Apr19

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.

Das Prinzip der Fraktionierung, © 1999 John Wiley & Sons. Inc.

Das Prinzip der Fraktionierung, © 1999 John Wiley & Sons. Inc.

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.

Zonierter Plagioklas aus der Ca-Na Feldspatmischreihe

Zonierter Plagioklas aus der Ca-Na Feldspatmischreihe

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, © Woudloper, Creative Commons

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.

Schmelzdiagramm eines Zweistoffsystems

Ein Beispiel des Schmelzdiagramms eines binären Systems: 1. Schmelze I –> 2. Kristallart A und Schmelze II; 3. Kristallart B und Schmelze III; 4. Einsprenglinge A und 5. Einsprenglinge B.

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 :-)!

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Apr12

Platin leitet sich vom spanischen Wort platina, der Verkleinerungsform von plata “Silber”, ab. Die erste europäische Erwähnung stammt von Julius Caesar Scaliger. Er beschrieb ein mysteriöses weisses Metall, das sich allen Schmelzversuchen entzog.

Platinum Nugget Kondyor-Mine, Khabarovsk Krai, Russland, © Alchemist-hp, own work, Wikimedia Commons

Platinum Nugget Kondyor-Mine, Khabarovsk Krai, Russland, © Alchemist-hp, Lizenz: http://artlibre.org/licence/lal/de/, Wikimedia Commons

Platin wurde schon um 3000 v. Chr. im alten Ägypten und auch von den Indianern Südamerikas verwendet. Beim Gewinnen von Goldstaub im Waschgold fand man es als Begleitung und liess sich nicht abtrennen. So wurde die Tatsache genutzt, dass sich native Platinkörnchen mit Goldstaub in der Glut verschweissen. Dabei wirkt das Gold wie ein Lot und bildet durch wiederholtes Schmieden und Erhitzen eine relativ homogene, helle, in der Schmiedehitze verformbare Metalllegierung. Ein Anteil von etwa 15 % Platin führt zu einer hellgrauen Farbe; reines Platin war noch nicht bekannt.

Mit etwa 80 % fördert Südafrika den höchsten, weltweiten Anteil an Platin.

 

Platinminen, ©Wikimapia

Weltweite Platinminen, ©Wikimapia

Die grösste Lagerstätte befindet sich im Bushveld-Komplex, im Transvaal, in einer 1 bis 3 Meter mächtigen Zone, dem Merensky Reef, die sich durch den ganzen Komplex zieht. Nebst Platin liefert das Merensky-Reef auch Nickel, Kupfer und Gold. In einem weiteren, darunter liegenden Horizont, der 15 bis 250 cm mächtigen UG2-Chromitit Zone, sowie dem Platreef  bei Potgietersrus, liegen die grössten Vorräte an Platingruppenmetallen, den PGMs. Es sind dies nebst Platin, die Metalle PalladiumRhodiumIridium und Osmium. Gold, Kupfer oder Nickel kommen hier nicht vor.

Der Bushveld-Komplex ist in jeder Hinsicht ein Superlativ. Es ist die grösste layered Intrusion der Welt und reich an Mineralien wie nirgendwo sonst.

 

 

Bushveld Chromitit, © Jackie Gauntlett

Chromitit (schwarz) in Wechsellagerung mit Anorthosit (grau ) im Bushveld Komplex, Dwars Rivier, © Jackie Gauntlett

Im Bild sehen wir die UG2-Chromitit Zone aufgeschlossen in Dwars Rivier. Diese Bänke, die aus ca. 40 % Chromit bestehen, ziehen sich uniform über 200 km durch den Komplex. Der Bushveld Lopolith ist wie der Great Dyke in Simbabwe aus fünf separaten, sich überlappenden Komplexen, die jedoch in ihrer Differentiationsabfolge sehr ähnlich sind, entstanden. Mit einer Mächtigkeit von 8 – 9 km und einer Flächenausdehung von 460×245 km oder 100’000 qkm erfolgte die gesamte Intrusion über mehrere Millionen Jahre.

Hier konnte die Theorie der magmatischen Differentation von Magmen speziell gut studiert werden. Durch Differentiationsvorgänge entstehen aus basaltischen Magmen Gesteinspakete, deren Zusammensetzung von ultrabasisch bis sauer reichen. Die layered intrusions, die an sedimentäre Schichtungen erinnern, sind ein weiterer Ausdruck von Differentiationszyklen.

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Die Lösung

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