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Kasten 3.4
Kompatible und inkompatible Spurenelemente
Diejenigen Elemente, die nicht so recht in das Kristallgitter
von Olivin, Pyroxen und so weiter hineinpassen (wir beziehen
uns hier vor allem auf das Peridotit-Basalt-System), werden
sowohl beim Aufschmelzen als auch bei der Kristallisation in
der Schmelze angereichert. Wir nennen sie inkompatibel, diese
Elemente finden wir vor allem in der Erdkruste. Kompatible
Elemente passen hingegen gut in das Kristallgitter von
mindestens einem der beteiligten Minerale. Beim Aufschmel-
zen bleiben sie weitgehend im festen Gestein zurück und
bei der Kristallisation werden sie schnell aus der Schmelze
entfernt. Kompatible Elemente befinden sich vor allem im
Erdmantel und in primitiven, also unfraktionierten Magmen.
Für jedes Spurenelement lässt sich ein Verteilungskoeffizient
angeben, der als Verhältnis der Konzentration in einem
Mineral zur Konzentration in der Schmelze definiert ist. Ist
dieser Koeffizient kleiner als 1, ist das Element inkompatibel
und wird in der Schmelze angereichert, ist er größer als 1, ist
es kompatibel und wird bevorzugt in das Mineral eingebaut.
Bei einem Verteilungskoeffizienten von 1 kommt es zu keiner
Fraktionierung, was näherungsweise bei den Platingruppen-
elementen der Fall ist.
Es gibt zwei Eigenschaften, die ein Element inkompatibel
machen können (
Abb. 3.13). Zum einen können Ionen mit
einem großen Radius (
large ion lithophile
, LIL) nicht in das
Kristallgitter von Olivin, Pyroxen und so weiter eingebaut
werden, da diese Minerale relativ dicht gepackt sind - sonst
wären sie unter dem hohen Druck des Erdmantels nicht stabil.
Zu dieser Gruppe zählen Kalium, Barium und Lithium. Manche
dieser Elemente verhalten sich in einem Granitmagma etwas
kompatibler.
Die zweite Gruppe inkompatibler Elemente hat ein hohes
Ionenpotenzial (
high field strength elements
, HFSE), was be-
deutet, dass sie zwar einen kleinen Radius, aber zugleich
eine hohe Ladung haben. Ihrer Ladung entsprechend müssten
diese Kationen im Kristallgitter von entsprechend vielen Anio-
nen umgeben sein, was in den relativ dicht gepackten Minera-
len nicht möglich ist. Zu diesen Elementen gehören Zirkonium,
Titan, Niob, Uran und die Seltenerdelemente.
.
Abb. 3.13
Beim Aufschmelzen und bei der fraktionierten Kristallisation werden inkompatible Elemente in der Schmelze angerei-
chert, kompatible Elemente abgereichert. Ob ein Element in das Kristallgitter der anwesenden Minerale eingebaut werden kann,
also kompatibel ist, hängt in erster Linie vom Ionenradius und der Ionenladung ab. Inkompatibel sind vor allem große Ionen (
large
ion lithophile
, LIL) und solche mit großer Feldstärke (
high field strength elements
, HFSE). Der braune Streifen markiert etwa die Grenze
zwischen kompatibel und inkompatibel. Nach Okrusch & Matthes 2009.
