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kommt dort daher nur zu einer geringen Fraktionierung. Trifft
das Magma hingegen auf leichte kontinentale Kruste, kann es
regelrecht stecken bleiben und fraktionieren, bis seine Dichte so
gering ist, dass es weiter aufsteigt. An Subduktionszonen, die
unter einen Kontinent abtauchen, kommt das gesamte Spektrum
mehr oder weniger stark fraktionierter Schmelzen vor. Prinzipi-
ell können wir Lagerstätten mit kompatiblen Elementen im Zu-
sammenhang mit primitiven, direkt aus dem Mantel stammen-
den basischen Magmen erwarten, während Lagerstätten von in-
kompatiblen Elementen im Zusammenhang mit stark fraktio-
nierten sauren Schmelzen entstehen können.
Wasser wird bei der Fraktionierung ebenfalls in der Schmel-
ze angereichert, wobei hinzukommt, dass saure Schmelzen auch
mehr Wasser gelöst haben können. Stark fraktionierte saure
Schmelzen haben also typischerweise einen hohen Wassergehalt,
der irgendwann während der Kristallisation entmischt wird. Im
Fall der Vulkane an den Subduktionszonen ist das dabei aus-
gelöste Aufschäumen des Magmas der Grund für die explosiven
Vulkanausbrüche. Das entmischte Wasser kann aber auch hyd-
rothermale Lagerstätten (
7
Kap. 4
) entstehen lassen. Eine wasser-
reiche Restschmelze eines nahezu erstarrten Granits kann auch
Pegmatite (
7
Abschn. 3.8
) und andere ungewöhnliche Gesteine
bilden, die ebenfalls wichtige Lagerstätten sind.
Die Kristallisation eines Magmas beginnt mit einer einzigen
Mineralphase (z. B. Olivin), zu der beim weiteren Abkühlen
weitere Mineralphasen dazukommen (
7
Kasten 3.3
). Die genaue
Reihenfolge ist abhängig von der genauen Zusammensetzung
des Basalts und von Faktoren wie dem Sauerstoffgehalt (
7
Kas-
ten 3.5
, siehe auch
7
Kasten 3.6
) und dem Druck. Es kristallisiert
also nicht zwangsläufig das Mineral mit dem höchsten Schmelz-
punkt als Erstes. Entsprechend gibt es unterschiedliche Fraktio-
nierungstrends. Der in
.
Abb. 3.4
gezeigte sogenannte kalkalka-
line Trend von Basalt zu Rhyolith (bzw. bei den Plutoniten:
Gabbro zu Granit) ist typisch für Subduktionszonen. Dabei
kommt es zu einer kontinuierlichen Anreicherung von SiO
2
und
Alkalien.
Die Basalte der Mittelozeanischen Rücken folgen stattdessen
der Tholeiitserie, in der es zunächst nur zu einer starken An-
reicherung von Eisen und Titan kommt, während sich SiO
2
und
Alkalien kaum ändern: Aus einem Basalt wird ein eisenreicher
Basalt. Erst später, nachdem die Kristallisation von Magnetit ein-
gesetzt hat, werden SiO
2
und Alkalien angereichert. Der tholeii-
tische Trend setzt eine geringe Sauerstofffugazität (
7
Kasten 3.5
)
voraus, was die Oxidation des Eisens und damit die Kristallisa-
tion von Magnetit verzögert.
Alkalibasalte und andere alkaline Schmelzen, die typisch für
Hotspot-Vulkane wie Hawaii und für kontinentale Grabensyste-
me sind, folgen einem dritten Trend. Bei ihnen werden SiO
2
und
Alkalien kontinuierlich angereichert, aber sie sind und bleiben
quarzuntersättigt (
7
Kasten 3.1
). Die Fraktionierung führt zu
Trachyt oder Phonolith (Vulkanite) beziehungsweise Syenit oder
Nephelinsyenit (Plutonite).
Wie gesagt hat eine im Mantel gebildete Schmelze fast immer
die Zusammensetzung von Basalt. Die genaue Zusammen-
setzung, ob es sich um Alkaliolivinbasalt, Olivintholeiit, Tholeiit
oder Quarztholeiit handelt, hängt vom Schmelzgrad, dem Druck
und von der Zusammensetzung des Erdmantels ab.
Abb. 3.8
Im Erdinneren nimmt die Temperatur zu (entlang des
Geotherms), sie bleibt aber niedriger als der Solidus, an dem es im
Erdmantel zu einem ersten Aufschmelzen (Basaltmagma) kommen
würde. Eine einfache Temperaturerhöhung ist in diesem Fall nicht
möglich. Stattdessen kann heißes Material aus der Tiefe ohne
nennenswerte Abkühlung aufsteigen (im Diagramm von der blauen
Kurve aus senkrecht nach oben) und den Solidus erreichen. Einen
besonderen Effekt hat die Zugabe von Wasser, da es den Solidus
stark herabdrückt (orange), was ebenfalls eine Schmelzbildung aus-
lösen kann.
(Plagioklas, Spinell oder Granat) geht. Diese Fraktionierung be-
trifft nicht nur die Hauptelemente. Für jedes Element lässt sich
ein Verteilungskoeffizient angeben, wobei die meisten entweder
bevorzugt in die Schmelze gehen oder bevorzugt im Peridotit
verbleiben. Als kompatibel bezeichnen wir die Elemente, die eher
im Gestein bleiben, wie Chrom und Nickel. Die Elemente, die
in der Schmelze angereichert werden, nennen wir inkompatibel
(
7
Kasten 3.4
) .
Die Basaltschmelze hat eine deutlich geringere Dichte als der
Mantel und steigt daher auf. Beim Abkühlen beginnt die Kristal-
lisation, bei der es erneut zu einer Fraktionierung zwischen
Schmelze und den gebildeten Kristallen kommt. Wieder gehen
die kompatiblen Elemente bevorzugt in die früh kristallisierten
Kristalle und werden in der Schmelze stark abgereichert, wäh-
rend die inkompatiblen Elemente in der Schmelze immer weiter
angereichert werden. Das wirkt sich vor allem dann aus, wenn
die Kristalle von der Schmelze getrennt werden, entweder, weil
sie auf den Boden einer Magmakammer absinken, oder weil die
Schmelze aus der Magmakammer herausgedrückt wird und die
Kristalle wie in einem Kaffeefilter zurückbleiben. Diese Entwick-
lung wird fraktionierte Kristallisation genannt. Durch ozeani-
sche Kruste kann Basaltmagma relativ ungestört aufsteigen, es
