Fraktionierte Kristallisation (Petrologie)

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Bei der fraktionierten Kristallisation handelt es sich um einen Begriff aus der Petrologie im Zusammenhang mit der Gesteinsbildung.

Definition[Bearbeiten]

Die fraktionierte Kristallisation ist ein Prozess, der häufig während der so genannten magmatischen Differentiation stattfindet. Dabei kristallisieren Minerale wie Olivin und Pyroxen früher als andere und sinken im Magma nach unten ab und bleiben erhalten. Durch die Kristallisation dieser Minerale verändert sich die Zusammensetzung des übriggebliebenen flüssigen Restmagmas (die sogenannte fluide Phase).

Kompatibilität[Bearbeiten]

Ein Maß für den Einbau oder den Verbleib von Elementen in der fluiden oder festen Phase ist die Inkompatibilität/Kompatibilität. Um Aussagen über die Kristallisationsbedingungen von Magmen zu treffen, werden häufig deren Spurenelement-Konzentrationen untersucht. Eine entscheidende Rolle spielen dabei der sogenannte Mineral-Trenn-Koeffizient und der Massen-Trenn-Koeffizient, welche das Verhältnis der Konzentration im Mineral (oder dessen Paragenese) zur Konzentration in der Flüssigkeit angeben. Ist dieser Quotient größer 1, spricht man von kompatiblen Elementen, ist er kleiner 1, von inkompatiblen Spurenelementen. Rubidium und Zirkon sind Beispiele für höchst inkompatible Spurenelemente in vielen Magmen. Betrachtet man das Ausmaß der Kristallisation, so über das Verhältnis der Masse der Flüssigkeit, die nach dem Prozess übrigbleibt zur Masse zu Beginn ('Tochter-' zu 'Elternmagma'). Nach der Rayleigh'schen Fraktionierungsgleichung nehmen die kompatiblen Spurenelemente am schnellsten bei großem Trennkoeffizienten ab und inkompatible Elemente nehmen mit fortschreitender Differentiation zu. Unterschiedliche Konzentrationen von inkompatiblen Elementen beispielsweise in MORB (Mittelozeanischer-Rücken-Basalt) und OIB (Ozeanische-Insel-Basalt) lassen unter Berücksichtigung der Größe der Schmelzfraktionen Schlüsse auf eine ähnliche oder unterschiedliche Genese der Basaltmagmen zu.

Ursachen[Bearbeiten]

Es gibt mehrere Ursachen für ein Einsetzen dieses Prozesses:

  1. Bei der gravitativen Differentiation sinken die bereits gebildeten Kristalle wie Olivin und Pyroxen auf Grund ihrer größeren Dichte auf den Boden der Magmenkammer und werden der Schmelze entzogen, so dass diese nicht mehr mit den Kristallen reagieren kann und an bestimmten chemischen Stoffen verarmt. Die Kristalle aus den frühen Abkühlungsstadien reichern sich am Boden der Magmenkammer als Kumulat an.
  2. Findet während des Kristallisationsprozesses eine tektonische Deformation statt, kann die flüssige Schmelze aus dem bereits entstandenen Kristallbrei herausgepresst werden. Aus dem sich abkühlenden Magma bilden sich sukzessive Kristalle, die anschließend von ihr getrennt werden.
  3. Beim Flow-Crystallisation-Prozess werden der Schmelze während ihres Aufstiegs Kristalle entzogen, die zuvor an den kühleren Wänden des Aufstiegskanals auskristallisiert sind.

Literatur[Bearbeiten]

  •  Myron G. Best: Igneous and Metamorphic Petrology. W.H. Freemann & Company, San Francisco 1982, ISBN 0-7167-1335-7, S. 45 ff.
  • Stephen Blake, Tom Argles: Growth and Destruction: Continental Evolution at Subduction Zones, The Open University, Walton Hall, Milton Keynes, 2003 ISBN 978-0-7492-5666-1

Siehe auch[Bearbeiten]