Geology Reference
In-Depth Information
Verständnis der jeweiligen Fraktionierungsprozesse benötigen.
Siehe auch 7 Kasten 3.1 und 7 Kasten 3.2 .
3.1 Fraktionierung in Magmen
(Einführung)
3.1.1 Schmelzbildung und Fraktionierung
Gesteine schmelzen nicht bei einer bestimmten Temperatur
vollständig auf (Schmelzpunkt), sondern kontinuierlich über
ein Temperaturintervall hinweg, das zwischen Solidus und
Liquidus liegt. Solidus und Liquidus sind abhängig von der
jeweiligen Zusammensetzung und vom Druck.
Solidus: Temperatur, bei der beim Aufheizen eines Gesteins
die erste Schmelze entsteht (bzw. beim Abkühlen eines
Magmas die letzten Schmelzreste erstarren).
Liquidus: Temperatur, bei der beim Aufheizen die letzten
Kristalle verschwinden und damit das Gestein vollkommen
geschmolzen ist (bzw. beim Abkühlen des Magmas sich die
ersten Kristalle bilden).
Abb. 3.4 Bei der Fraktionierung von basischen Magmen (Basalt)
zu sauren Magmen verändert sich die Zusammensetzung der
Schmelze und zugleich verändern sich ihre physikalischen Eigen-
schaften. Zwei wichtige magmatische Lagerstättentypen finden sich
an den jeweiligen Enden dieses Spektrums, Layered Mafic Intrusions
und Pegmatite. Aus diesem eindimensionalen Schema fallen die
alkalinen Magmatite, die ebenfalls bedeutende Lagerstätten bilden
können, und diverse exotische Zusammensetzungen heraus.
Die im Erdmantel herrschenden Temperaturen liegen im Nor-
malfall unterhalb des Solidus von Peridotit ( . Abb. 3.8 ), somit ist
der Mantel nicht geschmolzen. Eine Schmelze bildet sich, wenn
entweder die Temperatur ungewöhnlich hoch ist oder wenn die
Schmelztemperatur durch die Anwesenheit von Wasser herab-
gedrückt wird. Ersteres ist unter den Mittelozeanischen Rücken
und den sogenannten Hotspots der Fall, unter denen heißes
Mantelmaterial aufsteigt. Letzteres passiert an den Subduktions-
zonen, deren Magmen folglich von vornherein einen erhöhten
Wassergehalt haben. Der Mantel wird jedoch nur teilweise auf-
geschmolzen, es bildet sich etwas Schmelze (maximal 10-25 %)
zwischen den Mineralkörnern. Die Schmelze hat die Zusammen-
setzung von Basalt, was der eutektischen Zusammensetzung
( 7 Kasten 3.3 ) des Peridotits entspricht. Sie enthält deutlich mehr
CaO, Al 2 O 3 und SiO 2 als der Peridotit und weniger MgO. Der
Peridotit verarmt dabei an der Basaltkomponente, was vor allem
auf Kosten von Diopsid und der jeweiligen Aluminiumphase
nolith beziehungsweise Nephelinsyenit und viele andere) spie-
len auch Karbonatite ( 7 Abschn. 3.10 ), also Karbonatmagmen,
eine Rolle: Sie sind für die wichtigsten Seltenerdelement- und
Nioblagerstätten verantwortlich. Außerdem werden auch Phos-
phat, Kupfer, Eisen, Zirkonium und andere Stoffe aus Karbona-
titen gewonnen.
Bevor wir einen genaueren Blick auf diese Lagerstätten wer-
fen, werden wir uns in den folgenden beiden Abschnitten erst
einmal die notwendigen Grundlagen aneignen, die wir für das
Kasten 3.1
SiO 2 -Sättigung
Das Konzept der SiO 2 -Sättigung (Quarzsättigung) ist grund-
legend für das Verständnis magmatischer Gesteine. Dabei geht
es um den SiO 2 -Gehalt im Verhältnis zu anderen Elementen
wie Mg, Ca, Na, K. Diese Elemente werden in Silikatminerale
wie Olivin, Pyroxen, Glimmer und Feldspat (Plagioklas und
Kalifeldspat) eingebaut. Enthält das Magma mehr SiO 2 , als für
die Bildung dieser Minerale notwendig ist, kristallisiert auch
Quarz, das Gestein ist quarzübersättigt (das obere Dreieck in
.
Der SiO 2 -Mangel muss zum Teil durch die Bildung von beson-
ders SiO 2 -armen Mineralen ausgeglichen werden. Das sind vor
allem die Foide (»Feldspatvertreter«) wie Nephelin, Leucit und
Sodalith. Diese Minerale haben eine ähnliche Zusammenset-
zung wie Feldspat, nur mit weniger SiO 2 . Foide kommen daher
niemals in quarzhaltigen Gesteinen vor. Auch Olivin kommt
nur in quarzuntersättigten Gesteinen vor, in SiO 2 -reicheren
Magmen bildet sich stattdessen Orthopyroxen (Enstatit), des-
sen Zusammensetzung zwischen Olivin und Quarz liegt.
Gesteine mit Feldspat, die weder Foid oder Quarz enthalten,
sind quarzgesättigt.
Abb. 3.5). Enthält das Magma weniger SiO 2 beziehungs-
weise viel Na, K und so weiter, bildet sich kein Quarz und das
Gestein ist quarzuntersättigt (unteres Dreieck in
.
Abb. 3.5).
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