Differentierungsprozesse in Magmenkammern - Konvektive vs. diffusive Kristallauflösung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Erforschung von Magmenkammern und der darin ablaufenden Prozesse, speziell Kristallneubildung und -auflösung, spielt lagerstätten-geologisch als auch für die Glastechnologie eine bedeutende Rolle. In dieser Arbeit wurde die Kristallauflösung in silikatischen Schmelzen unter statischen (diffusive Kristallauflösung) und dynamischen (konvektive Kristallauflösung) Bedingungen bei Temperaturen zwischen 1050 und 1550 °C und Drücken zwischen 0.1 MPa und 1 GPa untersucht. Die Besonderheit besteht darin, dass die Versuche zur konvektiven Kristallauflösung mit in situ – Beobachtung durchgeführt wurden. Das Ziel war es, das von Zhang & Xu (2003) entwickelte Modell zur konvektiven Kristallauflösung an silikatischen Schmelzen zu testen. Neben Experimenten zur diffusiven Auflösung von Olivinkristallen in einer Haplobasaltschmelze (An42Di58) wurden Experimente zur Olivin- und Magnetitauflösung in NCS-Schmelzen (Kalknatronsilikat) und NaS-Schmelzen (Natriumsilikat) durchgeführt. Die bestimmten Diffusionskoeffizienten D und Grenzflächenkonzentrationen C0 wurden zur Modellierung der konvektiven Kristallauflösung benutzt. Als Nebenprodukt der in situ - Experimente ergab sich die Möglichkeit der direkten Bestimmung der Viskosität der Schmelzen. Es konnte festgestellt werden, dass der in den Versuchsprodukten der konvektiven Kristallauflösung konservierte Zustand nicht der ist, der dem Zustand der Probe bei der Versuchstemperatur entspricht. Während der Abkühlung sank der Kristall weiter, löste sich weiter auf und überprägte die Grenzschicht, die um den Kristall vorlag. Die aus den in situ-Experimenten berechneten Sinkgeschwindigkeiten von 0.0073 bis 0.23 mm/s und Sinktiefen von 23 bis 65 mm sind in guter Übereinstimmung mit den nach dem Modell von Zhang & Xu (2003) und Zhang (2005) berechneten Werten. Das Modell wurde in dieser Arbeit erstmals auf silikatische Schmelzen angewandt und durch zahlreiche Experimente bestätigt. Es zeigte sich, das eine Verfeinerung des Modells unter Berücksichtigung der Konzentrationsabhängigkeit der Diffusion in der Schmelze und der Variation der Grenzschichtdicke um den Kristall erforderlich ist, um eine bessere Übertragbarkeit auf Systeme insbesondere mit relativ starker Ungleichgewichtssituation zu erzielen. Für natürliche Systeme ist der erste Punkt vermutlich aber weniger gravierend, du die Schmelzzusammensetzung in der Regel nicht so stark von der Gleichgewichtszusammensetzung mit dem Kristall abweichen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- „Diffusive olivine dissolution in haplobasaltic melts”. Poster auf der internationalen Tagung „Experimental Mineralogy, Petrology and Geochemistry” (EMPG) in Innsbruck, Österreich, 2008
A. Quetscher, B. Joachim, H. Behrens, Y. Zhang
- „In situ observation of convective crystal dissolution in a silicate melt”. Vortrag auf der internationalen Tagung „Experimental Mineralogy, Petrology and Geochemistry” (EMPG) in Toulouse, Frankreich, 2010
H. Behrens, A. Quetscher, U. Bauer, M. Rongen
- „Diffusive and convective crystal dissolution”. Vortrag auf dem internationalen Workshop „Silicate Melts” in La Petite Pierre, Frankreich, 2011
A. Quetscher, H. Behrens
- „Testing of crystal dissolution theory in silicate melts”. Vortrag auf der internationalen Tagung „Experimental Mineralogy, Petrology and Geochemistry” (EMPG), Kiel, 2012
A. Quetscher, H. Behrens, Y. Zhang
