Olivinknollen - woher kommen sie ?

[giantcrystal]

Hallo aus Mittelfranken

(Fast) jeder Mineraliensammler kennt sie : Olivinknollen, die in mehr oder minder großer Anzahl in basaltischen Laven oder auch Tuffen vorkommen, bekannte Fundstellen sind der Dreiser Weiher in der Eifel, der Hühnerberg im Siebengebirge und verschiedene Vulkane im Westerwald oder auch der Rhön etc. etc. Auch international gibt es viele Fundorte, zum Beispiel reichlich auf Lanzarote...

Olivinknollen sind meist rundlche "Eier" mit leicht angeschmolzenen Kanten in den Größen von wenigen Zentimetern bis zu wenigen Dezimetern und sind eigentlich immer sehr ähnlich aufgebaut : mehr oder minder große körnige Kristallite von olivgrünen Olivin (Forsterit) mit wenigen dunkler grünen Chromdiopsidkörnern sowie schwarzen Picotit - Spinellkörnchen.

Soweit, so gut...aber woher stammen diese Olivinknollen eigentlich ? Ganz offensichtlich werden sie ja von den Basalten oder auch Tuffen aus dem tieferen Untergrund während des Ausbruches mit heraufgebracht...aber wo ist das Ursprungsgestein davon ?

Ich hatte in den vergangenen Jahren mehrfach Gelegenheit, mir tiefere Gesteine der Erdkruste und Erdmantelgesteine anzuschauen, beispielsweise in Zypern und im Oman sowie jüngst erst in Südspanien - wobei sich ein ähnlicher Befund ergibt : Unter einer Schicht von Meeressedimenten (Umbra, Radiolarite) folgen nach unten zu basaltische Laven (Pillows, sheeted dykes) sowie noch weiter unten Gabbros und schließlich Peridotite / Serpentinite.

Peridotite = stark olivinhaltige Gesteine gibt es dort unten also ohne Frage reichlich, aber stets in massiver (und häufig serpentinisierter) Form und niemals als körnige Kristallite wie in den erwähnten Olivinknollen...

Von wo also stammen diese eigentlich ?

Über rege Diskussion freut sich

Thomas

[Alcest]

Hallo,

das Ursprungsgestein/die Schmelze ist im Mantel zu finden.

Hier mal kurz die Zusammensetzung des Erdmantels:

Element - Anteil
O - 44,8    
Si - 21,5
Mg - 22,8
Fe - 5,8

Olivin: (Mg,Fe)₂[SiO₄]. Olivin ist das häufigste Silikatmineral im Mantel und kommt wegen den hohen Drücken und Temperaturen einfach nicht dazu, dort unten gut auszukristallisieren. Wenn eine Schmelze aber explosionsartig an die Erdoberfläche geschossen wird (z.B. durch Vulkanausbrüche), hat diese keinerlei derartige Einschränkungen mehr.

Ich hoffe, das passt soweit.

Jan

[smoeller]

Hallo Thomas,

Es sind halt Teile des Peridotits, aus dem der Erdmantel besteht. Dieser besteht aus Olivin + Klinopyroxen (Chromdiopsid) + Orthopyroxen (Enstatit) und -ja nach Tiefe- einer Aluminiumphase. In geringer Tiefe (bis ca. 30 km) unter der ozeanischen Kruste ist das Plagioklas (Plagioklas-Peridotit), in einer Tiefe bis 80 km Spinell (Spinell-Peridotit) und darunter Granat (Granat-Peridotit). Die meisten der Xenolithe in den Vulkaniten sind Spinell-Peridotite, also stammen diese aus einer Tiefe von ca. 30-80 km. Die Laven müssen also auch mindestens aus dieser Tiefe stammen. Über die Quelle der Lava gibt der (auf Chondrit normierte) Gehalt an Seltenen Erden in den Vulkaniten Auskunft. Die Kurve der schweren Seltenen Erden fällt steil ab, wenn das Gestein Granat enthält, da diese in Granat zurückbleiben. Wenn die Kurve flach ist, lag die Quelle höher als 80 km.

In ganz seltenen Fällen gibt es sogar Gesteine aus noch größerer Tiefe, etwa im sächsischen Granulitgebirge, wo Majorit (bzw. dessen Pseudomorphosen) gefunden wurde, das nur bei hohem Drucken im Erdmantel stabil ist.

Die Körnigkeit? Gute Frage. Könnte davon kommen, dass die Gesteine in der Magmenkammer rekristallisiert sind.
Es gibt allerdings auch Kumulate (zuerst abgeschiedene und sich am Boden/Rand der Magmenkammer anreichernde Bestandteile des Magmas), die tw. nur schwer von den Xenolithen zu trennen sind. Meist als Kumulate sind Gesteine mit exotischem Charakter anzusehen, z.B. solche mit Pyroxenen oder Amphibolen als Hauptbestandteil neben Granat oder Olivin, in alkalireichen Gesteinen auch Hauyn.

Glück Auf!
Sebastian

[openpit]

Hallo Thomas,

noch als kurze Ergänzung: Die von Dir beschriebene Abfolge ist typisch für Ophiolithe.

Glück Auf!
Micha

[giantcrystal]

Hallo aus Mittelfranken

Erst einmal vielen Dank für die Antworten.

Vielleicht noch einmal zur Verdeutlichung, um was es mir hier geht und was ich nicht verstehe :

An vielen Stellen weltweit findet man in basaltischen Laven grobkristalline Olivinknollen mit Kristalliten im Millimeter bis gelegentlich in den knappen cm - Bereich. Diese Knollen sind sich im Mineralbestand und in Textur  - völlig unabhängig vom Fundort - meist sehr ähnlich ! (Ausnahmen gibt es sicherlich)

Die Olivinknollen sehen nicht so aus, als wären sie im Magma / Lava / Tuff auskristallisiert, sondern bereits vorher in einem tieferen Krusten (Mantel ?) niveau, von wo aus sie im festen Zustand (!) mit den Magma oder auch bei Tufferuptionen nach oben befördert wurden. Hierfür sprechen unter anderem auch die Aufschnelzstrukturen an der Oberfläche der Knollen und der Umstand, das diese in lang fliessenden Lavaströmen immer kleiner werden, also sukzessive aufgeschmolzen werden.

Fazit : Olivinknollen sind frühe Kristallisate, die von basaltischen Magmen oder auch von Tuffitexplosionen aus einem festen Gesteinsverband mitgerissen werden und als Xenolithe zur Erdoberfläche gelangen.

Frage : Warum findet man solche sehr typischen Olivin - Kristallisate nicht als größere Gesteinsverbände in Ophiolit - Abfolgen oder anderen Tiefengesteinen, sondern eben nur als Auswürflinge ? Sollte man eigentlich - so häufig, wie Olivinknollen in Basalten vorkommen, finden können...tut man aber nicht ! Warum ?

Glück Auf

Thomas

[kks]

Hallo,

vorweg erst mal: Ich weiß es auch nicht, aber ich könnte mir folgendes vorstellen

Basalt enthält normalerweise Amphibole, also letztlich Wasser, während der Mantel ziemlich trocken sein dürfte. Es könnte also sein, dass das Wasser als leicht bewegliche Phase auch in die Mantelxenolithe eindringt und dort das Wachstum großer Kristalle begünstigt.

Aber wie gesagt, alles Spekulation.

Gruß,
Klaus

[smoeller]

Hallo,

@kks: Der Mantel ist nicht trocken! Neuere Studien zeigen in der IR-Spektroskopie nominell wasserfreier Minerale wie Olivin und Pyroxen deutliche Banden von OH-Gruppen. Das erstaunliche Fazit war, dass im Mantel mehr Wasser gebunden ist als in allen Ozeanen der Erde. Literatur kann ich leider nichts zu sagen, das war mal in einem Vortrag, den ich in Kiel als Student gehört hatte.

Glück Auf!
Sebastian

[Erik]

Frage : Warum findet man solche sehr typischen Olivin - Kristallisate nicht als größere Gesteinsverbände in Ophiolit - Abfolgen oder anderen Tiefengesteinen, sondern eben nur als Auswürflinge ? Sollte man eigentlich - so häufig, wie Olivinknollen in Basalten vorkommen, finden können...tut man aber nicht ! Warum ?

Olivinknollen sind ja nichts anderes als Dunit; findet man schon als Bestandteil von Ophiolithkomplexen in Subduktionszonen (Zypern zB.), nur ist dieses Gestein an der Erdoberfläche in der Regel völlig serpentinisiert. Kleinere Brocken können als Auswürflinge schnell und somit ohne Alteration an die Erdoberfläche gelangen. Größere Brocken werden weniger leicht mitgerissen. Es gibt sie allerdings schon - auf der Ardnamurchan-Halbinsel in Schottland konnte ich vor ein paar Jahren im Rahmen einer Exkursion mehrere Meter große xenolithische Schollen aus kaum alteriertem Dunit (in Gabbro) bewundern

Gruß, Erik

[giantcrystal]

@ Erik

Ohne Zweifel gibt es reichlich nicht serpentinisierte, also frische Dunite = Peridotite in verschiedenen Ophioliten zu finden, z.b. in Zypern, im Oman, in Südspanien oder eben auch in Schottland, wie Du richtig schreibst.

Nur liegen diese Dunite dann meist in massiver Form vor, gelegentlich auch als offene Brekzien mit mitunter schönen Olivinkristallen, z.b. auf der Insel Seberged im Roten Meer. Nie aber zeigen diese Dunite die typisch grobkristalline, körnige Struktur der Olivinknollen aus Basalten !

Glück Auf

Thomas

[Jörg]

Hallo,

Olivinknollen sind grundsätzlich Erdmantelgesteins-Xenolithe, welche bevorzugt in Alkalibasalten vorkommen.
Wie bereits geschrieben, unterlagen die grobkörnien Varianten, durch einen sehr schnellen Aufstieg der Schmelze bedingt, keiner nennenswerten Alteration, wie es bei fayalitischem Olivin als Ganggestein (z. B. Apotroctolit), typisch ist.
Generell sind peridotitische Xenolithe in alkalibasaltischen Vulkaniten, die am wenigsten veränderten Xenolithe, welche aus dem Erdmantel stammen.
Die eher grobkörnigen Olivinbomben oder -knollen, werden das gleiche, zumindest das ähnliche Aussehen haben, wie bereits im Erdmantel.

Wird bei VINX R 2005 Gesteinsbestimmung im Gelände, S. 419 so beschrieben.

Glück Auf!
Jörg

[Erik]

Nie aber zeigen diese Dunite die typisch grobkristalline, körnige Struktur der Olivinknollen aus Basalten

Die erwähnten Schollen in Schottland schon - das waren tatsächlich "Olivinknollen" in groß. Es regnete damals leider so extrem, dass ich meine Kamera im Auto ließ und so keine Bilder machen konnte

Ich denke die grobkristallinen Dunite alterieren einfach deutlich leichter als massives, feinkristallines Material und sind so als frisches Gestein an der Erdoberfläche gar nicht mehr erhalten. Keine Ahnung, so würde ich mir das erklären...

Gruß, Erik

[berthold]

Hallo,

ich glaube die Größe der Knollen hängt von der Fördergeschwindigkeit ab. Die Mineralien der Olivingruppe haben eine etwas höhere Dichte als der Basalt, wir haben eine gravitative Trennung. Die rheologischen Eigenschaften und die Fördergeschwindigkeit der Schmelze wirken sich selektiv auf die Größe der mitgerissenen/geförderten Knollen aus.

Irgendwo habe ich mal eine Arbeit gelesen wie man aus den durchschnittlichen Xenolith-Größen auf die Fördergeschwindigkeit zurückrechnen kann. Leider liefert mein Hirn Sieb da keine Quelle mehr.

Gruß
Berthold

[giantcrystal]

@ Erik

Das hört sich in der Tat interessant an, somit scheinen die schottischen "Olivinknollen" die größten ihrer Art zu sein...

Aber : ich habe mal kurz recherchiert und Ardnamurchan scheint ein vulkanischer Komplex aus Krustenmaterial zu sein und kein Erdmantelgestein...somit gilt wohl nach wie vor mein Statement :

"Nie aber zeigen diese (Mantel) Dunite die typisch grobkristalline, körnige Struktur der Olivinknollen aus Basalten"

Glück Auf

Thomas