ab-
gesunkenen Tropfen. Genau genommen handelt es sich um
natürlichen Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt, der winzige
Einschlüsse weiterer stark reduzierter Minerale wie Fayalit
(Fe
2
SiO
4
) und Wüstit (FeO) enthält.
Die Zusammensetzung der Basalte wird als ursprünglich tho-
leiitisches Magma erklärt, das 15-40 % kohlenstoffreichen Ton-
.
Abb. 3.14
Gediegen Eisen in Basalt. Bühl bei Kassel. © F. Neukirchen / Mineralogische Sammlungen der TU Berlin.
Von größerer Bedeutung ist für uns die Entmischung zwi-
schen Silikat- und Sulfidschmelze. Bei basischen Magmen pas-
siert das häufig, bereits ein Schwefelgehalt von 0,1 % kann aus-
reichen, um die Zusammensetzung während der fraktionierten
Kristallisation an den Solvus der Mischungslücke zu bringen. Die
Sulfidschmelze hat grob die Zusammensetzung FeS und erstarrt
daher überwiegend zu Pyrrhotin. Bei der Entmischung fraktio-
nieren - soweit sie in der Schmelze vorhanden sind - Elemente
wie Kupfer, Nickel, Kobalt, Gold und Platin (bzw. chalkophile
und siderophile Elemente,
7
Abschn. 1.20
) effektiv in die Sulfid-
schmelze. Dies ist der bedeutendste Prozess für die Entstehung
von Nickel- und Platinlagerstätten (
7
Abschn. 3.3.2
), außerdem
sorgt er bei manchen magmatisch-hydrothermalen Lagerstätten
zu einer ersten Anreicherung (
7
Abschn. 4.4
).
Für Elemente wie Platin, die nur in geringer Menge im Magma
vorhanden sind, aber stark in die entmischte Schmelze fraktionie-
ren, spielt neben dem Verteilungskoeffizienten ein weiterer Faktor
eine Rolle: der »R-Faktor«. Er beschreibt das Mengenverhältnis
zwischen Silikatmagma und damit im Gleichgewicht stehendem
Sulfidmagma. Wenn wenig Sulfidmagma mit viel Silikatmagma
austauschen konnte, werden Elemente wie Platin in der Sulfid-
schmelze zu besonders hohen Konzentrationen angereichert.
Abb. 3.15
Schematische Darstellung einer Mischungslücke zwischen
zwei unmischbaren Schmelzen in Abhängigkeit von der Temperatur.
Ein Magma der Zusammensetzung A trifft beim Abkühlen auf den so-
genannten Solvus der Mischungslücke (B). Hier entmischen Schmelz-
tröpfchen der Zusammensetzung C. Da die Mischungslücke bei
abnehmender Temperatur größer wird, kommt es beim weiteren Ab-
kühlen zu einer kontinuierlichen Fraktionierung zwischen den beiden
unmischbaren Schmelzen. Ihre jeweilige Zusammensetzung verän-
dert sich entlang des Solvus. Alternativ kann die Entmischung aus-
gelöst werden, indem zwei Magmen, die sich auf unterschiedlichen
Seiten der Mischungslücke befinden, miteinander vermischt werden.
