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Kasten 3.3
Schmelzdiagramme
Bei einem Gestein gibt es keinen Schmelzpunkt, stattdessen
schmilzt es über ein größeres Temperaturintervall hinweg auf,
wobei Schmelze und Gestein ihre Zusammensetzung ändern.
Die dafür notwendigen Temperaturen liegen deutlich unter
dem jeweiligen Schmelzpunkt der im Gestein vorhandenen
Minerale. Was beim Aufschmelzen und umgekehrt bei der
Kristallisation aus einem Magma genau passiert, können wir
uns am besten anhand von Phasendiagrammen vor Augen
führen, auch wenn diese im ersten Moment nicht leicht zu ver-
stehen sind (
Gleichzeitig verändert sich die Zusammensetzung sowohl der
Kristalle als auch der Schmelze, beide folgen der jeweiligen
Linie abwärts in Richtung Albit. Schließlich entspricht
der Solidus und damit der Plagioklas unserer Ausgangszu-
sammensetzung (P2), die letzten Schmelztröpfchen (mit
der Zusammensetzung C) verschwinden. Früh und heiß
kristallisierter Plagioklas ist also anorthitreich, später Plagio-
klas albitreich. Wir sehen auch, dass die Schmelze bei der
Kristallisation Kal zium verliert und natriumreicher wird.
Extremer ist dies, wenn die gebildeten Kristalle kontinuierlich
von der Schmelze getrennt werden und nicht mehr mit ihr
reagieren können. In diesem Fall geht die Veränderung
der Schmelzzusammensetzung weit über Punkt C hinaus.
Da sich Liquidus und Solidus bei reinem Albit und bei reinem
Anorthit treffen, gibt es bei diesen tatsächlich einen Schmelz-
punkt.
Sehr ähnlich sieht das Schmelzdiagramm für Olivin aus, der
eine Mischungsreihe von Mg-Olivin zu Fe-Olivin ist. Olivin wird
bei der Fraktionierung immer eisenreicher. Das Aufschmelzen
von Plagioklas oder Olivin folgt natürlich denselben Pfeilen,
nur in die entgegengesetzte Richtung.
Betrachten wir nun das System Anorthit (Plagioklas) - Diopsid
(Klinopyroxen) als ein Beispiel mit zwei Mineralen, zwischen
denen es keine Mischungsreihe gibt (
Abb. 3.9).
Ein wichtiger Effekt tritt bei den sogenannten Mischungs-
reihen auf, also bei Mineralen, deren Zusammensetzung varia-
bel zwischen zwei theoretischen Endgliedern liegt. Plagioklas
zum Beispiel ist eine Mischungsreihe zwischen Albit (Na-Feld-
spat) und Anorthit (Ca-Feldspat). Im Schmelzdiagramm von
Plagioklas gibt es drei Felder. Zwischen dem Feld für festen
Plagioklas und dem für flüssige Schmelze liegt ein Zwei-
phasenfeld, in dem Plagioklas und Schmelze koexistieren. Die
Linien, die dieses Feld begrenzen, heißen Solidus und
Liquidus. Wenn wir eine Schmelze mit einer Temperatur und
Zusammensetzung von Punkt A haben und diese abkühlen
lassen, setzt die Kristallisation ein, sobald wir bei Punkt B den
Liquidus erreichen. Die ersten Kristalle, die bei dieser Tempera-
tur entstehen, haben die Zusammensetzung P1, entsprechend
dem Solidus unserer Temperatur. Beim Abkühlen durch das
Zweiphasen-Feld nimmt der Anteil an Kristallen ständig zu.
.
Abb. 3.10). Bei niedriger
Temperatur haben wir ein festes Gestein mit zwei Phasen
(Anorthit und Diopsid), das zwar in der Natur so nicht vor-
.
Abb. 3.9
Schmelzdiagramm für Plagioklas (x-Achse ist die Zu-
sammensetzung von Plagioklas) bei 0,1 MPa (dem Druck der At-
mosphäre an der Erdoberfläche). Zwischen den Stabilitäts-
feldern von Schmelze und festem Plagioklas liegt ein Feld, in
dem Plagioklas und Schmelze koexistieren. Die Punkte und Pfei-
le stellen die Kristallisation einer Schmelze einer bestimmten
Zusammensetzung dar (siehe Text).
Abb. 3.10
Schmelzdiagramm für das System Anorthit - Diopsid
bei 0,1 MPa. Die seitlichen Ränder des Diagramms entsprechen
der Zusammensetzung der Kristalle.
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