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Gravitationsdifferentiation nennt sich der Prozess, der dem Bushveld-Komplex, dem Great Dyke und anderen Layered Intrusions zu Anreicherung von Edelmetallen (Platin/PGE, Gold, Silber, Chrom, Nickel, Zinn) verhalf. Er beruht auf Akkumulierung von Mineralen, die während einer fraktionierten Kristallisation aus einem Magma/Schmelze entstehen. In der Grafik sehen wir schematisch eine solche Kristallisationsabfolge.
Je nach Mineral, welches entsteht, spricht man von diskontinuierlicher oder kontinuierlicher Kristallisation. Wenn im Laufe der Kristallisation eine Abfolge verschiedener Minerale entstehen, wie links in obiger Grafik, spricht man von diskontinuierlicher Kristallisation. Anders bei der kontinuierlichen Kristallisation, obige Grafik rechts, und typisch für die Ca-Na Feldspatreihe. Hier reagiert das Mineral kontinuierlich mit der Schmelze und weist – weil die Prozesse nicht vollständig ablaufen – eine chemische Zonierung auf.
Die Gravitationsdifferentiation
Bereits im schmelzflüssigen Zustand trennen sich häufig schon die unmischbaren sulfidischen und oxidischen Komponenten von der Schmelze, wie bei einer Salatsauce Öl und Essig. Häufiger ist jedoch die Trennung von frühzeitig auskristallisierten Mineralen. Da die Kristalle üblicherweise schwerer sind als die koexistierende Schmelze, können sie unter dem eigenen spezifischen Gewicht auf den Boden der Magmakammer sinken und bewirken dadurch eine Änderung der chemischen Zusammensetzung der Restschmelze.
Das Prinzip der Gravitationskristallisation: die fraktionierte Kristallisation beginnt mit Abkühlung eines Magmas und akkumuliert das Kristallisat auf dem Magmakammerboden. Kristallisationsabfolge: 1: Olivin –> 2: Olivin und Pyroxen –> 3: Pyroxen und Plagioklas –> 4: Plagioklas. © Woudloper, Creative Commons
Die fraktionierte Kristallisation
Die magmatische Differentiation durch fraktionierte Kristallisation ist eine Folge davon, dass Magmen Mehrstoffsysteme sind, deren einzelne Komponenten verschiedene Schmelzpunkte besitzen. Die Grafik zeigt das Prinzip der fraktionierten Kristallisation eines Zweistoffsystems.
Beim Abkühlen eines Magmas kristallisiert zuerst die Komponente mit dem höchsten Schmelzpunkt aus und sinkt wegen der höheren Dichte nach unten. Aus der restlichen Teilschmelze kristallisiert unter fortschreitender Abkühlen immer jene Komponente mit dem nächst höheren Schmelzpunkt aus und sinkt ihrerseits nach unten. So ändert sich der Chemismus der Schmelze von basisch (Mg-reich) nach sauer (SiO2-reich).
Natürlich ist die Natur kein Zweistoffsystem, lässt sich aber streckenweise auf wenige Komponenten reduzieren und erlaubt so eine Vereinfachung eines recht komplexen Systems.
Das Prinzip der fraktionierten Kristallisation lässt sich auf alle magmatischen Gesteine anwenden auch auf die Vulkanologie, wo noch eine Gasphase dazu kommt :-)!