Peridotit

Peridotit ist ein grobkristallines ultramafisches Gestein, aus dem der größte Teil des Erdmantels besteht. Peridotit enthält mindestens 40 Prozent Olivin; der Rest setzt sich im wesentlichen aus Orthopyroxen, Klinopyroxen und einem aluminiumhaltigen Mineral – je nach Druck und Temperatur Granat, Spinell oder (selten) Plagioklas – zusammen.

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Zusammensetzung

Die chemische Zusammensetzung von Peridotit ist je nach geotektonischem Umfeld verschieden, bedingt aber in jedem Fall eine ultramafische, also von Magnesium- und Eisensilikaten geprägte Mineralogie mit Olivin als dominierendem Mineral. Aus kosmochemischen Modellen sowie Studien an Ophiolithen und Xenolithen sind repräsentative chemischen Zusammensetzungen für Peridotit in verschiedenen Umfeldern, insbesondere auch für „primitiven“, d.h. ursprünglichen, nicht durch Schmelzprozesse an bestimmten Elementen bzw. Mineralen verarmten, Mantel konstruiert worden. Von besonderer Bedeutung ist hier Pyrolit, eine von Alfred Edward Ringwood entwickelte theoretische Zusammensetzung des primitiven Mantels.

Die Zusammensetzung von Peridotit in den obersten 200–300 km des Mantels wird insbesondere durch Schmelzprozesse, in erster Linie unter Mittelozeanischen Rücken und in Subduktionszonen verändert. Durch Schmelzen von Peridotit unter Mittelozeanischen Rücken entsteht basaltische Schmelze, die die ozeanische Kruste bildet. Bei diesen Schmelzprozessen verarmt der Peridotit an bestimmten Elementen, insbesondere an Eisen, Aluminium, Calcium und Natrium; die Änderung des molaren Verhältnisses Mg/(Mg+Fe) wird oft durch die Magnesiumzahl Mg# angegeben. Seine mineralogische Zusammensetzung verschiebt sich dabei zu höheren Olivin- und geringeren Pyroxengehalten hin, wie die nachfolgenden Tabellen zeigen. Peridotit mit mehr als je 10 Prozent Orthopyroxen und Klinopyroxen sowie dem jeweiligen vierten Hauptmineral wird als Lherzolith bezeichnet. Sinkt durch Aufschmelzung der Klinopyroxengehalt unter 10 Prozent, bezeichnet man das verarmte Gestein als Harzburgit, fällt auch der Orthopyroxenanteil unter 10 Prozent, so nennt man das nun zu mehr als 90 Prozent aus Olivin bestehende Gestein Dunit. Ein Peridotit mit weniger als 10 Prozent Orthopyroxen, aber einem höheren Anteil von Klinopyroxen heißt Wehrlit.

Das vierte Hauptmineral im Peridotit des oberen Mantels ist der wichtigste Speicher für Aluminium. Bei Drücken von weniger als ca. 0,9 GPa (etwa 30 km Tiefe) ist dies Plagioklas, zwischen 0,9 und ca. 2,1–2,7 GPa (etwa 60–85 km Tiefe) Spinell und bei noch höheren Drücken Granat. Durch die unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen dieser Minerale kommt es an den Grenzen zwischen den Stabilitätsfeldern auch zu Verschiebungen in den Proportionen der anderen Minerale. Ab etwa 350 km Tiefe und vor allem in der Übergangszone des Erdmantels zwischen 410 und 660 km vereinigen sich Pyroxene und Granat zu aluminiumarmen Granat und dann zu Granat-Majorit, während Olivin sich zu seinen Hochdruckformen Wadsleyit und Ringwoodit umwandelt. – Im unteren Mantel ändert sich die Mineralogie vollständig und umfasst Perovskite und Ferroperiklas.

Neben den obengenannten Hauptmineralen enthält Peridotit je nach den lokalen chemischen Bedingungen noch kleine Mengen anderer Minerale, deren Existenz z.T. vom Gehalt an Volatilen abhängt. Besonders in Subduktionszonen, wo der Anteil von Wasser im Mantel im Promille- oder sogar Prozentbereich liegen kann, kommen Minerale vor, in deren Summenformel Wasser bzw. Hydroxyl (OH) auftritt, z.B. Amphibol oder Phlogopit. In kohlendioxidreichen Umgebungen kann sich Graphit oder Diamant bilden. Volatile beeinflussen auch die Lage des Schmelzpunktes; so liegt die Solidustemperatur von wassergesättigtem Peridotit mehrere hundert Grad unter der von wasserfreiem.

Datenquellen

• Green, D. H., Falloon, T. J.: Pyrolite: A Ringwood concept and its current expression. In: The Earth's Mantle - Composition, Structure, and Evolution, hrsg. v. I. Jackson, S.311-378, Cambridge University Press, (1998) (chemische Zusammensetzung MORB-Pyrolit)
• McDonough, W. F., Rudnick, R. L.: Mineralogy and composition of the upper mantle. In: Ultrahigh-pressure mineralogy, hrsg. v. R. Hemley, R. D. Mao, Rev. Mineral. 37, S. 139-164, MSA, Washington, D.C. (1998) (chemische und mineralogische Zusammensetzung)