Magmatite

MAGMATISCHE* GESTEINE (1)
* "magmatisch" ≡engl. “magmatic / igneous"= Gesteine die durch Kristallisation aus einer
Gesteinsschmelze entstehen
AUFSCHMELZEN IN MULTIKOMPONENTEN-SYSTEMEN:
•
Drei Möglichkeiten um Gesteine zu schmelzen:
(1)
(2)
(3)
Wärmezufuhr
Druckerniedrigung (bei hohen Temperaturen)
Wasserzugabe (bei hohen Temperaturen)
Aufschmelzung erzeugt ein Magma (= Schmelze ± residuale Kristalle ± gelöste Gase)
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MAGMATISCHE GESTEINE (2)
MAGMEN STEIGEN AUF:
(1) weil sie (i) flüssig sind und (ii) eine geringere Dichte haben als die nicht geschmolzenen
Umgebungsgesteine (Auftriebskräfte)
(2) Magma steigt langsam als Diapir (km-Maßstab) oder rascher in Gängen (m- Maßstab)
(3) Abkühlung gegen die Nebengesteine kann vollständige Erstarrung innerhalb der
Erdkruste zur Folge haben (→ Plutone); oder aber Magma erreicht die Erdoberfläche
(→ Vulkane)
A UFSTEIGENDES
MAGMA
VERÄNDERT
SEINE
CHEMISCHE
ZUSAMMENSETZUNG UND VISKOSITÄT:
Die ursprüngliche Zusammensetzung der Schmelzen hängt davon ab, wo innerhalb der
Erdkruste bzw. Erdmantels sie gebildet werden (siehe unten). Sobald die Schmelze
aufzusteigen beginnt, laufen mehrere Prozesse ab:
•
ÄNDERUNG DER ZUSAMMENSETZUNG DES MAGMAS DURCH:
1) Partielle Kristallisation infolge Abkühlung (Differentiation; Reaktions- Serien)
gefolgt von Absetzung der Kristalle (abgesetzte Kristalle bilden Kumulate)
2) Aufschmelzen und Assimilation von Nebengesteinen
3) Entmischung von gelösten Gasen und Wasser (= Sieden). Merke: Lava ist
Magma, das an die Erdoberfläche ausgetreten und entgast ist.
4) Mischung mit anderen Magmen.
aus Press & Siever (1995)
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MAGMATISCHE GESTEINE (3)
Änderung der Zusammensetzung von Magmen durch Reaktions-Serien:
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MAGMATISCHE GESTEINE (4)
VISKOSITÄT VON MAGMEN
Die Viskosität von silikatischen Schmelzen wird kontrolliert durch mehrere Faktoren:
1 ) Ursprünglicher SiO2 Gehalt: SiO4 4- Oxyanionen können extensive Polymere
bilden, daher hoher SiO2 Gehalt → höhere Viskosität
2) Progressive Kristallisation von Mineralen und Entmischung von Gas (hoher
Gehalt an Kristallen bzw. Gas erhöht die innere Reibung einer Schmelze →
höhere Viskosität
3) Abkühlung: Polymerisation der Silikatschmelze wird durch Verminderung der
thermischen Bewegung von SiO4 4- Oxyanionen erhöht → höhere Viskosität
4) Wasser-Gehalt der Schmelze: H2 O bricht SiO2 -Polymere auf; niedriger H2 OGehalt → höhere Viskosität
POLYMERISATION VON SILIKATSCHMELZEN:
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MAGMATISCHE GESTEINE (5)
ERSTARREN VON MAGMEN:
•
Magmen verfestigen sich vollständig durch Abkühlung und Entmischung von Wasser
•
Wenn Magma innerhalb der Erde auskristallisiert → plutonische/ intrusive Gesteine.
Abkühlung ist langsam und kann Tausende von Jahren dauern → grobkörnig;
sequentielle Kristallisationsgefüge
•
Wenn sich Magma an der Erdoberfläche verfestigt → vulkanische / extrusive
Gesteine. Abkühlung kann sehr rasch erfolgen (Minuten) → feinkörnig; glasige
Gefüge
NOMENKLATUR VON MAGMATITEN
Der SiO2 -Gehalt einer Schmelze ist ein so ein wesentlicher kontrollierender Faktor für die
Mineralogie und Viskosität eines Magmas, das er dazu benützt wird, um verschiedene
Magmentypen und magmatische Gesteine zu unterscheiden.
Magmentyp
Gew.% SiO2
Sauer/ Felsisch
>66
Intermediär
52-66
Basisch / Mafisch
45-52
Ultrabasisch / Ultramafisch
<45
typ. Intrusivgest.
Granit
Diorit
Gabbro
Peridotite
typ. Extrusivgestein
Rhyolit
Andesit
Basalt
(Komatiite; selten)
BEISPIELE FÜR DIE ZUSAMMENSETZUNG WICHTIGER MAGMATITE
Gew.%
Granit
Diorit
Gabbro
Peridotit
72.08
0.37
13.86
0.86
1.67
0.06
0.52
1.33
3.08
5.46
0.18
0.53
52.86
1.50
15.4
2.73
6.97
0.18
6.12
8.40
3.36
1.33
0.35
0.80
48.36
1.32
16.84
2.55
7.92
0.18
8.06
11.07
2.26
0.56
0.24
0.64
43.54
0.81
3.99
2.51
9.84
0.21
34.02
3.46
0.56
0.25
0.05
0.76
Oxide
SiO2
TiO2
Al2 O3
Fe2 O3
FeO
MnO
MgO
CaO
Na2 O
K2 O
P2 O5
H2 O*
* incl. anderer gasförmiger Komponenten wie CO2 , SO2 , HCl, etc.
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MAGMATISMUS AN KONSTRUKTIVEN
PLATTENRÄNDERN: BILDUNG OZEANISCHER KRUSTE
Beobachtungen auf Zypern an Ophiolit-Komplexen:
Genetisches Modell:
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MAGMATISMUS AN DESTRUKTIVENPLATTENRÄNDERN
(SUBDUKTIONSZONEN)
•
“Inselbogen” Magma-Serie (Basalt → Andesit → Rhyolit) entstanden durch:
( 1 ) Zufuhr von Wasser in den Mantelkeil und die überlagernde Kruste durch
Dehydration der subduzierten ozeanischen Kruste.
Merke: Die riesigen Volumina intermediärer – sauer Gesteine können nicht durch
Differentiation von Mantelgesteinen (Peridotite) erklärt werden.
(2) Zufuhr von Wärme aus dem Mantel in die subduzierte ozeanische Lithosphäre
und die sie überlagernden Sedimente
(3) Kristallisation basischer Magmen im oberen Mantel setzt Wärme frei, die zum
Aufschmelzen der unteren Kruste führt → granitische Schmelzen
•
Späte Differentiate (Andesite und Rhyolite), die reich sind an Wasser und Gasen (CO2 ,
SO2 , HCl) sieden infolge von Dekompression → explosiver Vulkanismus
• Andesite und Rhyolite sind sehr viskos → Stratovulkane mit steileren Flanken
Genetisches Modell:
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INTRAPLATTEN-MAGMATISMUS
Kimberlite als ein Beispiel
• Magmatische Gesteine, die fernab von Plattengrenzen entstehen, sind oft relativ reich
an Na, K, H2 O and CO2
• Kimberlite sind Diamanten-führende ultrabasische Gesteine dieser Klasse (Olivin +
Pyroxen + Phlogopit-Glimmer + Granat + Ilmenit + Karbonat) -> belegt
Aufschmelzung in einer großen Tiefe von 100 - 200 km!
• Aufschmelzung des Mantels durch Zufuhr von Alkali-H2 O-CO2 -reichen Fluiden
Abbildung aus Markl (2004): Minerale und Gesteine, Elsevier
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