Peridotit

Peridotit-Xenolith aus San Carlos, Südwesten der Vereinigten Staaten. Das Gestein ist ein typischer olivinreicher Peridotit, der von einer zentimeterdicken Schicht aus grünlich-schwarzem Pyroxenit durchzogen ist.

Peridotit ist ein dichtes, grobkörniges Eruptivgestein, das hauptsächlich aus den Mineralen Olivin und Pyroxen besteht. Dieses Gestein stammt aus dem Erdmantel. Seine Zusammensetzung variiert je nach dem Mineralgehalt des Gesteins. Im Allgemeinen ist es reich an Magnesium, mit beträchtlichen Mengen an Eisen und weniger als 45 % Siliziumdioxid. Es wird daher als ultramafisch oder ultrabasisch bezeichnet. Die Zusammensetzung einiger Peridotit-Knollen gibt Aufschluss über die Materialien und Prozesse, die in der frühen Erdgeschichte eine Rolle gespielt haben.

Peridotit wird auch wegen seines wirtschaftlichen Wertes gesucht. Ein Teil des Gesteins wird für den Zierstein Peridot abgebaut, der aus Olivin in Edelsteinqualität besteht. Die sulfidischen Erze von Nickel und Platin sowie die Chromitform von Chrom sind häufig mit Peridotit vergesellschaftet. Bei Hydratation bei niedrigen Temperaturen wird Peridotit zu Serpentin, der Chrysotilasbest und Talk enthalten kann.

Klassifizierungsdiagramm für Peridotit und Pyroxenit, basierend auf den Anteilen von Olivin und Pyroxen. Der hellgrüne Bereich umfasst die häufigsten Zusammensetzungen von Peridotit im oberen Teil des Erdmantels (teilweise übernommen von Bodinier und Godard (2004)).

Vorkommen

Peridotit ist das dominierende Gestein im oberen Teil des Erdmantels. Es wird entweder in Form von festen Blöcken und Bruchstücken oder von Kristallen gewonnen, die sich aus im Erdmantel gebildeten Magmen gebildet haben.

Die Zusammensetzung von Peridotitknollen, die in bestimmten Basalten und Diamantröhren (Kimberliten) gefunden werden, ist von besonderem Interesse, da sie Proben der Mantelwurzeln von Kontinenten liefern, die aus Tiefen von etwa 30 Kilometern (km) bis 200 km oder mehr aufgeworfen wurden. Einige der Knollen weisen Isotopenverhältnisse von Osmium und anderen Elementen auf, die auf Prozesse vor mehr als drei Milliarden Jahren schließen lassen. Sie geben somit Aufschluss über die Zusammensetzung des frühen Erdmantels und die Komplexität der ablaufenden Prozesse. Daher sind sie für Paläogeologen von besonderem Interesse.

Typen von Peridotit

• Dunit: Besteht aus mehr als 90 Prozent Olivin, typischerweise mit einem Magnesium-Eisen-Verhältnis von etwa 9:1.
• Harzburgit: Besteht hauptsächlich aus Olivin plus Orthopyroxen und relativ geringen Anteilen basaltischer Bestandteile (Granat und Klinopyroxen sind kleinere Bestandteile).
• Wehrlit: Besteht hauptsächlich aus Olivin plus Klinopyroxen.
• Lherzolith: Besteht hauptsächlich aus Olivin, Orthopyroxen (häufig Enstatit) und Klinopyroxen (Diopsid) und hat relativ hohe Anteile an basaltischen Bestandteilen (Granat und Klinopyroxen). Durch teilweises Aufschmelzen von Herzolith und Extraktion der Schmelzfraktion kann ein fester Rückstand von Harzburgit zurückbleiben.

Zusammensetzung

Peridotite sind reich an Magnesium, was den hohen Anteil an magnesiumreichem Olivin widerspiegelt.

Die Zusammensetzung von Peridotiten aus geschichteten magmatischen Komplexen variiert stark und spiegelt die relativen Anteile von Pyroxenen, Chromit, Plagioklas und Amphibol wider. Zu den kleineren Mineralen und Mineralgruppen in Peridotit gehören Plagioklas, Spinell (häufig das Mineral Chromit), Granat (insbesondere das Mineral Pyrop), Amphibol und Phlogopit. In Peridotit ist Plagioklas bei relativ niedrigem Druck (in Krustentiefen) stabil, aluminöser Spinell bei höherem Druck (bis in Tiefen von etwa 60 km) und Granat bei noch höherem Druck.

Pyroxenite sind verwandte ultramafische Gesteine, die größtenteils aus Orthopyroxen und/oder Klinopyroxen bestehen; zu den Mineralen, die in geringerer Menge vorhanden sein können, gehören Olivin, Granat, Plagioklas, Amphibol und Spinell.

Ursprünge und Verbreitung

Es wird angenommen, dass Peridotite auf zwei Arten entstanden sind: (a) als Mantelgestein, das sich während der Akkretion und Differenzierung der Erde gebildet hat, oder (b) als Kumulationsgestein, das durch die Ausfällung von Olivin und Pyroxenen aus basaltischen oder ultramafischen Magmen entstanden ist. Diese Magmen stammen letztlich aus dem oberen Erdmantel durch teilweises Aufschmelzen von Mantelperidotiten.

Peridotit ist das dominierende Gestein des Erdmantels oberhalb einer Tiefe von etwa 400 km. Unterhalb dieser Tiefe wird Olivin in ein Mineral mit höherem Druck umgewandelt. Ozeanische Platten bestehen aus bis zu etwa 100 km Peridotit, der von einer dünnen Kruste bedeckt ist. Diese Kruste, die in der Regel etwa 6 km dick ist, besteht aus Basalt, Gabbro und kleineren Sedimenten. Der Peridotit unterhalb der Ozeankruste, der so genannte „abyssale Peridotit“, befindet sich an den Wänden von Rissen in der Tiefsee.

Ozeanische Platten werden normalerweise in Subduktionszonen in den Erdmantel zurückgeführt. Einige Stücke können jedoch durch einen Prozess, der Obduktion genannt wird, in die kontinentale Kruste eingelagert oder über diese geschoben werden, anstatt in den Erdmantel getragen zu werden. Die Einlagerung kann während der Orogenese (Gebirgsbildung) erfolgen, z. B. bei der Kollision eines Kontinents mit einem anderen oder bei einem Inselbogen. Die in die kontinentale Kruste eingelagerten Stücke ozeanischer Platten werden als Ophiolite bezeichnet. Typische Ophiolite bestehen zumeist aus Peridotit mit Nebengesteinen wie Gabbro, Kissenbasalt, Diabas-Sill-and-Dike-Komplexen und rotem Hornstein. Andere Peridotitmassen wurden als feste Massen in Gebirgsgürtel eingelagert, scheinen aber nicht mit Ophiolithen verwandt zu sein; sie werden als „orogene Peridotitmassive“ und „alpine Peridotite“ bezeichnet.

Peridotite kommen auch als Fragmente (Xenolithe – ein Gesteinsfragment, das von einem größeren Gestein umhüllt wird, wenn sich letzteres entwickelt und verfestigt) vor, die von Magmen aus dem Erdmantel heraufgetragen werden. Zu den Gesteinen, die in der Regel Peridotit-Xenolithe enthalten, gehören Basalt und Kimberlit. Bestimmte vulkanische Gesteine, manchmal auch Komatiite genannt, sind so reich an Olivin und Pyroxen, dass sie ebenfalls als Peridotit bezeichnet werden können. Kleine Stücke von Peridotit wurden sogar in Mondbrekzien gefunden.

Die Gesteine der Peridotit-Familie sind an der Oberfläche selten und sehr instabil, da Olivin bei den typischen Temperaturen der oberen Kruste und an der Erdoberfläche schnell mit Wasser reagiert. Viele, wenn nicht sogar die meisten Aufschlüsse an der Oberfläche sind zumindest teilweise in Serpentinit umgewandelt worden, wobei die Pyroxene und Olivine in grünen Serpentin umgewandelt werden. Bei dieser Hydratationsreaktion kommt es zu einer beträchtlichen Volumenvergrößerung bei gleichzeitiger Verformung der ursprünglichen Strukturen. Serpentinite sind mechanisch schwach und fließen daher leicht im Erdreich. In Böden, die sich auf Serpentinit entwickelt haben, wachsen aufgrund der ungewöhnlichen Zusammensetzung des zugrundeliegenden Gesteins ganz besondere Pflanzengemeinschaften. Ein Mineral aus der Serpentingruppe, Chrysotil, ist eine Art Asbest.

Morphologie und Textur

Einige Peridotite sind geschichtet oder bestehen selbst aus Schichten; andere sind massiv. Viele geschichtete Peridotite treten in der Nähe der Basis von Körpern aus geschichteten gabbroischen Komplexen auf. Andere geschichtete Peridotite treten isoliert auf, waren aber möglicherweise einst Teil größerer gabbroischer Komplexe.

Sowohl geschichtete als auch massive Peridotite können eine von drei Haupttexturen aufweisen:

1. Wohlgeformte Olivinkristalle, die von anderen Mineralen getrennt sind. Dies spiegelt wahrscheinlich die ursprüngliche Ablagerung von Olivinsedimenten aus Magma wider.
2. Equigranulare Kristalle mit geraden Korngrenzen, die sich bei etwa 120° schneiden. Dies könnte auf eine langsame Abkühlung zurückzuführen sein, wobei die Rekristallisation zu einer Minimierung der Oberflächenenergie führt.
3. Lange Kristalle mit zackigen, gekrümmten Grenzen. Dies ist wahrscheinlich auf eine innere Verformung zurückzuführen.

Viele Peridotitvorkommen weisen charakteristische Texturen auf. So kommen Peridotite mit gut ausgebildeten Olivinkristallen vor allem als Schichten in gabbroischen Komplexen vor. „Alpine“ Peridotite weisen im Allgemeinen unregelmäßige Kristalle auf, die als mehr oder weniger serpentinisierte Linsen auftreten, die von Verwerfungen in Gürteln gefalteter Gebirge wie den alpinen Regionen, den pazifischen Küstengebirgen und im Vorgebirge der Appalachen begrenzt sind. Peridotitknollen mit unregelmäßiger äquigranularer Textur finden sich häufig in alkalischen Basalten und in Kimberlit-Röhren. Einige amphibolreiche Peridotite weisen eine konzentrische Schichtstruktur auf und bilden Teile von Plutonen, die als zonierte ultramafische Komplexe vom Alaska-Typ bezeichnet werden.

Verwandte Gesteine

Komatiite sind das seltene vulkanische Äquivalent von Peridotit.

Eklogit, ein Gestein, das in seiner Zusammensetzung dem Basalt ähnelt, besteht hauptsächlich aus natriumhaltigem Klinopyroxen und Granat. Eklogit ist mit Peridotit in einigen Xenolithen und in Gesteinen vergesellschaftet, die unter hohem Druck während subduktionsbedingter Prozesse metamorphosiert wurden.

Wirtschaftlicher Wert

Peridotit ist nach dem Edelstein Peridot benannt, einem glasgrünen Edelstein, der in Asien und Arizona (Peridot Cove) abgebaut wird. Ein Teil des Peridotits wird als Zierstein abgebaut.

Peridotit, der bei niedrigen Temperaturen hydratisiert wurde, bildet Serpentin, zu dem auch Chrysotilasbest (eine Form von Serpentin) und Talk gehören können.

Schichtige Intrusionen mit kumuliertem Peridotit sind in der Regel mit Sulfid- oder Chromiterzen verbunden. Sulfide, die mit Peridotiten verbunden sind, bilden Nickelerze und platinartige Metalle. Der größte Teil des heute weltweit verwendeten Platins wird im Bushveld Igneous Complex in Südafrika und am Great Dyke in Simbabwe abgebaut. Chromitbänder, die üblicherweise mit Peridotiten assoziiert sind, sind die wichtigsten Chromerze der Welt.

Hinweise

• Blatt, Harvey, und Robert J. Tracy. 1995. Petrology: Igneous, Sedimentary, and Metamorphic, 2. Auflage. New York: W.H. Freeman. ISBN 0716724383.
• Bodinier, J.-L., und M. Godard. 2004. „Orogenic, Ophiolitic, and Abyssal Peridotites“. In The Mantle and Core. Herausgegeben von R.W. Carson. Amsterdam: Elsevier Pergamon. ISBN 0080437516.
• Farndon, John. 2006. The Practical Encyclopedia of Rocks & Minerals: How to Find, Identify, Collect and Maintain the World’s best Specimens, with over 1000 Photographs and Artworks. London: Lorenz Books. ISBN 0754815412.
• McBirney, Alexander R. 2006. Igneous Petrology, 3. Auflage. Jones & Bartlett. ISBN 0763734489.
• Pellant, Chris. 2002. Rocks and Minerals. New York: Dorling Kindersley. ISBN 0789491060.
• Shaffer, Paul R., Herbert S. Zim, und Raymond Perlman. 2001. Rocks, Gems and Minerals. New York: St. Martin’s Press. ISBN 1582381321.