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Tab. 3.2
Sulfidminerale, die typischerweise aus einer Sulfidschmelze
entstehen.
Pyrrhotin
FeS
Chalkopyrit
CuFeS
2
Pentlandit
(Ni, Fe)
9
S
8
unterschiedlichen Schichten erstarren (Maier et al. 2013). Nach
Naldrett et al. 2012 kann aber die Variation der Chromitzusam-
mensetzung nicht durch Bewegung von Kristallmatsch erklärt
werden. Nach Modellierungen dieser Autoren kann aber bei den
ungewöhnlichen Bushveld-Magmen auch die Magmenmischung
nicht als Erklärung dienen. Sie schlagen stattdessen vor, das
Magma habe bereits einen deutlich höheren Chromgehalt gehabt
als angenommen, wobei unklar bleibt, wie es dazu kommen
konnte.
Nickel verschwindet bei der Kristallisation von Olivin schnell
aus der Schmelze. Wenn es jedoch zu einer frühen Entmischung
einer Sulfidschmelze kommt (
7
Abschn. 3.1.1
), fraktioniert Nickel
effektiv in diese, zusammen mit Kupfer und anderen Elementen.
Ein erhöhter Schwefelgehalt wirkt sich sogar bereits bei der frak-
tionierten Kristallisation aus, indem sich Nickel weniger kompa-
tibel verhält und damit weniger schnell aus der Schmelze entfernt
wird (Li et al. 2003). Die entmischte Sulfidschmelze hat eine deut-
lich höhere Dichte als die Silikatschmelze, die Tröpfchen sinken
daher auf den Boden der Magmakammer ab. Dort dringt sie in
den Kristallmatsch ein oder sammelt sich sogar in Pfützen an und
erstarrt zu einem massiven Sulfidkörper. Häufig regnen gleich-
zeitig größere Mengen an Kristallen ab, sodass die Sulfide nur
einen kleinen Teil eines Kumulats ausmachen.
Bei der Kristallisation der Sulfidschmelze kommt es natür-
lich ebenfalls zu einer Fraktionierung zwischen Mineral und
Schmelze (Li et al. 1996, Mungall et al. 2005). Zunächst kristal-
lisiert ein nur bei hoher Temperatur stabiles Eisen-Nickel-
Kupfer-Sulfid. Elemente wie Kupfer, Platin, Gold werden dabei
stark in der Schmelze angereichert. Aus den letzten Schmelz-
resten kristallisieren gegebenenfalls Platinminerale und gedie-
gen Gold. Die Fraktionierung hat nur Auswirkungen, wenn Kris-
talle und Schmelze getrennt werden. Sudbury (
7
Abschn. 3.3.5
)
und Norilsk (
7
Kasten 3.10
) sind zwei Beispiele, wo dies inner-
halb der Sulfidkörper zu einer Zonierung geführt hat. Das ur-
sprüngliche Eisen-Nickel-Kupfer-Sulfid wandelt sich beim
weiteren Abkühlen in Pyrrhotin, Pentlandit und Chalkopyrit
um, eventuell zusammen mit anderen Sulfiden (
.
Tab. 3.2
).
In Jinchuan (China) kam es sogar schon vor dem Eindrin-
gen des Magmas zu einer nennenswerten Kristallisation und zur
Entmischung von Sulfidschmelze. Als der zähflüssige Kristall-
matsch intrudierte, sorgte die Strömung dafür, dass die Sulfid-
schmelze in bestimmten Zonen angereichert wurde (De Waal
et al. 2004).
Auch die Platingruppenelemente werden bei der Ent-
mischung einer Sulfidschmelze in dieser angereichert (Naldrett
et al. 2008). Dies ist so effektiv, dass häufig spätere Sulfide in
späteren Gesteinsschichten kaum noch PGE enthalten, weil
diese zuvor bereits vollständig entfernt wurden. Im Fall von
Abb. 3.25
Die Dichte tholeiitischer Magmen nimmt bei der Fraktio-
nierung zeitweise zu. Sobald die Kristallisation von Magnetit
einsetzt, nimmt sie ab. Wenn in eine Intrusion neues Magma von
höherer Dichte als das vorhandene Magma eindringt, breitet es sich
am Boden aus, wo es zur Vermischung kommt (links). Ist die Dichte
geringer, steigt es auf (rechts) und vermischt sich mit dem Magma
unter der Decke, bei dem es sich eventuell um saure Krustenschmel-
ze handelt.
Chromit, bis die Zusammensetzung wieder auf die kotektische
Linie trifft.
Der zweite Fall ergibt sich aus demselben Phasendiagramm:
Die Vermischung eines primitiven Magmas mit einem SiO
2
-
reichen Magma kann ebenfalls zu einer Zusammensetzung in-
nerhalb des Chromit-Stabilitätsfeldes führen. Die Effektivität ist
eingeschränkt, da SiO
2
-reiche Schmelzen generell kaum Chrom
enthalten und die Mischung entsprechend weniger Chromit
kristallisieren kann, der Prozess ist dennoch plausibel (Kinnaird
et al. 2002, Spandler et al. 2005). Die Hitze der basischen Mag-
men kann zu einem nennenswerten Aufschmelzen der kontinen-
talen Kruste führen. Dadurch kann sich unter dem Dach der
Intrusion eine Schicht aus granitischem Magma ansammeln.
Wenn nun primitives Magma in die Intrusion eindringt, könnte
es eine geringere Dichte als das bereits fraktionierte mafische
Magma haben (die Dichte eines tholeiitischen Magmas steigt
bei der Fraktionierung zeitweise an) und daher unter das Dach
aufsteigen, wo die Mischung mit dem granitischen Magma zur
Kristallisation von Chromit führt (
.
Abb. 3.25
). Die Kristalle
müssten dann durch das mafische Magma auf den Boden ab-
sinken, möglicherweise in Form von schweren Klumpen aus
Kristallmatsch.
Im Fall des Bushveld-Komplexes (
7
Abschn. 3.3.3
) wurde
darauf hingewiesen, dass die Critical Zone deutlich mehr Chrom
erhält, als man bei einer Abschätzung der Magmamenge erwar-
tet. Nach einem alternativen Modell begann die Kristallisation
des Magmas bereits beim Aufstieg auf dem Weg zur Intrusion.
Dabei soll sich Chromit in kleineren Magmakammern angesam-
melt haben. Das Kumulat wurde von späteren Magmen wieder
ausgeräumt und als Chromitmatsch in die Intrusion gebracht
(Eales 2000, Mondal & Mathez 2007). Sogar ein Eindringen von
Chromitmatsch in die älteren Kumulate in Form von Sills wurde
vorgeschlagen (Voordouw et al. 2009). Eine durch die hohe
Dichte verursachte Absenkung des zentralen Teils einer noch
nicht vollständig erstarrten Intrusion könnte dazu führen, dass
der Kristallmatsch nach innen rutscht. So können nicht nur
dickere Lagen entstehen, es kann auch zu einer dynamischen
Entmischung verschiedener Suspensionen kommen, die zu
