Geology Reference
In-Depth Information
kaum Auswirkungen auf das weit entfernte Zentrum haben
kann. Es ist aber auch denkbar, dass ein Klumpen Kristallmatsch
aus der Dachregion diapirartig auf den Boden sinkt und sich dort
ausbreitet.
Vermutlich ist der dritte Typ an Prozessen weitgehend für das
rhythmische Layering abseits der Randbereiche verantwortlich
(Boudreau & McBirney 1997). Die ständige Überlagerung des
Kristallmatsches führt dazu, dass dieser zusammengedrückt
wird (Kompaktion). Das Volumen der Zwischenräume verrin-
gert sich und die verbliebene Schmelze wird teilweise ausge-
quetscht und steigt nach oben auf. Je nachdem, wie viel Schmel-
ze in den Zwischenräumen verbleibt, erhalten wir ein anderes
Gestein. Lokal kann die Schmelze auch den Kristallmatsch ver-
drängen und Schlieren oder Schichten bilden. Aber das ist noch
nicht alles: Die aufsteigende Schmelze reagiert mit den Kristal-
len, mit denen sie nicht im chemischen Gleichgewicht ist. Be-
stimmte Kristalle können aufgelöst werden, was die modalen
Verhältnisse des Kumulats verändert.
In diesem Fall spielt aber nicht nur das chemische Gleichge-
wicht eine Rolle, sondern auch die Oberflächenenergie der Kris-
talle. Wenn ein festes Gestein längere Zeit einer hohen Tempera-
tur ausgesetzt ist, kommt es zu einer Kornvergrößerung: Große
Kristalle wachsen auf Kosten von kleineren Kristallen desselben
Minerals, weil dabei das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen
energetisch günstiger ist. Dieser Prozess, der als Ostwald-Rei-
fung bezeichnet wird, findet sowohl bei metamorphen Gesteinen
als auch bei bereits erstarrten Plutoniten statt. Die Oberflächen-
energie eines Kristalls ist auch von seinen Nachbarn abhängig: Je
mehr diese ihm ähnlich sind, desto geringer ist sie. In einem
festen Gestein hat das kaum Auswirkungen, weil sich ein Kristall
seine Nachbarn nicht aussuchen kann. Im Kristallmatsch führt
dies jedoch dazu, dass Kristalle, die nur in geringer Menge vor-
handen sind, bevorzugt von der durchströmenden Schmelze auf-
gelöst werden, während die häufigste Phase einen energetischen
Vorteil hat. Dieser Effekt verstärkt bereits vorhandene modale
Variationen. Das kann so weit gehen, dass aus einer graduellen
rhythmischen Schichtung eine rhythmische Schichtung mit
scharf begrenzten monomineralischen Schichten entsteht. In
einem Teil des Stillwater-Komplexes (Montana, USA) zum Bei-
spiel wiederholen sich im Abstand von ein paar Zentimetern
Schichten, die fast ausschließlich aus Plagioklas beziehungsweise
Pyroxen bestehen.
Möglicherweise kommt es bei der Kompaktion auch zu einer
mechanischen Sortierung nach der Dichte. Geologen kennen das
vielleicht, wenn sie einmal mit einer Schwereflüssigkeit Kristalle
separiert haben. Vor allem, wenn die Dichteunterschiede nur
gering sind und nur wenig Schmelze vorhanden ist, blockieren
sich aufschwimmende und absinkende Kristalle gegenseitig und
sammeln sich in groben Schichten an. Dies scheint in kleineren
Sills zu passieren. Falls es auch bei Layered Mafic Intrusions
erfolgt, wurde das entsprechende Gefüge durch die anderen bei
der Kompaktion ablaufenden Prozesse überprägt.
Ein weiterer Prozess wurde zeitweise von Forschern in Be-
tracht gezogen: Die Ausbildung von Magmaschichten unter-
schiedlicher Dichte, die nur intern durch Konvektion umgewälzt
werden. Geschichtete Magmakammern dürften eher die Regel
als die Ausnahme sein, was sich aber vermutlich (zumindest bei
dünnflüssigen basischen Schmelzen) nicht direkt quasi »ein-
gefroren« im Layering wiederfindet. Eine direkte Schichtung im
flüssigen Magma kann jedoch bewirken, dass andere Kombina-
tionen von Mineralen kristallisieren, als es in einem homogenen
Magma der Fall wäre, außerdem gibt es vielfältige Möglichkeiten
der Magmenmischung.
Zu guter Letzt können aus dem Magma entmischte Fluide
durch das bereits feste Gestein strömen und dieses verändern
(Zingg 1996, McBirney 2009). Bestimmte Minerale werden durch
andere ersetzt, was als Metasomatose bezeichnet wird. In manchen
Fällen hat das Wasser sogar zu einem Wiederaufschmelzen ge-
führt. Es gibt auch Pegmatit-ähnliche grobkörnige Schichten und
Schlieren, die aus wasserreichen Restschmelzen entstanden sind.
Im Vergleich zu sauren Magmen haben basische Magmen jedoch
einen sehr geringen Wassergehalt und diese Effekte spielen daher
nur eine untergeordnete Rolle, vorwiegend in den zuletzt erstarr-
ten Schichten.
Eine spektakuläre Schichtung hat sich auch in den extrem
alkalinen Intrusionen von Ilimaussaq und Lovozero ausgebildet,
wobei es sich um agpaitische Nephelinsyenite (
7
Abschn. 3.11
)
handelt. In beiden Komplexen gibt es Gesteine mit einer zykli-
schen Wiederholung in den Mengenverhältnissen der Kumulus-
minerale, wobei sich die Zusammensetzung der Minerale er-
staunlicherweise kaum ändert.
Der Lujavrit von Ilimaussaq hat ein mikrorhythmisches
Layering (dunkel-hell). Es wurde vorgeschlagen, dass in einer
bodennahen, nicht dynamisch bewegten Magmaschicht die
Kristallisation von Sodalith, Alkalifeldspat und Arfvedsonit
(dunkle Schicht) dazu führte, dass die verbliebene Schmelze
der unmittelbaren Umgebung an bestimmten Elementen ange-
reichert wurde, sodass stattdessen für kurze Zeit vor allem
Nephelin und Eudialith kristallisierten (helle Schicht). Beim wei-
teren Abkühlen folgt wieder eine dunkle Schicht, weil die Kris-
tallisationsfront in die durchschnittlich zusammengesetzte
Schmelze hineingewandert ist (Bailey et al. 2006).
Im Gegensatz dazu hat der Kakortokit von Ilimaussaq ein
makrorhythmisches Layering mit wechselnden Verhältnissen von
Alkalifeldspat, Eudialith und Arfvedsonit. Einem relativ plau-
siblen Modell zufolge stieg bei der Kristallisation der Dampfdruck
im Magma episodisch an, bis er den Gesteinsdruck überstieg
und der Dampf entweichen konnte. Da sich der Dampfdruck auf
die Liquidustemperatur auswirkt, führten diese episodischen
Schwankungen zu einer episodischen Änderung der kristallisier-
ten Minerale (Pfaff et al. 2008). Allerdings muss es zugleich zu
einem regelmäßigen Eindringen von Magma gekommen sein.
Was die zyklischen Schichten von Lovozero angeht, argu-
mentieren Féménias et al. 2005a anhand des Gesteinsgefüges für
ein ganz anderes Modell: Demnach handelt es sich bei jeder
Schicht um einen individuell eingedrungenen Sill.
Im Gegensatz zu basischen oder alkalinen Magmen bewirken
die physikalischen Eigenschaften von sauren Magmen, dass
Granite zu relativ homogenen Gesteinen erstarren. Ein Layering
gibt es bei diesen nur selten und nur in geringerem Ausmaß. Im
Fall eines Granodiorits in Marokko wird für das rhythmische
Layering die Fließbewegung verantwortlich gemacht, die wäh-
rend dem fortgesetzten »Aufblähen« des Plutons durch eindrin-
gendes Magma stattfand (Pons et al. 2006).
