Magmatisches Intrusivgestein

Die Bestimmung der Zusammensetzung von magmatischen Gesteinen kann Wissenschaftlern Aufschluss über die vergangene vulkanische Aktivität eines Ortes geben.

Eruptivgesteine entstehen durch das Abkühlen und Kristallisieren von flüssigem Hochtemperaturgestein, das als Magma bekannt ist. Magma ist ein relativ seltenes Vorkommen auf der Oberfläche und in den oberen Schichten der Erde. Manchmal kann Magma jedoch durch Vulkanausbrüche oder ein ähnliches Ereignis an die Oberfläche gelangen und dabei intrusive magmatische Gesteine bilden. Alternativ wird Magma, das unter der Erdoberfläche abkühlt und kristallisiert, als Intrusivgestein bezeichnet.

Dieses Video veranschaulicht, wie Intrusivgesteine gebildet werden, und zeigt, wie ihre Entstehung mit zwei einfachen Experimenten simuliert werden kann.

Die Abkühlung und Kristallisation von Magma kann in einer Vielzahl von Umgebungen und auf unterschiedliche Weise auftreten. Die Geschwindigkeit der Abkühlung, schnell oder langsam, kann große Auswirkungen auf das resultierende gebildete Gestein haben. Unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten erzeugen Gesteine mit unterschiedlicher Kristallgröße, -form und -anordnung, Faktoren, die die gesamte Gesteinstextur definieren. Durch die Oberflächenabkühlung oder schnelle Abkühlung entstehen Gesteine, die sich durch sehr kleine Kristalle in einer Textur auszeichnen, die als aphanitisch bezeichnet wird.

Im Gegensatz dazu verläuft die Abkühlung, die im Untergrund stattfindet, wenn sich Magmakörper im Erdinneren verfestigen, viel langsamer. Magma kann in einem Stadium existieren, das als partielle Schmelze bekannt ist. Durch diese Abkühlung und Erstarrung entstehen Gesteine mit relativ großen Kristallen, die mit bloßem Auge sichtbar sind. Gestein dieser Art wird als intrusives Eruptivgestein bezeichnet, und die gröberen und größeren Korngrößen erzeugen eine Textur, die als phaneritisch bezeichnet wird.

Sowohl die Textur als auch die Zusammensetzung definieren die spezifischen Arten von Eruptivgestein. In ihrer Zusammensetzung erstrecken sich magmatische Gesteine über felsische über mittlere bis hin zu mafischen Gesteinen. Felsische Gesteine sind reich an Aluminium und Kieselsäure, während mafische Gesteine weniger Kieselsäure, dafür aber mehr Eisen und Magnesium enthalten. Die Zusammensetzung des Magmas kann überall im Spektrum zwischen felsisch und mafisch liegen.

Quantitativ enthalten felsische Gesteine etwa 60-75 Gew.-% Siliziumdioxid und werden im weiteren Sinne als granitisch bezeichnet. Mafische Gesteine enthalten etwa 45-60 % Siliziumdioxid und sind in ihrer Zusammensetzung weitgehend basaltisch. Zwischenkompositionen mit etwa 55-63 % Siliziumdioxid werden als andesitisch bezeichnet.

Anhand von zwei Labordemonstrationen können wir die Prozesse der intrusiven magmatischen Gesteinsbildung und der Kristallbildung bei unterschiedlichen Kühltemperaturen veranschaulichen.

Der erste Schritt bei der Demonstration der partiellen Schmelze ist die Auswahl eines geeigneten Lavaersatzes. Farbige Flüssigkeiten wie Fruchtsäfte können dafür gut geeignet sein. Um das Experiment zu starten, öffne einen Kanister mit gefrorenem, im Laden gekauftem Traubensaft.

Leeren Sie dann ein Viertel des Behälters in behandschuhte Hände. Drücken Sie den gefrorenen Saft aus und achten Sie dabei auf einen konstanten und festen Druck. Beachten Sie, dass die Flüssigkeit, die aus dem gefrorenen Saft abläuft, eine tiefviolette Farbe hat. Im Gegensatz dazu hat der verbleibende Feststoff etwas von seiner Färbung verloren und erscheint blasser als zuvor.

Das Schmelzen von Traubensaft demonstriert das Konzept des partiellen Schmelzens, wie es bei Magma zu sehen ist. Eine erste Schmelze, die flüssig ist, hat in der Regel eine andere Zusammensetzung als das Muttergestein, das geschmolzen wird.

Der pigmentierte Teil des Traubensaftes schmilzt am schnellsten, was bedeutet, dass ein Großteil des Pigments zu Beginn des Experiments in den Behälter läuft und weniger Farbe zurückbleibt. Dies simuliert ein partielles Schmelzen und verdeutlicht Unterschiede in der Magmazusammensetzung. Die erste Flüssigkeit, die beim teilweisen Schmelzen des Gesteins entsteht, simuliert durch den gefärbten Teil des Traubensaftes, wird mit felsischen Bestandteilen angereichert. Wenn diese Flüssigkeit aus dem System entfernt wird, was normalerweise der Fall ist, dann wird das verbleibende Gestein, repräsentiert durch das klarere Eis, eine mafischere Zusammensetzung haben.

Thymol, eine natürlich vorkommende organische Verbindung, wird verwendet, um die Kristallisation des Gesteins zu simulieren. Streuen Sie eine Schicht Thymolkristalle in eine Petrischale, so dass der Boden bedeckt ist. Stellen Sie die Petrischale auf eine Herdplatte auf sehr niedriger Stufe in einem gut belüfteten Bereich. Geringe Hitze ist wichtig, um eine Verflüssigung der Kristalle zu verhindern. Sobald die Kristalle geschmolzen sind, nehmen Sie die Petrischale vom Herd. Stellen Sie das Gericht bei Raumtemperatur auf einen Tisch und beobachten Sie das Abkühlen. Wiederholen Sie die obigen Erhitzungsschritte mit einer zweiten Petrischale und Thymolkristallen, aber sobald sie geschmolzen sind, nehmen Sie die Schale und stellen Sie sie zum Abkühlen auf ein Eiswasserbad.

Das Thymolkristall-Experiment zeigt, was mit der Korngröße von magmatischem Gestein bei unterschiedlichen Abkühlraten passiert. Bei der schnellen Abkühlung werden kleinere Kristalle erzeugt als bei der langsamen Abkühlung, und dieser Unterschied ist bei den neu gebildeten Thymolkristallen leicht zu beobachten. Die Mischkristalle, die unter langsameren Abkühlbedingungen gebildet werden, ähneln denen, die in intrusiven Eruptivgesteinen zu sehen sind, die während eines langsameren Abkühlungsprozesses im Untergrund der Erde entstehen. Im Gegensatz dazu ähneln die kleineren Kristalle, die sich unter schneller Abkühlung bilden, extrusiven Eruptivgesteinen, die auch als aphanitische Gesteine bekannt sind und sich bilden, nachdem Magma durch eine Eruption die Oberfläche durchbrochen hat.

Die Identifizierung und das Verständnis der Eigenschaften und der Bildung von Intrusivgestein hat enorme Anwendungen für Geologen und die menschliche Bevölkerung als Ganzes.

Intrusive Eruptivgesteine können Marker für bestimmte Arten von Erzlagerstätten sein. Zum Beispiel werden felsische bis intermediäre intrusive Magmakörper oft mit der Bildung von Kupfer-, Molybdän-, Gold- oder Silbererzen in Verbindung gebracht. Im Gegensatz dazu können mafische Intrusionen mit Chrom-, Platin- und Nickellagerstätten in Verbindung gebracht werden. Die Möglichkeit, potenzielle Lagerstätten leicht zu identifizieren, ermöglicht gezielte Bohrungen oder den Abbau und hat Auswirkungen auf Kosten und Umwelt für die Branche.

Wenn Magmen die Oberfläche durchbrechen, kommt es zu Vulkanausbrüchen. Intrusives Eruptivgestein, das in einem Gebiet vorhanden ist, dient als Marker für Feldgeologen, um nach Hinweisen auf vulkanisches Gestein zu suchen und das Gebiet als potenziell vulkanisch aktiv oder zuvor vulkanisch aktiv zu bestimmen. Diese Informationen können verwendet werden, um die Wahrscheinlichkeit vorherzusagen, dass Gebiete immer noch vulkanisch aktiv sind oder das Potenzial haben, dies in Zukunft zu werden. Dies ist wichtig für die Flächennutzungsplanung oder -bewirtschaftung oder die Bewertung potenzieller Risiken für bestehende Siedlungen oder Strukturen.

Intrusive Eruptivgesteine sind auch nützliche Marker für die Entschlüsselung der Erdgeschichte. Eruptivgesteine sind relativ einfach zu datieren. Dies kann durch Messung der relativen Häufigkeit von radiogenen Mutter-Tochter-Isotopen oder "Zerfallsprodukt"-Isotopen erreicht werden. Qualitativ gesehen sind Gesteine mit höheren Verhältnissen von radiogenen Tochter- zu Mutterhäufigkeiten älter, da es mehr Zeit gab, damit die Mutterisotope in Tochterisotope zerfallen konnten. Die Art der in einem Gebiet vorhandenen magmatischen Gesteine kann auch auf vergangene Schmelzregionen innerhalb der kontinentalen Kruste, die Aktivität in der Subduktionszone und kontinentale oder mittelozeanische Riftzonen hinweisen. Dies gibt Geologen die Möglichkeit, Rückschlüsse darauf zu ziehen, welche Art von tektonischen Umgebungen während der Zeit der Gesteinsbildung vorhanden waren.

Sie haben gerade die Einführung von JoVE in die Intrusivgesteine gesehen. Sie sollten nun die Unterschiede zwischen intrusivem und extrusivem Eruptivgestein verstehen, wie Intrusivgesteine gebildet werden und wie man partielles Schmelzen und Intrusivgesteinsbildung in einem Labor simuliert.

Danke fürs Zuschauen!