Zonierte Kristalle

Zonierte Kristalle in magmatischen Gesteinen liefern Vulkanologen Daten über das Wachstum von Mineralien im Magma. Ähnlich wie die Jahresringe in Baumstämmen, zeigen unterschiedliche Zonen in Kristallen, wie schnell diese Gewachsen sind oder abgebaut wurden. Wissenschaftler können an den Zonen ablesen, unter welchen Bedingungen ein Mineral wuchs.

Es werden zwischen primärer/prograder und sekundärer/retrograder Zonierung unterschieden. Erstgenannte Zonierungen entstehen während des Wachstums des Kristalls in der Schmelze. Retrograde Zonierung ist das Produkt einer sich abkühlenden und erstarrenden Schmelze, aufgrund diffusiven Stofftransports.

Zonierungen zeigen sich als Muster von Bereichen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung im Kristall. In der Mineralogie werden Zonierungen in Kristallen als nichteinheitliche Verteilung der Kationen in der Atomstruktur beschrieben. Nicht so häufig sind Änderungen der Anionen.

Zonierungen können konzentrisch auftreten, oder sektoriell. Häufig sind unterschiedliche Zonen an Farbänderungen zu erkennen. Damit ein Kristall wachsen kann, benötigt es einen kontinuierlichen Nachschub an Elementen, die in seinem Kristallgitter eingebaut werden. Im Laufe der Zeit ändern sich Chemismus, Druck- und Temperaturbedingungen in einer Gesteinsschmelze: dem Mineral stehen nicht immer alle benötigten Elemente in ausreichenden Mengen zur Verfügung. Daher wächst der Kristall nicht immer gleichmäßig, oder er baut unterschiedliche Elemente in seinem Kristallgitter ein.

Typische zonierte Mineralien magmatischer Gesteine sind Feldspat, Amphibol und Pyroxen.

Die Kristallzonen magmatischer Gesteine lassen Rückschlüsse über Aufstiegsgeschwindigkeit von Magmen zu. In der Vulkanologie ist es wichtig abzuschätzen, wie schnell Magma vor einer Eruption aufsteigen kann. Das liefert Hinweise auf die Vorwarnzeit vor einer Eruption.

Magmenaufstieg am Chaiten

Im Fall des Vulkans Chaiten (Chile) fanden Forscher der TU München heraus, dass das Magma in nur 4 Stunden vom oberen Erdmantel aus aufgestiegen war. Das Magma erreichte eine Geschwindigkeit von 1 m/s. Professor Dingwell und sein Team untersuchten Lava-Proben vom initialen Ausbruch im Mai 2008. Der Chaiten brach praktisch ohne Vorwarnung aus und beendete damit seinen 9000 Jahre dauernden Schlaf. Er erzeugte eine plinianische Eruption mit hoch aufsteigender Aschewolke. Die Druckwellen der Explosionen zerstörte die Wälder am Vulkanhang: Bäume knickten wie Streichhölzer um. Lahare zerstörten die Küstenstadt Chaiten.

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