simulierte Temperaturverteilung in einer Eruptionsäule mit Aschenstrom

PD Dr. Ulrich Knittel:
Vulkanismus

Lektion 1:
System Vulkan
1C: Aufschmelzregion


Die Zusammensetzung des Erdmantels und die Prozesse der Schmelzbildung sind Gegenstand der Petrologie und werden in speziellen Vorlesungen behandelt. Wenn Sie die Mineralnamen im Text rechts anklicken, sehen Sie Kurzinformationen und Dünnschliffbilder der Minerale in Mantelperidotiten.

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Bildung von Magma

Geophysikalische Untersuchungen zeigen, daß sich der Erdmantel im wesentlichen im festen Aggregatszustand befindet, wenngleich niedrige Geschwindigkeiten seismischer Wellen in ca. 100 km Tiefe auf geringe Schmelzanteile (<5 % Schmelze) deuten.

Bei Vulkanausbrüchen werden gelegentlich Bruchstücke des Erdmantels an die Erdoberfläche befördert; wir wissen daher, daß der Erdmantel zum größten Teil aus den Mineralen Olivin, Orthopyroxen, Klinopyroxen und, je nach Tiefe, Spinell oder Granat besteht. Dazu kommen gelegentlich kleine Mengen von Amphibol, und/oder Phlogopit. Solche Gesteine wird "Peridotit" genannt. [Wenn Sie die Mineral-Namen anklicken sehen Sie Dünnschliffbilder dieser Minerale in Mantelperidotiten der Eifel.]

Warum schmilzt nun der Mantel? Spontan würde man wohl auf Temeraturerhöhung tippen, doch wie soll in einem bestimmten Mantelbereich die Temperatur erhöht werden? Tatsächlich kommt es in der Regel durch Druckentlastung bei gleichbleibenden Temperaturen zum Aufschmelzen, wobei die Druckentlastung durch den Aufstieg von Mantelmaterial erzeugt wird. Ein weiterer, ebenfalls häufiger Mechanismus ist, daß die Liquidustemperatur (d.h. die Temperatur, bei der das Aufschmelzen beginnt) durch Zufuhr von Wasser gesenkt wird. Dies ist z.B. im Bereich von Subduktionszonen der Fall, an denen "nasse" ozeanische Kruste in den Erdmantel sinkt. Das H2O steigt in den darüberliegenden Mantelkeil auf und verursacht dessen Teilaufschmelzung.

Weiter zum Abschnitt über den Aufstieg des Magmas.

Mantelperidotit

Mantelperidotit vom Dreiser Weiher (Westeifel); der Peridotit wird von einem Phlogopit-Amphibol-Gang durchzogen.

Phasendiagramm von Peridotit

Phasendiagramm (Zustandsdiagramm) von Mantelperidotit.
Ol = Olivin, Opx = Orthopyroxen, Cpx = Klinopyroxen, Spin = Spinell, gt = Granat.
Linie 1 ist der sogenannte "Solidus", d.h. bei tieferen Temperaturen ist der Peridotit vollständig fest, Linie 2 ist der "Liquidus", bei höheren Temperaturen ist der Peridotit vollständig aufgeschmolzen; in dem Feld zwischen den Linien 1 und 2 ist er teilweise aufgeschmolzen.

Phasendiagramm von Peridotit

Dieses Peridotit-Phasendiagramm zeigt den mit steigender Temperatur bzw. sinkendem Druck steigenden Aufschmelzungsgrad. Roter Pfeil: Schmelzbildung durch Druckentlastung.