Magmatische Lagerstätten - Die Welt der Rohstoffe - page 86

steins, das aus den drei Mineralen besteht, immer erst einmal
eine Schmelze mit der eutektischen Zusammensetzung. Wenn
wir weitere Minerale dazugeben, können wir das System nur
noch als Projektion darstellen, aber das Prinzip bleibt dasselbe.
Es gibt in der Natur drei eutektische Systeme, die bei Magmen
von besonderer Bedeutung sind. Bei der Schmelzbildung im
Erdmantel werden Temperaturen erreicht, die nur wenig über
dem Solidus von Peridotit liegen. Daher haben aus dem Erd-
mantel stammende Schmelzen fast immer die Zusammen-
setzung von Basalt, was der eutektischen Zusammensetzung
von Peridotit entspricht. Im Detail gibt es kleine Unterschiede.
Temperatur und Zusammensetzung des Eutektikums sind vom
Druck, vom CO 2 -Gehalt, von diversen Spurenelementen und
anderen Faktoren abhängig und der Schmelzgrad wirkt sich
ebenfalls aus. Daher gibt es verschiedene Basalte wie Alkali-
olivinbasalt und Quarztholeiit. Beide haben eine sehr ähnliche
chemische Zusammensetzung, sind aber gerade quarzunter-
beziehungsweise quarzübersättigt (

weder in die eine oder in die andere Richtung führt. Da Basalte
ungefähr auf dieser Schwelle liegen, können sich sehr ähnlich
zusammengesetzte Magmen durch fraktionierte Kristallisation
entlang sehr unterschiedlicher Trends entwickeln.
Eine thermische Schwelle kann auch in einem binären System
auftreten, wenn es ein drittes Mineral gibt, dessen Zusammen-
setzung genau zwischen zwei Mineralen liegt. Ein solcher Fall
ist Orthopyroxen (Enstatit), der zwischen Olivin (Forsterit) und
Quarz liegt. Entsprechend ist eine Reaktion möglich:

M g 2 SiO 4 + SiO 2 = 2 MgSiO 3

1 Forsterit (Olivin) + 1 Quarz = 2 Enstatit (Orthopyroxen)

Bei einem hohen Druck besteht das Phasendiagramm Forsterit
- Quarz aus zwei nebeneinander gestellten »normalen«
eutektischen Systemen, mit Enstatit als »thermischer Schwelle«
dazwischen. Bei geringem Druck ist das System etwas kompli-
zierter (

Kasten 3.1). Im Extremfall
können sich alkalireiche Magmen wie Nephelinite bilden.
Ein zweites Eutektikum betrifft alle Gesteine, die überwiegend
aus Quarz, Alkalifeldspat und Plagioklas bestehen - und damit
die meisten Gesteine der Erdkruste. In diesem Fall entsteht
bei der Schmelzbildung ein Magma mit der Zusammenset-
zung von Granit. Wieder sind die genaue Temperatur und
Zusammensetzung von weiteren Faktoren abhängig, zum Bei-
spiel wirken sich der Wassergehalt und selbst geringe Gehalte
von Fluor, Bor und Brom stark aus. Das Granit-Eutektikum
ist auch der Endpunkt bei der Fraktionierung von quarzüber-
sättigtem Basalt.
Bei quarzuntersättigten und alkalireichen Magmen führt
die Fraktionierung hingegen zu einem anderen Eutektikum,
das typischerweise einem Nephelinsyenit beziehungsweise
Phonolith entspricht. Die beiden Systeme werden durch eine
»thermische Schwelle« getrennt, von der aus die Fraktionie-
rung »hangabwärts« je nach Ausgangszusammensetzung ent-

7

Abb. 3.12). Bleiben wir erst einmal auf der linken
Hälfte des Diagramms. Wir sehen nur ein Eutektikum (E), dafür
aber einen Punkt, den wir noch nicht kennen und der als
peritektischer Punkt (P) bezeichnet wird. Eine Schmelze, die
sich durch Kristallisation von Forsterit entlang der Liquiduslinie
entwickelt, trifft zwangsläufig auf diesen Punkt. Entsprechend
der genannten Reaktion reagiert an dieser Stelle die Schmelze
mit dem Forsterit und wandelt ihn zumindest teilweise in
Enstatit um. Diese Reaktion läuft bei der Kristallisation von tho-
leiitischen Basalten ab.

.

In der rechten Hälfte des Diagramms fällt der Solvus auf, unter
dem ein Feld mit zwei nicht mischbaren Schmelzen liegt. Dieser
Fall wird in Abschn. 3.1.1 erklärt. Da sich Quarz bei hoher

Temperatur in Hochquarz, Tridymit und schließlich Cristobalit
(alle SiO 2 ) umwandelt, gibt es im Diagramm weitere Phasen-
grenzen.

7

Der Mantel kann durch frühere Schmelzbildung bereits ab-
gereichert sein (er enthält dann weniger Diopsid und weniger
Spinell). Er kann aber auch im Zusammenhang mit Subduktion
oder Manteldiapiren durch Schmelzen und Fluide angereichert
werden. Der Mantel enthält dann möglicherweise auch Minerale
wie Amphibol, Glimmer und Karbonat.
Abgesehen von Basalt können vor allem bei kontinentalen
Grabensystemen auch exotische Schmelzen entstehen, die sich
durch einen deutlich höheren Alkaliengehalt auszeichnen, zum
Beispiel Nephelinit oder Olivinmelilithit. Für deren Entstehung
spielen mehrere Faktoren eine Rolle, wie extrem geringe Schmelz-
grade in sehr großer Tiefe, ein hoher Gehalt an CO 2 und nicht
zuletzt ein stark angereicherter Mantel. Im Zusammenhang mit
diesen alkalinen Magmen ( 7 Abschn. 3.9 ) sind die wichtigsten
Lagerstätten von Seltenerdelementen und Niob entstanden.
Im Archaikum, als die Erde noch deutlich heißer war, konnte
der Mantel hingegen stärker aufgeschmolzen werden. Dabei ent-
standen Magmen, die so wenig SiO 2 enthalten, dass sie als ultraba-
sisch bezeichnet werden - insbesondere Komatiit ( 7 Abschn. 3.4 ).

Die Schmelzbildung in der Erdkruste folgt prinzipiell dersel-
ben Logik wie das Aufschmelzen im Mantel, nur dass wir es mit
einem anderen eutektischen System zu tun haben. Wasser spielt
auch hier eine wichtige Rolle, indem es den Solidus stark absenkt.
Die meisten Gesteine der Kruste bestehen aus Quarz, Kalifeld-
spat und Plagioklas zusammen mit anderen Mineralen wie Glim-
mer oder Pyroxen. Die daraus gebildete eutektische Schmelze hat
die Zusammensetzung von Granit, wobei in wassergesättigten
Gesteinen bereits eine Temperatur von weniger als 700 °C aus-
reicht. Da Basaltmagma deutlich heißer ist, können größere
Mengen davon zu einer Schmelzbildung in der Kruste führen.
Das Ergebnis ist ein sogenannter bimodaler Magmatismus mit
basischen und sauren Magmen, oft ohne dazwischenliegende
Zusammensetzungen. Natürlich können sich beide Schmelzen
auch miteinander vermischen, die sogenannte Assimilation der
Kruste kommt zur Fraktionierung des Basaltmagmas hinzu. Gra-
nite können in unterschiedlichen tektonischen Situationen ent-
stehen und unterschiedliche Zusammensetzungen haben, mehr
dazu erfahren wir in 7 Abschn. 3.7 .