Magmatische Differenzierung und Evolution

Magmatische Differenzierung ist der Oberbegriff für Prozesse, durch die ein ursprünglich homogenes Magma sich in eine Reihe von magmatischen Gesteinszusammensetzungen diversifiziert.

Definition

Die Prozesse, hauptsächlich fraktionierte Kristallisation, Assimilation und Magmamischung, die aus einem Ausgangsmagma eine kompositorische Vielfalt erzeugen.

Scope

Dieses Thema behandelt die Mechanismen, die die Magmazusammensetzung während der Abkühlung und des Aufstiegs verändern: fraktionierte Kristallisation und Kristallabscheidung, Assimilation von Nebengestein, Magmamischung und -vermischung, Flüssigkeitsimmiszibilität sowie die Verwendung von Spurenelementen und Isotopen zur Verfolgung dieser Prozesse. Es wird erklärt, wie sich primitive basaltische Magmen zu intermediären und silizischen Zusammensetzungen entwickeln.

Core questions

• Wie treibt die fraktionierte Kristallisation Magma zu silizischen Zusammensetzungen?
• Welche Rolle spielen Assimilation und Magmamischung bei der Differenzierung?
• Wie unterscheiden Spurenelemente und Isotope Differenzierungsmechanismen?
• Warum zeichnen geschichtete Intrusionen Kristallakkumulation auf?

Key theories

Fraktionierte Kristallisation

Die progressive Entfernung früh gebildeter Kristalle aus einem abkühlenden Magma, durch Absinken oder durch Trennung der Flüssigkeit, hinterlässt Restschmelzen, die an inkompatiblen Elementen und Siliziumdioxid angereichert sind, die dominierende Ursache der magmatischen Vielfalt.

Assimilation und Magmamischung (AFC)

Magmen können sich auch durch die Aufnahme von geschmolzenem oder gelöstem Nebengestein und durch die Vermischung mit kompositorisch unterschiedlichen Magmen entwickeln; kombinierte Assimilations-Fraktionierungs-Kristallisationsmodelle (AFC) erklären chemische und isotopische Trends, die durch einfache Kristallisation nicht erklärbar sind.

Clinical relevance

Die Differenzierung erklärt die chemische Vielfalt vulkanischer Provinzen und Intrusionen, steuert die Konzentration wirtschaftlich wichtiger Elemente in erzbildende Magmen und ist wesentlich für die Rekonstruktion der petrogenetischen Geschichte, die in magmatischen Gesteinsserien aufgezeichnet ist.

History

Bowen vertrat in den 1920er Jahren die fraktionierte Kristallisation als den Hauptprozess der Magmaevolution; spätere Studien an geschichteten Intrusionen wie dem Skaergaard durch Wager und Brown dokumentierten die Kristallakkumulation direkt, während Spurenelement- und Isotopenmethoden im späten 20. Jahrhundert die Bedeutung von Assimilation und Mischung aufzeigten.

Debates

Relative Bedeutung von Kristallisation versus Assimilation und Mischung

Petrolog_innen haben lange darüber diskutiert, ob die Vielfalt der magmatischen Gesteine hauptsächlich aus der fraktionierten Kristallisation in einem geschlossenen System entsteht, wie Bowen argumentierte, oder ob eine signifikante Assimilation und Magmamischung in einem offenen System erforderlich ist; moderne Isotopendaten unterstützen eine kombinierte Sichtweise, die je nach Umgebung variiert.

Key figures

• Norman L. Bowen
• Lawrence Wager
• John D. Winter

Seminal works

• bowen1928
• winter2013

Frequently asked questions

Was ist fraktionierte Kristallisation?

Der Prozess, bei dem Kristalle, die sich früh in einem abkühlenden Magma bilden, von der verbleibenden Flüssigkeit getrennt werden, wodurch sich die Zusammensetzung der Restschmelze progressiv ändert.

Kann ein einzelnes Magma sowohl Basalt als auch Granit produzieren?

Eine extensive fraktionierte Kristallisation eines basaltischen Ausgangsmagmas kann geringe Volumina granitischer Restschmelze ergeben, obwohl die meisten Granite auch Krustenschmelzung und Assimilation beinhalten.