Budapest 1944 - Magyar Természettudományi Múzeum
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ANNALES mST.-NAT. MUSEI NATIONALJS XXXVTL PARS HUNGARICI. M I N . GEOL. P A L . 1944. ÜBER STRUKTUR U N D K L A S S I F I K A T I O N DER ERUPTIVGESTEINE. (EIN BEITRAG ZUR FRAGE DER BESTIMMUNG DER ERSTARRUNGSTIEFE.) Von E . S z á d e c z k y - K a r d o s s.* U n t e r diesem T i t e l erschienen v o r mehr als 50 Jahren zwei wich­ tige Streitschriften über magmatische Gesteinsstrukturen und über Zusammenhänge dieser S t r u k t u r e n m i t den Bildungsverhältnissen. E i n e r der Streiter w a r H . R o s e n b u s c h , der damals sein bekanntes Eruptivgesteinssystem entwickelte. „Tiefengesteine" nannte er holokristallin-körnige Gesteine, die langsam u n d unter konstanten Verhält­ nissen erstarrten. Die „Ergussgesteine" machten dagegen nach seiner Auffassung zwei Kristallisationsphasen d u r c h : eine intratellurische, wobei die porphyrischen Einsprengunge entstehen, u n d eine Effusionsperiode m i t der B i l d u n g der Grundmasse. 1 2 Sein Gegner, A . M i c h e l L e v y betonte, dass diese Gruppen den von i h m (und F . F o u q u é ) seit 1874 „granitisch" und „trachyt i s c h " genannten Gesteinsgruppen entsprechen. E r stellte fest, dass Rosenbusch dieses petrographische System d u r c h E i n t e i l u n g in geologische Gruppen zu erreichen wünscht. Die geologische Erklärung der petrographischen Gruppen ist aber u n r i c h t i g , da z. B . auch bei granitischen Gesteinen o f t zwei Kristallisationsphasen nachweisbar sein können. A u c h die Rolle der Mineralisatoren w i r d dabei vernachlässigt. Die d r i t t e Gruppe von R o s e n b u s c h , die der Ganggesteine, i s t über­ flüssig. 5 R o s e n b u s c h beharrte weiter bei seiner Auffassung, wonach der Unterschied zwischen körnigen u n d porphyrischen Gesteinen da­ d u r c h bedingt sei, dass die ersteren bei konstanten physikalischen und • Diese A r b e l t b i l d e t d e n e i n l e i t e n d e n T e i l des V o r t r a g e s g e h a l t e n i n der F a c h s i t z u n g der U n g a r i s c h e n G e o l o g i s c h e n G e s e l l s c h a f t , B u d a p e s t , a m 7. A p r i l 1943. iH. Rosenbusch: Mikroskopische Physlographie steine, I I . A u f l . S t u t t g a r t , 1887. der massigen Ge­ 2 A . M i c h e l L e v y : S t r u c t u r e s e t c l a s s i f i c a t i o n des roches e r u p t i v e s , P a r i s , 1889. H. Rosenbusch: Ueber S t r u c t u r u n d Classification der E r u p t i v ­ gesteine. T . M i n . P e t r . M i t t . 12, 1891, p . 351—407. 3 chemischen Verhältnissen entstehen, bei den porphyrischen Gesteinen aber diese Verhältnisse sich sprunghaft ändern. Der S t r e i t i s t eigentlich auch heute noch nicht entschieden. I m allgemeinen pflichtet m a n zwar zurzeit der M i c h e l L é v y-schen A u f ­ fassung bei, aber die Ideen v o n R o s e n b u s c h w i r k e n weiter und können nicht vollständig abgelehnt werden. Seine Auffassung und N o m e n k l a t u r erlangt sogar immer mehr allgemeine und praktische Be­ deutung. M a n steht o f t auch i n jener Beziehung unter dem Einfluss des Systems v o n R o s e n b u s c h , dass man auf G r u n d der S t r u k t u r tatsäch­ l i c h Erstarrungstiefen, Intrusionsniveaus festgestellt zu haben glaubt. Es ist dabei ziemlich gleichgültig, ob w i r gewisse Gesteine als Tiefen-, bzw. abyssisches Gestein, oder nach R i n n e m i t dem „indifferenten" Namen plutonisch bezeichnen, andere aber als Oberflächen-, oder E f f u siv-, bzw. vulkanische Gesteine benennen. Wesentlich ist, dass auf G r u n d dieses Systems Erstarrungstiefen angegeben werden, ohne eine einzige Erstarrungstiefe je tatsächlich bestimmt zu haben. Die Hauptschwierigkeiten einer solchen genetischen Auffassung des magmatischen Gesteinssystems sind etwa die folgenden. A u c h i n geringen Rindentiefen erstarrte Magmagesteine können körnige Struk­ t u r zeigen, z. B . wenn sie infolge grosser Masse des Magmakörpers langsam erstarrten. Die auf G r u n d i h r e r S t r u k t u r sogenannten Erguss­ gesteine der geologischen Vergangenheit sind dagegen meist keine Oberflächenbildungen, sondern z. B . subvulkanische Gesteine. Grosse Gesteinsmassen werden somit auf G r u n d ihrer S t r u k t u r zu den I n t r u sivgesteinen gerechnet, kleinere Gesteinskörper desselben Tiefenhori­ zontes fungieren aber als Ergussgesteine. Die so o f t k r i t i s i e r t e Gruppe der Ganggesteine stellt offenbar einen A u s d r u c k dieser Schwierigkei­ ten dar. Der Umstand, dass die sog. Intrusivgesteine meist grosse Massen bilden, dagegen die auf G r u n d ihrer S t r u k t u r zu den Ergussgesteinen zugerechneten V o r k o m m e n gewöhnlich kleinere Dimensionen haben, weist darauf h i n , dass d i e H a u p t e i n t e i l u n g d e r Magma­ gesteine in Tiefen- und Ergussgesteine tatsäch­ lich n i c h t a u f G r u n d der E r s t a r r u n g s t i e f e , son­ d e r n — u n w i 11 k ü r 1 i c h — e h e r a u f G r u n d d e r G r ö s s e der Gestein s masse stattfand. Den petrographischen Tatsachen besser entsprechend w a r daher die K l a s s i f i k a t i o n von M i c h e l L é v y — F o u q u é , welche z. B . i n Deutschland Z i r k e 1 gebrauchte, neuestens aber u. a. auch S h a n d anwendete. Die magmatischen Gesteine werden hier bekanntlich aus- schliesslich auf G r u n d der S t r u k t u r i n zwei Klassen eingeteilt und be­ nannt: 1. körnig (roches granitique s. grenue, eucrystalline r o c k s ) ; 2. p o r p h y r i s c h u n d glasig (r. t r a c h y t i q u e ou porphyrique et h y a l i n , dyscrystalline r o c k s ) . Diese E i n t e i l u n g w a r ursprünglich auf die Gleich- oder Ungleichkörnigkeit der Gesteine aufgebaut. Sie führt auch zu gewissen Schwie­ rigkeiten, zerreisst z. B . natürliche Familien, wie die der teils körnigen, teils porphyrischen Basalte. A u c h eine weitere E n t w i c k l u n g gestattete diese E i n t e i l u n g nicht, da sie für quantitative Bestimmungen ungeeig­ net ist. W e n n m a n z. B . das Mengenverhältnis der Einsprengunge und Grundmasse angibt, so ist d a m i t das Gestein n i c h t genügend gekenn­ zeichnet u n d es w i r d d a m i t weniger gesagt, als wenn m a n z. B . das vollglasige, oder hyalopilitische, pilotaxitische, holokristalline usw. Ge­ präge der'Grundmasse angibt. , Neuestens wurde daher versucht, die Gesteinsstruktur quantita­ t i v anschaulich zu kennzeichnen. Die B r i t i s h Association Committee on Rock Nomenclatur and Classification schlug vor, die Gesteinsnamen auf G r u n d der Korngrösse zu normieren. Es wurde dabei darauf h i n ­ gewiesen, dass die Korngrössengrenze für verschiedene Gesteinsfami­ lien etwas verschieden festgestellt werden muss. Die Korngrössen­ grenze n i m m t i n diesem System dementsprechend m i t zunehmender Basizität etwa folgenderweise z u : 4 K l a s s e grobkörnig-: K l . mittelkörnig: K l . femkörnig u. glasig Granit Gabbro 0.5 Microgranit 0.05 Rhyclith 1.0 Dolerit 0.224 Basalt Die angegebenen Korngrössengrenzen bedeuten die Durchmesser i n m m von etwa isodiametrischen Körnern. Sie entsprechen 0.25 m m u n d 0.0025 m m m i t t l e r e r Kornoberfläche bei der Granitreihe, bzw. 1.0 m m u n d 0.05 m m - bei der Gabbroreihe. 2 2 1 Allerdings ist die Kennzeichnung der S t r u k t u r m i t einer einzigen Korngrösse bei ungleichkörnigen, porphyrischen Gesteinen noch immer zu grob, insbesondere wenn es sich u m die Lösung genetischer Fragen handelt. Die Kennzeichnung der S t r u k t u r w i r d hier d u r c h die vom 4 A . K . W e l l s : P é t r o g r a p h i e N o m e n c l a t u r , G e o l . M a g . 1936, p . 316. A . K . W e l l s : The grain-size factor i n classification of igneous rocks. Geol. M a g . , 1938. p . 417. T o m k e i e f f , S. J . : The Classification of igneoua rocka, Geol. M a g 1939, p . 4 L Verf.* nachgewiesene Korngrössenkorrelation syngenetischer Gemengteile erleichtert. Diese K o r r e l a t i o n besagt, dass die Korngrössen synge­ netischer Gemengteile verschiedener Mineralien von nicht körnigen Eruptivgesteinen miteinander i n konstantem Verhältnis stehen. Die Korngrösse eines Gemengteiles bestimmt also unter normalen Ver­ hältnisseh diejenige eines anderen m i t i h m syngenetisch gebildeten Minerals. Diese K o r r e l a t i o n i s t unabhängig v o n M a g m a k o n s t i t u t i o n , Erstarrungstiefe u n d Gesteinsstruktur. N u r bei den körnigen, uzw. bei echten Tiefengesteinen v e r l i e r t sie ihre Gültigkeit, indem hier die K o r n ­ grösse v o n Gemengteilen m i t grossem spez. Gewicht geringer als die durch die K o r r e l a t i o n erforderte normale Korngrösse w i r d . P o r p h y r i ­ sche u n d glasige Gesteine können daher m i t einer einzigen Korngrösse, z. B . m i t der Korrelationsgrösse der jüngsten Mineralgeneration ge­ kennzeichnet werden. A u f G r u n d der Korrelationskorngrösse konnte auch nachgewiesen werden, dass die alten Strukturbezeichnungen: v i t r o p h y r i s c h - h y a l i n , hyalopilitisch, intersertal-pilotaxitisch, m i k r o h o l o k r i s t a l l i n - p o r p h y risch, g r a n i t o p o r p h y r i s c h und körnig, nacheinander folgende Stufen der allmählich zunehmenden Kristallinität von Eruptivgesteinen darstellen. Glasführende porphyrische Eruptivgesteine können andererseits auch durch die Angabe der Glasmenge ziffernmässig einfach gekenn­ zeichnet werden, seitdem Prof. M i k l ó s V e n d e l die Bestimmung der Glasmenge durch eine neue Methode ermöglichte." Z u r vollständigen Kennzeichnung von E r u p t i v g e s t e i n s s t r u k t u r e n k a n n eine graphische Darstellung dienen, welche auch vergleichende Untersuchungen verschiedener Gesteinsvorkommen ermöglicht. Darüber w i r d i n einer besonderen A r b e i t berichtet. Die neue K l a s s i f i k a t i o n u n d Benennung der magmatischen Ge­ steine w i r d also ausschliesslich auf G r u n d der S t r u k t u r u n d Zusam­ mensetzung aufgebaut, also nach Grundsätzen, für welche schon man­ che Begründer der Pétrographie ( Z i r k e l , M i c h e l L e v y usw.) viel kämpften. Der Name G r a n i t bedeutet z. B . ein körniges Gestein m i t der bekannten Zusammensetzung, besagt aber nichts über seine Entstehung. Die seit R o s e n b u s c h angewendete Definition, wo­ nach der G r a n i t (unbedingt) Tiefengestein wäre, muss als u n r i c h t i g fortgelassen werden. s E . S z á d e c z k y - K a r d o s s : Verläufiges über den Kristallinitätsgrad der E r u p t i v g e s t e i n e u n d seine B e z i e h u n g e n z u r E r z v e r t e i l u n g . M i t t . d . b e r g - u . h t i t t e n m . A b t . S o p r o n , 13, 1941, p . 2 5 1 . « M» V e n d e l : U b e r d i e B e s t i m m u n g des G l a s g e h a l t e s P e t r . M i t t . 55, 1943, p . 193. d e r Gesteine. M i n . TO Es entsteht n u n die Frage, w a r u m das System v o n R o s e n ­ b u s c h — t r o t z seiner offenbaren Fehler — immer wieder als Grund­ lage angewandt u n d für weitere, z. B . lagerstättenkundliche Zwecke weiterentwickelt w i r d . W i r möchten i n dieser Beziehung n u r das viel­ versprechende System v o n C l o o s , N i g g l i , Schneiderhöhn m i t den 4 ,,Tiefenstuf en" tiefplutonisch, plutonisch, subvulkanisch, v u kanisch erwähnen. Der G r u n d der W i r k u n g des Systems v o n R o s e n b u s c h liegt offenbar darin, dass dieses zuerst zeigte, dass die hochwichtige Frage der Erstarrungstiefe tatsächlich a u f G r u n d der S t r u k t u r gelöst werden kann. Die B e s t i m m u n g der E r s t a r r u n g s t i e f e wäre für eine ganze Reihe v o n Wissenszweigen — ausser der Pétrographie u . a. für die Geophysik, Tektonik, Morphologie, Lagerstättenkunde — überaus w e r t v o l l . E s bleibt i m m e r das Verdienst R o s e n b u s c h's, dieses Problem syste­ m a t i s c h i n den V o r d e r g r u n d gestellt zu haben. E r selbst geriet dadurch i n eine Sackgasse, dass sein System i n dem Sinn aufgebaut wurde, als ob die S t r u k t u r allein v o n der E r s t a r ­ rungstiefe abhinge: ,,Ich behaupte geradezu" — schrieb er — „dass m a n allerdings a m Handstück den O r t seiner B i l d u n g erkennen k a n n " . M i c h e l L e v y kannte aber schon 3 strukturbeeinflussende Fakto­ r e n : Temperatur, D r u c k u n d Mineralisatcren. R o s e n b u s c h selbst erwähnte sogar 6 solche F a k t o r e n : geologisches A l t e r , Temperatur, chemische K o n s t i t u t i o n des Magmas, Mineralisatoren, D r u c k u n d Ver­ änderungen der chemisch-physikalischen Verhältnisse. V o n den ersteren n a h m er aber an, dass sie vollständig bedeutungslos seien, oder aber n u r beschränkte, bzw. unbekannte W i r k u n g e n besitzen. 1 7 3 Wenn m a n nun der B e s t i m m u n g des Intrusionsniveaus u n d somit einem tatsächlich genetischen Gesteinssystem a u f G r u n d der S t r u k t u r näher zu kommen wünscht, so k a n n dies n u r unter Berücksichtigung sämtlicher strukturbeeinflussender F a k t o r e n stattfinden. Diese sollen hier auf G r u n d vorangehender Untersuchungen* aus praktischer H i n ­ sicht zusammengefasst werden. Die Eruptivgesteinsstrukturen vorherrschend bestimmenden H a u p t f a k t o r e n können zuerst i n zwei Gruppen eingeteilt werden: Fak­ toren, welche die chemische K o n s t i t u t i o n des Magmas, u n d solche, die » D a s s d i e S t r u k t u r d e r M a g m a g e s t e i n e v o n d e n T e m p e r a t u r Verhältnissen stark abhängt, w a r a l l e r d i n g s s c h o n v i e l früher b e k a n n t ( J . D . D a n a 1846, L y e l l 1 8 6 5 ) . J u d d w i e s 1876 s o h o n a u f e i n u n g a r i s c h e s B e i s p i e l : Hodrusbänya, h i n , w o „ T r a c h y t " i n d e r T i e f e i n G r a n i t übergeht. s R o s e n b u s c h , 1. c. 1891, p . 385. " S z á d e c z k y - K a r d o s s : 1. c. p . 258—260. seine Abkühlungsverhältnisse betreffen. Ausserdem können als unter­ geordnetere F a k t o r e n der D r u c k u n d die Magmaströmungen erwähnt werden. Die c h e m i s c h e K o n s t i t u t i o n ist hauptsächlich i n zwei Pachtungen für die S t r u k t u r massgebend: a) M i t zunehmender B a s i z i t ä t vermindert sich die Viskosi­ tät, daher n i m m t -— unter sonst gleichbleibenden Verhältnissen — die Korngrösse des Gesteins zu. b) Die weiteren viskositätsvermindernden u n d somit kornvergrössernden F a k t o r e n : d i e l e i c h t f l ü c h t i g e n K o m p o n e n t e n , be­ dürfen näherer Besprechung. Schon M i c h e l L e v y wusste, dass diese „Mineralisatoren" hauptsächlich nur bei saueren Gesteinen w i r k s a m sind. I h r E i n f l u s w i r d nämlich meist nur bei geringerem D r u c k u n d i n der Nähe i h r e r Siedetemperatur, also bei verhältnismässig niedrigen Temperaturen auffallender. D a die femischen Gemengteile meist bei höheren Temperaturen kristallisieren, wo die Konzentration der leicht­ flüchtigen Komponenten noch g e r i n g ist, ist bei solchen Gemengteilen ihre W i r k u n g gering. I n granitoporphyrischen Gesteinen sind daher meist nur Feldspat und Quarz grobkörnig. — Basische Magmen sind gewöhnlich überhaupt „trocken". Basische Gesteinsschmelzen enthalten n u r unter besonderen Verhältnissen, z. B . als späte Spaltungsprodukte i n Gängen verhältnismässig grössere Mengen an leichtflüchtigen K o m ­ ponenten. Diese gehen dann i n die femischen M i n e r a l i e n ein, w o d u r c h oft grobe B i o t i t - u n d Amphibol-Einsprenglinge enthaltende h o l o k r i s t a l lin-porphyrische Lamprophyrgesteine entstehen. Hieraus folgt auch, dass schnell abgekühlte, glasführende Ge­ steine bei keiner Mineralgeneration die kornvergrössernde W i r k u n g der Mineralisatoren zeigen, da die E r s t a r r u n g früher beendet ist, noch bevor die leichtflüchtigen Komponenten genügende Konzentration erreichen. A u f G r u n d ausführlicher chemischer u n d mineralogischer A n a l y ­ sen des Eruptivkörpers u n d seiner Nebengesteine sind heute die leicht­ flüchtigen Komponenten teils q u a l i t a t i v und zum Teil sogar q u a n t i t a t i v erfassbar. J. G i 11 u 1 y n i m m t an, dass tiefliegende Basaltmagmen meist etwa 4 % , tiefliegende G r a n i t m a g m e n etwa 8% Wasser führen. Die an leichtflüchtigen Komponenten reichen und somit schon bei geringer Erstarrungstiefe und bei kleiner Masse hochkristallinen Vor1 0 io G i l l u l y , J . : W a t e r c o n t e n t s o f M a g m a s , A m e r . J o u r n . o f S e i . 1937. — B a r t h - C o r r e n s-E s k o 1 a: D i e E n t s t e h u n g d e r Gesteine, B e r l i n , 1939, p . 49. kommen sind als solche auch dadurch zu erkennen, dass sie K o n t a k t w i r k u n g e n zeigen, z. B . die Granodiorite des Banats. starke O f t w i r d allerdings die W i r k u n g der leichtflüchtigen Komponenten überschätzt, wenn z. B . der Unterschied zwischen „Tiefen-" u n d „Er­ gussgesteinen" hauptsächlich auf den Gehalt an solchen Komponenten zurückgeführt w i r d . 1 1 Bei noch unveröffentlichten Untersuchungen über die Erstar­ rungstiefe fand ich, dass scheinbar auch der petrochemische Provinz­ charakter den Kristallinitätsgrad beeinflusst. AlkaMgesteine haben näm­ l i c h höhere Kristallinität, als pazifische i n derselben Erstarrungstiefe. Dies i s t offenbar die Folge des grösseren Mineralisatorengehaltes der Alkalimagmen. Der andere strukturbeeinflussende H a u p t f a k t o r : d e r A b k ü h ­ l u n g s g a n g k a n n auf folgende T e i l f a k t o r e n zerlegt werden: 1. W a n d w i r k u n g , 2. F o r m u n d Masse des Magmakörpers, 3. Beschaffen­ heit des Nebengesteins, 4. vorangehende Erwärmungsverhältnisse des Nebengesteins u n d 5. E r s t a r r u n g s t i e f e . Sie w u r d e n i n meiner zitierten A r b e i t besprochen. H i e r sollen n u r zur Frage der W a n d w i r k u n g u n d Erstarrungstiefe neue Beiträge geliefert werden. 12 U n t e r W a n d w i r k u n g verstehen w i r die Beeinflussung des Abkühlungsganges hauptsächlich durch das Nebengestein. I h r e Intensi­ tät hängt hauptsächlich v o n der E n t f e r n u n g der Grenze des Neben­ gesteins, d. h . v o n der Magmakörperwand, u n d v o m ursprünglichen Temperaturunterschied zwischen M a g m a u n d Nebengestein ab. D a das M a g m a i m allgemeinen wärmer als das Nebengestein ist, k o m m t die W a n d w i r k u n g meist i n einer Korngrössenverminderung zum A u s d r u c k . Die abkühlende W i r k u n g des Nebengesteins i s t a m Anfange der K r i s t a l ­ lisation a m stärksten, da später das Nebengestein selbst d u r c h das M a g m a erwärmt w i r d . — A l s W a n d w i r k u n g können aber auch andere peripheriale Erscheinungen a m Rande des Magmakörpers, z. B . W i r ­ kungen d u r c h Anhäufung leichtflüchtiger Komponenten u n d Entga­ sungserscheinungen betrachtet werden. u Weinschenk, E.: Grundzüge der Gesteinskunde, F r e i b u r g , 1902, B d . I . p . 40. is E n t s p r e c h e n d d e r a l l g e m e i n e n Abkühlung d e r E r d e k a n n t h e o r e t i s c h a u c h das g e o l o g i s c h e A l t e r als s t r u k t u r b e e i n f l u s s e n d e r Faktor erwähnt w e r d e n , d a die M a g m a e r s t a r r u n g e n i n e i n e r s i c h abkühlenden Erdrinde unter s o n s t g l e i c h e n Verhältnissen allmählich r a s c h e r w e r d e n . D e r Abkühlungsbetrag i s t a b e r — w e n n überhaupt vorfhanden •— seit d e n i n F r a g e k o m m e n d e n Z e i t a l t e r n so g e r i n g , dass diese W i r k u n g p r a k t i s c h o f f e n b a r vernachlässigt w e r d e n k a n n . Die W a n d w i r k u n g kann d u r c h mikropetrographi&che Untersu­ chungen, hauptsächlich durch B e s t i m m u n g des Kristallinitätsgrades in verschiedenen Wandentfernungen verfolgt werden. Diese Messungen sind — wie bald ersichtlich sein w i r d — auch zur B e s t i m m u n g der Erstarrungstiefe w i c h t i g . Die W a n d w i r k u n g wurde schon insbesondere d u r c h amerikanische Forscher untersucht. Es wurde z. B . auf eine Grünsteinophitdecke von 36 m Mächtigkeit eine Korngrössenzunahme des A u g i t s von 0 m m am Deckenrand bis 9.6 m m i n der Deckenmitte festgestellt. Dabei konnte theoretisch auch die Anfangstemperatur berechnet werden. A u c h i m Falle saurer Magmen wurden ähnliche W a n d w i r k u n g e n festgestellt, z. B . a m Bodegang i m Harzgebirge. E i n e deutliche W a n d w i r k u n g konnte ich auch an grösseren Lavadecken andesitischer Gesteine des Avasgebirges i m K o m i t a t Máramaros beobachten. N u n sind besonders jene Fälle beachtenswert, bei welchen die W a n d w i r k u n g unterbleibt. Solche Verhältnisse konnte ich insbesondere i m Szinyákgebirge, K o m . Bereg, an kleineren andesitischen Durchbrü­ chen (Schlotfüllungen) von etwa isodiametrischem D u r c h s c h n i t t be­ obachten. Das Fehlen der W a n d w i r k u n g steht hier d a m i t i m Zusammen­ hange, dass der Andesit eine mächtige Decke von u n m i t t e l b a r voran­ gehend ausgebrochenen vulkanischen Agglomeraten u n d Tuffen durch­ brach, d. h. i n einem vorher magmatisch erwärmten Rindenteil erstarrte. D a somit der Temperaturunterschied zwischen Magma u n d Nebengestein gering war, konnte kein, Temperaturgefälle gegen die M a g m a w a n d entstehen. Die Ähnlichkeit der Abkühlungskurve i n der M i t t e und am Rande des Magmakörpers e r g i b t aber eine gleiche S t r u k ­ t u r i m ganzen Körper. 13 Diese Erscheinung k a n n bei der Bestimmung der E r s t a r r u n g s ­ tiefe u n m i t t e l b a r verwertet werden. Da zunehmende Temperatur die W a n d w i r k u n g vermindert, n i m m t diese W i r k u n g m i t zunehmender Erstarrungstiefe offenbar ab. Ob das Unterbleiben der W a n d w i r k u n g d u r c h vorherige Erwärmung des Gebietes oder durch Zunahme der Erstarrungstiefe stattfand, kann folgenderweise entschieden werden. I n beiden Fällen w i r d die Abkühlung des Magmakörpers nach der I n t r u ­ sion so lange dauern, bis die der Erstarrung&tiefe entsprechende nor­ male Temperatur erreicht ist. D a aber i m ersten F a l l diese Endtempe­ r a t u r n i e d r i g ist, findet eine schnelle Abkühlung statt, der ganze Magmakörper w i r d i m allgemeinen niedrige Kristallinität erhalten. I m i» U b e r W i r k u n g e n vorangehender und nachfolgender S t r u k t u r s. i n m e i n e r z i t i e r t e n A r b e i t , p . 259—260. Eruptionen auf die zweiten Fall, bei grosser Erstarrungstiefe, ist die Endtemperatur höher u n d es findet dementsprechend langsamere Abkühlung s t a t t : die K r i s t a l linität des ganzen Magmakörpers w i r d dementsprechend höher. (Die Masse des Gesteinskörpers muss dabei natürlich ebenfalls berücksichtigt werden.) Bei grösserer E r s t a r r u n g s t i e f e k a n n endlich umgekehrte Wand­ w i r k u n g , d. h . Zunahme der Korngrösse i n Wandnähe, erwartet werden. Dies w i r d infolge der peripherialen, randnahen Anhäufung der leicht­ flüchtigen Komponenten stattfinden. I n kleineren Erstarrungstiefen könnten solche W a n d w i r k u n g e n n u r bei Magmakörpern m i t oben unzerbrochenem undurchlässigem Nebenges teinsmantel erwartet werden, wo die leichtflüchtigen Komponenten n i c h t entwichen. Die kornvergrö­ bernde W a n d w i r k u n g d u r c h leichtflüchtige Komponenten ist daran zu erkennen, dass sie, — i m Gegensatz zur abkühlenden W a n d w i r k u n g des Nebengesteins — wie besprochen, meist n u r die letzten, tieftempe­ r i e r t e n Ausscheidungen b e t r i f f t . Das Hauptbeispiel dafür sind die be­ kannten peripherischen grobkörnigen, granitoporphyrischen Gesteine. 14 A u c h die E n t g a s u n g s w ä r m e des Magmas k a n n als rand­ l i c h kornvergröbernder F a k t o r i n B e t r a c h t kommen. Eine solche W i r ­ k u n g wäre hauptsächlich i n geringer Tiefe, bei durchlässigem Neben­ gestein zu erwarten. Sie wurde aber bisher nicht beobachtet, auch n i c h t bei Lavaoberflächen, obgleich hier die Temperaturzunahme infolge E n t g a s u n g des Magmas wohlbekannt ist. Diese Temperaturzunahme b e t r i f f t anscheinend p r a k t i s c h etwa n u r die Anfangstemperatur der E r s t a r r u n g , die weitere Abkühlungskurve u n d somit die Gesteinsstruk­ t u r scheint aber ziemlich unverändert zu bleiben. Die Erstarrungstiefe, d. h. das Intrusionsniveau ist jene geneti­ sche Angabe, welche m a n d u r c h die Gesteinsstruktur annähernd ange­ ben möchte. D a die anderen strukturbeeinflussenden Hauptfaktoren d u r c h ausführliche geologifech-petrographische Untersuchungen sämt­ lich erkannt u n d i n Rechnung gestellt werden können, i s t die Möglich­ keit gegeben, die Erstarrungstiefe auf G r u n d der S t r u k t u r zu bestim­ men. Schon aus dem V o r i g e n f o l g t aber, dass dabei die Untersuchung eines einzigen Handstückes nicht genügt, es müssen die S t r u k t u r v e r ­ änderungen des gesamten Gesteinsvorkommens u n d die Nebengesteins­ verhältnisse bekannt sein. Was soll nun unter E r s t a r r u n g s t i e f e verstanden werden? Früher hat m a n auf G r u n d der Auffassung R o s e n b u s c h's bei den porphyw D i e p e r l p h e r i a l e Anhäufung e i n e r Gasphase w ü r d e auch als W ä r m e i s o l a ­ t o r Érhörung d e r Kristallinität b e w i r k e n , w o r a u f H e r r R a o u l V a j k h i n w i e s (mündliche M i t t e i l u n g ) . rischen Gesteinen eine intratellurische und eine Effusionsperiode ange­ nommen. Heute ist diese Auffassung bekanntlich n i c h t mehr haltbar. Insbesondere zeigte L . V . P i r s s o n, dass die Einsprengunge o f t n i c h t in grösserer Erstarrungstiefe entstanden sind, als die Grundmasse. N . L . B o w e n konnte sogar d u r c h Versuche beweisen, dass die beiden „Generationen": Einsprengunge und Grundmasse auch bei ganz all­ mählicher K r i s t a l l i s a t i o n nebeneinander entstehen können. " A u c h mikroskopische Vergleichsuntersuchungen von Gesteinsmustern ver­ schiedener Wandehtfernungen zeigen, dass die porphyrischen E i n ­ sprengunge zum Teil gleichzeitig m i t der Grundmasse a m endgültigen E r s t a r r u n g s o r t auskristallisierten. 1 Heute werden somit bei den porphyrischen Gesteinen grundsätzlich n i c h t zwei scharf abgegrenzte Erstarrungsperioden, bzw. E r s t a r r u n g s ­ tiefen, sondern ein ziemlich allmählicher Magmaaufstieg u n d dementsprechende K r i s t a l l i s a t i o n angenommen. Für die allgemeine Gesteinsbeschaffenheit u n d S t r u k t u r (und auch geologisch) i s t offenbar das Ende der K r i s t a l l i s a t i o n massgebend und am w i c h t i g s t e n . Dabei erlei­ den auch die älteren Ausscheidungen der eventuellen tieferen Intrusionszustände die bekannten isomorphen Verwandlungen und Resorbierun­ gen. A u c h porphyrische Gesteine streben somit einem einheitlichen Gleichgewichtszustand zu, welcher durch den Erstarrungsschluss be­ s t i m m t ist. Das bei diesem Endzustand erreichte Intrusionsniveau d a r f daher als bezeichnende Erstarrungstiefe angesehen werden. Es kann allerdings auch nach beendeter E r s t a r r u n g ein weiterer A u f s t i e g des Gesteinskörpers stattfinden. Dies i s t aber n i c h t mehr ein Magma-, sondern ein Gesteinsaufstieg, daher v o m Standpunkt der Erstarrungstiefe belanglos. A u c h der D r u c k beeinflusst das Verhältnis von S t r u k t u r und Erstarrungstiefe durch Erhöhung der K r i s t a l l i s a t i o n s t e m p e r a t u r der (silikatischen) Gemengteile. Solange aber das auskristallisierende M a g m a kondensiert ist, d. h . n u r aus fester u n d flüssiger Phase besteht, hängen die Reaktionen v o m D r u c k wenig ab. A l l e r d i n g s kann die D r u c k w i r k u n g durch die C l a u s i u s - C l a p e y r o nsche Gleichung verfolgt werden, so dass hieraus bei der B e s t i m m u n g der E r s t a r r u n g s ­ tiefe keine Schwierigkeiten entstehen dürften. E n d l i c h soll noch ein hypothetischer u n d bisher w e n i g erforschter F a k t o r einschlägiger W i r k u n g erwähnt werden, nämlich der E i n ­ fluss evtl. während der E r s t a r r u n g stattfindender M a g m a s t r ö 18 r i-> S. J . S h a n d : E r u p t i v e r o c k s , L o n d o n , 1927, p . 1 1 1 . N i g g l i , P.: D a s M a g m a u n d seine P r o d u k t e , L e i p z i g , 1937, p . 6 1 . m u n g e n. Diese können nicht nur die chemische Zusammensetzung und die Abkühlungsverhältnisse des Magmas, sondern z. B . durch Zertrüm­ m e r u n g von K r i s t a l l e n auch u n m i t t e l b a r die S t r u k t u r verändern. V i e l ­ leicht w i r d auf G r u n d von Fluidaltexturuntersuchungen auch diese W i r k u n g näher gedeutet werden können. Diese" sind also die wichtigsten Faktoren, welche die S t r u k t u r der (unveränderten) Magmagesteine beeinflussen. Sie sollen in erster Reihe beim Versuch der Bestimmung der Erstarrungstiefe auf G r u n d der S t r u k t u r berücksichtigt werden. Die Frage dieser B e s t i m m u n g selbst k a n n hier aus Raummangel n i c h t näher besprochen werden, es mögen diesbezüglich kurze Andeutungen genügen. E i n W e g zur Bestimmung der Erstarrungstiefe ist mehr theore­ tisch u n d beruht auf den mathematischen Untersuchungen von I n g e r ­ s o l l u n d Z o b e 11 über die Wärmeleitungsverhä^nisse i n Gesteins­ massen. Daraus können Abkühlungskurven für verschiedene Teile belie­ biger Magmakörper berechnet werden, wie dies für je ein Beispiel durch H . S c h n e i d e r h ö h n u n d R. H . B . J o n e s ' geschah. N u n ent­ spricht offenbar jeder magmatischen Gesteinsstruktur je eine solche Abkühlungskurve. Sobald für genügende S t r u k t u r a r t e n die Abküh­ lungskurven bekannt sind, können für die verschiedensten Magmamas­ sen, Wandentfernungen, Erstarrungstiefen, usw. die entsprechenden S t r u k t u r e n i n t e r p o l i e r t und umgekehrt aus Abkühlungskurven die E r ­ starrungstiefe bei bekannter S t r u k t u r , Magmamasse, Wandentfernung, usw. abgelesen werden. 17 1 8 1 E i n anderer W e g ist r e i n empirisch. Ausführliche Untersuchungen bei glücklichen geologischen A u f Schlussverhältnissen ermog^chten die angenäherte B e s t i m m u n g einer Reihe von E r s t a r r u n g s tief en. Solche Angaben lieferten z. B . rezente Lavabeobachtungen; für grössere E r ­ starrungstiefen gaben z. B . B r ö g g e r aus dem Kristiania-Gebiet, amerikanische Forscher aus den R o c k y Mountains usw. Daten; w i r können selbst aus dem Karpatengebiet solche Beispiele erwähnen. Wenn m a n n u n solche Angaben beiläufig bestimmbarer E r s t a r r u n g s t i e f e n i n F u n k t i o n der Magmamasse, Wandentfernung, Magmazusammensetzung usw. m i t den entsprechenden S t r u k t u r e n diagrammatisch darstellt, so i " I n g e r s o l l , L . R . a n d Z o b e i l , O. J . : A n i n t r o d u c t i o n t o t h e m a t h e ­ matical theory of heat conduction, w i t h engineering und geological applications, B o s t o n , 1913. Siethe a u c h L a n e u n d Q u e n e a u , z i t i e r t b e i m i r , 1941, p . 259. S c h n e i d e r h ö h n, H . : T i m e - t e m p e r a t u r e curves i n r e l a t i o n t o m i n e r a i a s s o c i a t i o n s i n c o o l i n g i n t r u s i v e s . E c o n . G e o l . v o l . 29. 1934, p . 4 7 1 . i» J o n e s, R . H . B . : R e l a t i o n o f t e m p e r a t u r e v o l . 29. 1934, p . 544. t o ore d e p o s i t i o n . E c o n . G e o l . erhält m a n ein schematisches B i l d über die Bildungstiefe dieser S t r u k ­ t u r e n unter verschiedenen Umständen. • E i n Vergleich der Ergebnisse der beiden voreinander unabhän­ gigen Verfahren ermöglicht die Abschätzung des Zuverlässigkeitsgrades der Intrusionsniveaubestimmungen. (Sopron, U n g a r n , Min.-Geol. Inst. d. berg- u . hüttenm. A b t . an d. ungarischen Palatin-Joseph-Universität.) A M A G M A T I K U S KŐZETEK RENDSZEREZÉSÉRŐL ÉS S T R U K T Ú R Á J Á R Ó L . (ADALÉKOK A MEGMEREVEDÉSI MÉLYSÉG KÉRDÉSÉHEZ. ) MEGHATÁROZÁSÁNAK Irta: D r . S z á d e c z k y - K a r d o s s Elemér. A m a g m a t i k u s kőzetek rendszerét m a mindinkább a F o u q u é és M i c h e l L é v y által kezdeményezett módon, kizárólag a szemnagysági viszonyok alapján építik fel. E z t fejezik k i a B r i t i s h Associa­ tions Comittee o n Rock Nomenclatur and Classification alapelvei is. A szemnagyságoknak egyetlen számmal való jellemzése azonban kuönösen a porfiros struktúrák esetében sokszor nem teljesen kielégítő. További fejlődési lehetőséget nyújt a szemnagyságoknak a gyakorisá­ g u k függvényében való ábrázolása és az így n y e r t görbék kiértékelése. A z ezzel ellentétes irányzat, a R o s e n b u s c h által kezdemé­ nyezett genetikai rendszer, amely a struktúrák alapján m a g m a t i k u s megmerevedési mélységet k i v a n megadni, e rendszertani alakjában tehát elvetendő, m e r t a struktúra nem kizárólag, sőt még csak nem is elsősorban a mélységtől függ. A z „intruziv" és ,,effuziv" csoportokra való felosztás a valóságban s o k k a l inkább a (geológiai térképekro?. le nem olvasható) magmatömeg nagyságán, m i n t a kifejezni óhajtott megmerevedési mélységen alapul. A korszerű ércteleptan, de a tektonika, morfológia és geofizika szempontjából is o l y fontos megmerevedési mélység meghatározása azonban továbbra is főleg a struktúrák alapján remélhető. Ehhez m i n ­ denekelőtt ismerni kell a struktúrát meghatározó többi tényezőt: a magma bázicitását, a könnyen illó elegyrészek mennyiségét, a magma­ tömeg nagyságát és alakját, a m a g m a t i k u s f a l távolságát, az előzetes felmelegedési viszonyokat (vagyis az erupció viszonylagos korát az erupciós cikluson belül), a mellékkőzet sajátságait. Ezekkel szerző már másutt foglalkozott ( M i t t . d. berg- u n . hüttenm. A b t . Sopron, X I T I , 1941), i t t csak néhány kiegészítést fűz a kérdéshez. A könnyen illó elegyrészek kérdése azáltal egyszerűsü , hogy azok főleg csak alacsonyabb hőmérsékleten, tehát elsősorban a szálikus elegyrészekre hatnak. A falhatás sokszor nem mutatható k i , p l . vastag vulkáni agglomérât — tufa rétegcsoportot áttörő vulkáni csatornákon. I l y e n k o r ugyanis a magmatömeg előzetesen felmelegített kéregre szén h a t o l át és így a kürtőbeli magmatömeg és a mellékkőzet közt nincs lényeges hőmérsékleti különbség. Általában a falhatás csökken a megme­ revedési mélység növekedésével is. H o g y a falhatás csökkenését előze­ tes m a g m a t i k u s felmelegítés vagy pedig a nagy intruziós mélység ered­ ményezi-e, úgy lehet megkülönböztetni, h o g y az előbbi esetben az egész magmatest alacsony kristályossági fokú, az utóbbiban az egész test magas kristályossá.gú. Látszólag ellentétes falhatást, azaz szemnagy­ ság-növekedést a f a l közelében eredményez a könnyen illó elegyrészek felhalmozódása át nem eresztő tető alatt, v a l a m i n t a magmatikus gőzök távozási hője áteresztő f a l mellett. A nyomástól a struktúra mindaddig kevéssé függ, amíg a magma lényegileg kondenzált rendszerként visel­ kedik. A magmaáramoknak a struktúrára való befolyása eddig kevéssé ismeretes. 1 Megmerevedési mélység alatt a kristályosodás végső stádiumában elért nivót kell érteni. E z határozza meg a ( p r i m e r ) struktúrának vég­ leges jellegeit. A megmerevedési mélység strukturális megállapítására két út kínálkozik. A z egyik a lehülési görbék számítása a magmatest­ ben és környezetében pl. L a n e , I n g e r s o l l és Z o b e l l vizsgálatai alapján, és e görbéknek ismert struktúrákkal való összekapcsolása. A másik tapasztalati út, amely szerencsés feltárási viszonyok esetében a földtanilag hozzávetőlegesen megismert megmerevedési mélységekben észlelt struktúrákból i n d u l k i s ezeket értékeli k i a magmaösszetétel, magmatömeg, faltávolság stb. szempontjából. A két út eredményeinek összehasonlítása lehetővé teszi a megmerevedési mélység-meghatározá­ sok megbízhatóságának megállapítását is.
