Grundlagen der magmatogenen Lagerstättenbildung: 27 Tabellen
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Stuttgart
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Vorwort................................................. V
Abkürzungen............................................... XI
I. Aufbau der Erde.......................................... 1
1. Vor- und Frühgeschichte der Erde............................. 1
2. Aufbau der Erde nach geophysikalischen Untersuchungen.................. 2
3. Aufbau der Erdkruste..................................... 3
4. Druck- und Temperaturverlauf im Erdinneren........................ 6
5. Störungsbahnen und Erdbebenzonen............................. 8
6. Konvektionen im Erdmantel.................................. 9
7. Geotektonische Modelle................................... 11
8. Eigenschaften kristalliner Materie unter höheren Drucken und Temperaturen....... 12
9. Zusammensetzung der Erdschalen .............................. 14
a) Zusammensetzung des oberen Mantels.......................... 14
b) Zusammensetzung der Übergangszone.......................... IS
c) Zusammensetzung des unteren Mantels ......................... 19
d) Zusammensetzung des Erdkerns ............................. 19
II. Bildung von Magmen
1. Gliederung magmatischer Gesteine und Lagerstätten und deren Elementkonzentrationen . 21
2. Bildungsmöglichkeiten von Magmen............................. 22
3. Fraktionierte Erstarrung und fraktionierte Aufschmelzung.................. 23
a) Einfach eutektisches Dreistoffsystem........................... 25
b) Dreistoffsystem mit binärem Mischkristall........................ 26
4. Gehemmte Erstarrung von Schmelzen............................. 27
5. Entstehung von Basaltmagmen................................ 28
a) Basaltsysteme bei 1 bar Druck .............................. 28
b) Bildung von Basaltmagmen aus Ultrasima........................ 32
6. Entstehung von Kalkalkaligesteinen durch Aufschmelzung von Sima............ 38
7. Bildung von Alkaligesteinsmagmen und Karbonatiten.................... 40
8. Entstehung von Granitmagmen................................ 41
III. Minerallagerstätten in magmanschen Gesteinen......................... 46
1. Intramagmatische Sulfidlagerstätten ............................. 46
2. Intramagmatische Oxidlagerstätten ............................. 50
a) Chromit in ultrabasischen Gesteinen........................... 52
b) Magnetit in basischen Gesteinen ............................. 52
3. Intramagmatische Lagerstätten in Alkaligesteinen...................... 54
4. Intramagmatische Lagerstätten in sauren Kalkalkaligesteinen ............... 55
5. Diamanten in ultrabasischen Gesteinen ........................... 55
IV. Silikatschmelzen mit flüchtigen Bestandteilen, innere und äußere Einflüsse auf ihr Verhalten . 58
1. Silikatschmelzen als P-Q-Systeme .............................. 58
a) Entstehung von kritischen Erscheinungen an gesättigten Lösungen........... 58
b) Zustandsbahnen für konstante Bruttokonzentrationen ................. 66
VIII Inhalt
c) Zustandsverhalten und Intrusion von Magmen ..................... 67
d) Magmenbildung bei Unterschuß an flüchtigen Komponenten.............. 68
e) Übergänge von P-Q- zu Nicht-P-Q-Systemen....................... 69
2. Ansätze zur quantitativen Behandlung der Dreiphasenkoexistenz der Q-Schlinge ..... 72
3. Silikatsysteme mit weiteren flüchtigen Komponenten .................... 74
4. Einfluß des Schwerefeldes auf Silikatschmelzen ....................... 76
a) Mechanisches und thermodynamisches Potential .................... 76
b) Silikatschmelzen im Schwerefeld ............................. 77
5. Einfluß der Zeit auf innermagmatische Vorgänge...................... 80
a) Viskositätsmessungen ................................... 81
b) Sedimentation von Kristallen und Partikeln........................ 82
c) Konvekrion......................................... 83
d) Wärmeübergang und Konvektion............................. 84
e) Magmenströmung bei der Intrusion............................ 84
f) Zeitlicher Verlauf der Wärmebewegung in Magma und Nebengestein......... 85
6. Pegmatite............................................ 88
7. Der atomistische Aufbau von Silikatschmelzen........................ 89
a) Schmelztypen........................................ 90
b) SiO2-Schmelzen....................................... 93
c) Viskositäts- und Dichtemessungen an Silikatschmelzen ................. 93
d) Schmelzgleichgewichte von Silikatsystemen ....................... 95
e) Einfluß von Alkalien auf die Struktur von Silikatschmelzen............... 96
f) Einfluß von Wasser auf die Struktur von Silikatschmelzen................ 96
g) Einbau von Kationen in Silikatschmelzen ........................ 100
h) Flüssige Entmischung in Silikatschmelzen........................ 101
i) Einbau von Anionen und Anionenbildnern........................ 102
j) Redoxgleichgewichte in Silikatschmelzen......................... 102
8. Abtrennung der flüchtigen Komponenten vom Magma ................... 105
a) Entgasung von Magmen durch Membranen ....................... 107
b) Reaktionen und kinetische Effekte bei der Extraktion.................. 108
c) Theorie der Extraktion .................................. 109
V. Magmatische Gase......................................... 113
1. Beobachtungen......................................... 113
2. Homogene Gasgleichgewichte................................. 114
3. Heterogene Gleichgewichte im System H20-CO2 ...................... 117
4. Gleichgewichte magmatischer Gase mit mineralischen Festkörpern............. 120
5. Metallkomponenten der magmatischen Gase......................... 121
a) Transport von Metallen als Chloride........................... 121
b) Stabilitätsfelder von Festkörpern gegen Gase....................... 125
c) Transport von Metallen als Hydroxide.......................... 128
6. Transporte in geschlossenen Systemen ............................ 130
7. Pneumatolytische Paragenesen................................. 132
a) Zustandsbereiche pneumatolytischer Paragenesen.................... 133
b) Extraktion aus dem Magma................................ 134
c) Transport und Absatz von Zinnstein........................... 137
d) Pneumatolytische Metasomatose ............................. 138
e) Kontaktpneumatolytische Paragenesen.......................... 139
VI. Hydrothermale Lösungen ..................................... 140
1. Hydrothermale Vorgänge und hydrothermale Paragenesen................. 140
Übersicht über die Zusammensetzung hydrothermaler Lösungen............ 141
2. Heterogene Gleichgewichte.................................. 142
Inhalt IX
a) Systeme aus Stoffen mit tiefliegenden kritischen Punkten ................ 142
b) Systeme aus H2O und hochschmelzenden Stoffen (P-Q-Systeme) ............ 143
c) Systeme aus H2O und Salzen (Nicht-P-Q-Systeme).................... 145
3. Löslichkeiten von Schwermetallsalzen............................. 149
4. Zustandswege magmatogener Lösungen........................... 150
a) Zustandswege ....................................... 150
b) Energieeffekte beim Hochtransport magmatogener Lösungen.............. 153
5. Eigenschaften von Wasser als Lösungsmittel......................... 154
a) Struktur des flüssigen Wassers............................... 155
b) Dielektrizitätskonstante von Wasser............................ 156
c) Ionenprodukt von Wasser................................. 157
d) Auflösung von Salzen in Wasser.............................. 158
6. Elektrolytische Dissoziation bei höheren Zustandsbedingungen............... 159
a) Dissoziationsgrad und elektrische Leitfähigkeit...................... 159
b) Dissoziation einfacher Elektrolyte............................. 161
c) Hydrolyse......................................... 164
7. Berechnung von Reaktionen mit elektrolytisch dissoziierten Komponenten bei höheren
Temperaturen ......................................... 165
a) Berechnung unter Verwendung des Korrespondenzprinzips............... 166
b) Berechnung mit Temperaturfunktionen für elektrostatische und nichtelektrostatische
Anteile der Wechselwirkung................................ 167
c) Berechnung von Aktivitätskoeffizienten für höhere Temperaruren............ 171
8. Transport und Absatz der Gangarten............................ 172
a) Quarz............................................ 173
b) Kalifeldspat......................................... 176
c) Flußspat .......................................... 178
d) Schwerspat......................................... 178
e) Karbonate.......................................... 180
f) Korund........................................... 188
9. Reaktionen hydrothermaler Lösungen mit Nebengesteinen................. 188
10. Transport und Absatz von Sulfiden.............................. 192
a) Dissoziation- und Oxydationsgleichgewichte gelöster S-haltiger Komponenten..... 192
b) Stabilität von Oxiden und Sulfiden in S-haltigen Lösungen ............... 195
c) Löslichkeit von Sulfiden in Wasser............................ 198
d) Allgemeines zur komplexen Löslichkeit von Metallen.................. 199
e) Komplexe Löslichkeit von Blei............................... 202
f) Komplexe Löslichkeit von Zink.............................. 204
g) Komplexe Löslichkeit von Kadmium........................... 205
h) Komplexe Löslichkeit von Antimon und Arsen..................... 206
i) Komplexe Löslichkeit von Silber.............................. 207
j) Komplexe Löslichkeit von Gold.............................. 209
k) Komplexe Löslichkeit von Kupfer............................. 210
I) Transport und Absatz von Eisensulfiden und-oxiden.................. 211
m) Transport und Absatz von Quecksilber.......................... 212
11. Transport und Absatz von Oxiden .............................. 216
a) Transport und Absatz von Wolframit und Zinnstein................... 216
b) Transport und Absatz von Uranpechblende........................ 218
12. Mineralbildung in hydrothermalen Lösungen......................... 219
13. Entstehung und Herkunft von hydrothermalen Lösungen.................. 222
X Inhalt
VII. Ermittlung von Zustandsdaten aus Mineralien.......................... 224
1. Geologische Thermometer und Manometer.......................... 225
a) Mischkristalle als geologische Thermometer....................... 227
b) Thermodynamik der Entmischung............................. 227
c) Beispiele für die Verwendung von Mischkristallen als geologische Thermometer und
Manometer......................................... 230
2. Ermitdung von Zustandsbedingungen der Mineralbildung durch Untersuchung von Ein-
schlüssen nichtkristalliner Phasen............................... 235
a) Zusammensetzung von Einschlüssen ........................... 236
b) Einschlüsse als geologische Manometer ........................ 236
c) Homogenisierung durch Erhitzen............................. 237
d) Erstarren durch Abkühlen................................. 240
Vin. Metasomatische Vorgänge..................................... 241
1. Phasengesetz und metasomatische Vorgänge......................... 242
2. Transportvorgänge in porösen Medien............................ 244
a) Transport homogener Phasen durch Strömung...................... 245
b) Transport heterogener Phasen durch Strömung ..................... 247
c) Permeabilität....................................... 248
d) Transport durch Diffusion................................. 249
e) Diffusion und Absorption................................. 252
f) Trenneffekte ........................................ 253
3. Transportvorgänge und chemische Reaktionen........................ 254
a) Gleichgewichte bei kontaktmetasomatischen Paragenesen................ 256
b) Gleichgewichte bei hydrothermaler Verdrängung von CaCO3 ............. 258
c) Gleichgewichte bei unterschiedlichen Drücken auf feste und fluide Phasen....... 259
d) Einfluß von Reaktionsgeschwindigkeiten und Affinitäten................ 262
e) Irreversible Reaktionen................................... 263
f) Reaktionsablauf bei Volumenkonstanz......................... 267
Verzeichnis von Systemen ....................................... 269
Literatur................................................. 270
Namen- und Sachverzeichnis...................................... 283
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