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STEOP: System Erde (LV 280001) Unterstützendes Handoutmaterial zum Themenkomplex 4:
Magmatite: Gesteine und Minerale entstanden aus Schmelzen und ihren Folgeprodukten Dieses Handoutmaterial ergänzt die Vorlesungsinhalte. Zur Prüfungsvorbereitung wird weiters empfohlen Kapitel 4 „Magmatische Gesteine: Gesteine aus Schmelzen“ des Lehrbuchs „Press/Siever - Allgemeine Geologie“ (J. Grotzinger et al.), 5. Aufl., Springer Spektrum, 2008 (hier insbesondere die Kapitelzusammenfassung). Bei Fragen bitte zu kontaktieren: Prof. Lutz Nasdala, Institut für Mineralogie und Kristallographie der Universität Wien UZA2 Raum 2A251 / Telefon 4277-53220 / e-mail:
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Allgemeine Termini: Magma = glutheiße Schmelze, meist silikatisch (auch karbonatisch oder sulfidisch) Lava = unter Entgasung an die Erdoberfläche ausfließendes Magma liquidmagmatische Bildungen = Phasen entstehen direkt aus dem (flüssigen) Magma Bezug zur Auskristallisation der Hauptmenge des Magmas: Frühkristallisate – Hauptkristallisate – Spätkristallisate Bezug zum Ort der Auskristallisation: Plutonite = Tiefenbildungen, langsame Abkühlung Vulkanite = oberflächennahe oder extrusive / eruptive Bildungen postmagmatische Bildungen = Phasen entstehen aus Fluida (d.h. Gasen und/oder Flüssigkeiten), welche aus dem flüssigen Magma entwichen sind bzw. die bei seiner Auskristallisation übrig bleiben pneumatolytische Bildungen = aus überkritischen Fluida hydrothermale Bildungen = aus unterkritischen Fluida (überkritisch / unterkritisch: siehe kritischer Punkt des Wassers!)
Grundtypen magmatischer Gesteine: Magmatisches Gestein entsteht durch das Abkühlen bzw. Erstarren der ca. 1200°C glutflüssigen Gesteinsschmelze (Magma) aus dem Erdinneren in etwa 100-120km Tiefe. Durch das Eindringen des Magma in die Erdkruste oder das Hervorbrechen aus der Erdkruste erfolgt das Erstarren. Nach dem Ort, den Umständen der Abkühlung, und den Entstehungsbedingungen unterscheidet man Tiefengesteine (Plutonite, Intrusivgesteine) und Ergussgesteine (Vulkanite; Effusivgesteine); eine Zwischenstellung haben die sog. Ganggesteine inne.
Vulkanit: tertiärer Basalt am Hirtstein (sächs. Erzgebirge). Foto privat.
Grundtypen magmatischer Gesteine: Intrusivgesteine bilden sich infolge der Erstarrung des Magmas innerhalb der Erdkruste (in der Regel in Tiefen von über 5 km). Langsame Abkühlung bewirkt grobkörniges Gefüge. Effusivgesteine bilden sich infolge vulkanischer Aktivität an der Erdoberfläche (Lavastrom oder Pyroklastika). Schnelle Abkühlung bewirkt feinkörniges oder sogar glasartiges Gefüge. Besonderheit: Gesteine mit Einsprenglingen. Xenolith = Einschluss eines Minerals oder älteren Nebengesteins, dessen Entstehung mit der Gesteinsentstehung in keinem direkten Zusammenhang steht.
Olivin; hier xenolithische Knolle in feinstkörnigem basischen Gestein (Basalt); zentralvietnamesisches Hochland. Foto privat.
Erscheinungsformen magmatischer Gesteine: Intrusiva und Extrusiva Intrusion = genereller Begriff für das Eindringen von fließfähigem Material in bereits existierende Gesteinskörper (meist Eindringen von Magmen, aber auch fließfähige Tone oder Salzstöcke) Pluton = innerhalb der Erdkruste auskristallisierter, magmatischer Intrusivkörper Batolith = weiträumiger, sich nach unten hin verbreiternder, komplex aufgebauter magmatischer Tiefengesteinskörper mit einer Ausstrichbreite an der Oberfläche von mehr als 100 km 2. Lagergang oder Sill = schichtparallel in ein Gestein eingedrungener magmatischer Gesteinskörper Dyke oder Dike = Gesteinsgang, welcher das umgebende Gestein schneidet bzw. vertikal durchkreuzt Extrusion = genereller Begriff für das Aufsteigen zähflüssigen Magmas in Vulkanen. Ursprünglich wurde der Begriff für den Ausfluss von Lava und den Auswurf von Lockermassen aus Vulkanen geprägt.
Kristallisation aus der Schmelze: Frühkristallisate = vor der Hauptkristallisation im Magma gebildete Mineralphasen mit besonders hohem Schmelzpunkt; zumeist akzessorisch vorkommend Akzessorien = Nebengemengteile; verbreitet aber mit geringem Anteil im Gestein (i.d.R. weniger als 1%) vorkommende Mineralphasen Beispiele: Zirkon (ZrSiO4), Magnetit (Fe3O4), Chromit (FeCr2O4), Spinell (MgAl2O4), Apatit (Ca5[PO4]3F) Hauptkristallisate = Auskristallisation der Hauptmenge des Magmas, je nach Zusammensetzung im Bereich von etwa 1100 °C (SiO2-arm = ultrabasisch) bis unter 550 °C (SiO2-reich = sauer) Der SiO2-Gehalt des Restmagmas nimmt im Laufe der Kristallisation (siehe fraktionierte Kristallisation) zu (vergl. Abbildung auf der folgenden Seite) Pegmatite = Spätkristallisate; aus (meist silikatischen) Restschmelzen entstandene Bildungen; langsame Abkühlung bewirkt Riesenkörnigkeit; Bildung um 600–400 °C i.d.R. als Gänge oder Schlieren in granitischen Gesteinen
Postmagmatische Bildungen: Postmagmatische Bildungen = im Gegensatz zu liquidmagmatischen Bildungen der Früh-, Haupt- und Spätkristallisation (direkt aus dem flüssigen Magma gebildet) entstehen postmagmatische (etwa: nachmagmatische) Bildungen aus Gasen oder Fluida, die aus dem Magma entweichen oder von diesem separiert werden. Pneumatolyte = überkritische Fluida; gebildet aus leichtflüchtigen Komponenten, welche in der liquidmagmatischen Kristallisation nicht in Minerale eingebaut werden konnten; chemisch sehr aggressiv („verdünnte Säuren“: z.B. F, BO3, Cl); zersetzen Feldspäte; Mineralabscheidung um 550–374 °C als Gänge oder auch Imprägnate Hydrothermen = (auch hydrothermale Lösungen) mineralstoffbeladene wässrige Lösungen, flüssig, bis max. 374 °C warm Exhalate = mineralstoffbeladene Dampfaustritte in Zusammenhang mit (meist abklingendem) Vulkanismus
