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3.3.2 Chrom,
Nickel
und
Platin
in
basischen
Magmen
Kasten 3.9
Ural-Platingürtel
Der Peridotit des Erdmantels hat einen deutlich höheren Gehalt
an Chrom und Nickel als die Gesteine der Erdkruste. Chrom ist
dort vor allem im Pyroxen enthalten (Chromdiopsid), bei mode-
ratem Druck auch in Chromspinell, während Nickel vor allem im
Olivin steckt. Beide Elemente verhalten sich kompatibel, bleiben
also beim Aufschmelzen weitgehend im Mantel. Entsprechend
niedriger ist ihr Gehalt in einem Basalt, dabei aber noch immer
deutlich höher als in der durchschnittlichen Kruste. Bei der frak-
tionierten Kristallisation von Pyroxen und Olivin werden beide
Elemente effektiv aus der Schmelze entfernt, in leicht fraktio-
nierten Schmelzen ist die Konzentration also bereits gering. Frei-
lich sind Olivin und Pyroxen nicht als Erz geeignet, stattdessen
wollen wir Chromit und Nickelsulfide.
Die Platingruppenelemente (siehe auch
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Kasten 3.9
) befin-
den sich im Mantel in Sulfiden, die nur einen winzigen Bruchteil
des Gesteins ausmachen. Normalerweise bleiben sie beim Auf-
schmelzen weitgehend im Mantel. Bei einem hohen Schmelzgrad
oder wiederholtem Aufschmelzen gehen die Sulfide verloren und
die Schmelze wird PGE-haltig (Naldrett et al. 2008). Der Vertei-
lungskoeffizient ist dabei etwa 1, es kommt also nur zu einer
minimalen Fraktionierung zwischen Gestein und Schmelze:
Platin und Palladium sind leicht inkompatibel, Osmium und
Iridium leicht kompatibel, Ruthenium und Rhodium liegen da-
zwischen. Das gilt ebenso für die fraktionierte Kristallisation des
Magmas, die Gehalte verändern sich nur minimal, allerdings in
unterschiedliche Richtung. Die Platingruppenelemente verhal-
ten sich also völlig anders als die stark kompatiblen Elemente
Chrom und Nickel, trotzdem sind sie in Layered Mafic Intru-
sions auffällig oft in Chromititlagen oder zusammen mit Nickel-
sulfiden angereichert.
Die Chromititlagen sind häufig nur ein paar Millimeter oder
Zentimeter dick, manchmal aber auch einige Dezimeter oder
wenige Meter. Der platinreiche UG2-Chromitit im Bushveld-
Komplex hat zum Beispiel eine Dicke von 70 cm. Ein Extremfall
ist ein durchschnittlich 20 m dicker Chromitit in der Kemi-
Intrusion (Finnland). Normalerweise kristallisiert Chromit nur
gleichzeitig (kotektisch) mit anderen Phasen wie Olivin, und
zwar in wesentlich geringerer Menge als diese und entsprechend
sollte er nur untergeordnet im Kumulat vorkommen. Mehrere
Prozesse können erklären, wie es kurzfristig trotzdem zu einer
alleinigen Kristallisation von Chromit kommt. Aus Experimen-
ten wissen wir, dass unter Umständen eine Erhöhung des Drucks
oder eine Erhöhung der Sauerstofffugazität dazu führen können.
Das eleganteste und von vielen Forschern bevorzugte Modell ist
jedoch die Vermischung unterschiedlicher Magmen. Tatsächlich
gibt es an Chromitlagen häufig einen Sprung hinsichtlich der
Zusammensetzung der Kumulate, was das Eindringen neuen
Magmas anzeigt. Dabei gibt es zwei Möglichkeiten.
Der erste Fall ist die Vermischung von leicht fraktionierter
Schmelze der Intrusion mit neu eindringender primitiver
Schmelze (Irvine 1977, Murck & Campbell 1986).
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Kasten 3.3
erklärt, dass die fraktionierte Kristallisation einer kotektischen
Linie folgt, die man sich als ein Tal mit niedriger Schmelztempe-
ratur zwischen den Stabilitätsfeldern verschiedener Minerale
Vor der Entdeckung des Merensky-Reefs wurde Platin fast
ausschließlich aus Seifenlagerstätten im nördlichen Ural
gewonnen. Das Platin stammt dort ursprünglich aus einer
Reihe von kleineren ultramafischen Intrusionen (»Alaska-
Ural-Typ«), die in einem 500 km langen Streifen ein wenig
östlich der Hauptüberschiebung des Gebirges aufgereiht
sind. Im Gegensatz zu den typischen Layered Mafic Intru-
sions entstanden diese wohl an einer Subduktionszone. In
den Intrusionen selbst sind die PGE-Gehalte meist zu gering
für einen Abbau, vereinzelt gibt es sekundäre Anreicherun-
gen durch hydrothermale Fluide.
vorstellen kann. Bei der kotektischen Kristallisation von Olivin
und Chromit beschreibt dieses »Tal« eine Kurve (
.
Abb. 3.24
).
Vermischt sich nun eine entwickelte Schmelze mit einer primiti-
veren Schmelze, befindet sich die Mischung innerhalb des Stabi-
litätsfeldes von Chromit. Daher kristallisiert ausschließlich
Abb. 3.24
Ein Ausschnitt aus dem Phasendiagramm im System
Olivin-Chromit-Quarz, das die Entstehung von Chromitlagen erklärt
(siehe auch
Kasten 3.3). Ein Magma mit Zusammensetzung A
befindet sich im Stabilitätsfeld von Olivin, der daher als Erstes kris-
tallisiert. Dabei verändert sich die Zusammensetzung der Schmelze
»hangabwärts« von Olivin weg bis zur kotektischen Linie (Magma B).
Nun kristallisieren Olivin und in geringerer Menge Chromit gleich-
zeitig. Die Schmelze entwickelt sich dabei »talabwärts« entlang der
kotektischen Linie, bis sie auf das Stabilitätsfeld von Orthopyroxen
trifft. Wenn nun eine leicht fraktionierte Schmelze der Zusammen-
setzung C mit der primitiveren Schmelze B vermischt wird, entsteht
eine Zusammensetzung im Chromit-Stabilitätsfeld (Magma B + C,
die Lage auf der Verbindungslinie ist abhängig vom Mischungs-
verhältnis). Nun kristallisiert nur Chromit, die Schmelze verändert
sich dabei »hangabwärts«, bis sie wieder auf die kotektische Linie
trifft. Die Kontamination von Magma B mit SiO
2
(beziehungsweise
saurem Magma) würde die Zusammensetzung ebenfalls ins Chro-
mitfeld schieben. Nach Irvine 1977.
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