Effect of mineralogy and texture in the TiO2 pigment production process of the Tellnes ilmenite concentrate

Summary The mineralogy and textural relationships of the Tellnes ilmenite concentrate were determined to evaluate the effect of mineralogical characteristics of the raw material on sulphate-route TiO₂ pigment production. It was found that the presence of hematite exsolutions and their grain size, twinning, the amount of ferric iron in the ilmenite, and the grain size distribution of the feed material affected the solubility of the ilmenite concentrate. Structural discontinuities, such as twinning, favoured the leaching of ilmenite grains. Depending on the size and distribution of exsolved hematite, there is a good correlation between the degree of dissolution of ilmenite and the amount of exsolved hematite from ilmenite. On the other hand, the coarser the ilmenite grain in the digestion step is the lesser the solubility. The quantity of trace elements, such as Cr and V, and their provenances in the mineral lattices normally affect the quality of the pigment. Their concentrations in the Tellnes ilmenite, however, are associated with the exsolved hematite which does not go into solution. Mg affects the precipitation process, and the MgO content of the concentrate is 4% which is mainly bound in ilmenite lattices. In contrast, MgO rises to 10% in unreacted solids due to the accumulation of insoluble Mg-bearing silicates.

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Der Effekt von Mineralogie und Textur auf den Produktionsprozeß von TiO₂ Pigmenten aus Ilmenit-Konzentraten von Tellnes

Zusammenfassung Die Mineralogie und die texturellen Beziehungen der Ilmenit-Konzentrate von Tellnes wurden untersucht, um den Effekt der mineralogischen Charakteristika des Rohmaterials auf die sulfatische TiO₂ Pigmetproduktion zu evaluieren. Es wurde herausgefunden, dass die Anwesenheit von Hämatit-Entmischungen und deren Korngröße, Verzwilligung, der Anteil an dreiwertigem Eisen im Ilmenit und die Korngrößenverteilung des aufgegeben Rohmaterials die Löslichkeit des Ilmenit-Konzentrates beeinflussen. Strukturelle Diskontinuitäten, wie etwa Zwillinge, begünstigen das Auslaugen der Ilmenitkörner. In Abhängigkeit von der Größe und Verteilung des entmischten Hämatits, gibt es eine gute Korrelation zwischen dem Grad der Auflösung von Ilmenit und der Menge an entmischtem Hämatit im Ilmenit. Andererseits sinkt die Löslichkeit von Ilmenit mit Zunahme der Korngröße. Die Gehalte an Spurenelementen, wie etwa Cr und V und ihre Provenienz in den Kristallgittern beeinflussen normalerweise die Qualität des Pigments. Im Tellnes Ilmenit sind sie allerdings an den entmischten Hämatit gebunden, der nicht in Lösung geht. Magnesium beeinträchtigt den Ausfällungsvorgang. Der MgO-Gehalt des Konzentrats ist 4% und ist überwiegend an das Ilmenitgitter geknüpft. Im Gegensatz dazu steigt, infolge der Akkumulation der unlöslichen Mg-führenden Silikate, der MgO-Gehalt auf 10% in den nicht reagierenden Festphasen au.

     

Der Eukrit von Stannern

Zusammenfassung Die Beobachtungen beim Fall des Meteoriten von Stannern am 22. Mai 1808 werden zusammenfassend dargestellt. Der Eukrit von Stannern besitzt eine Porosität von 15 % und besteht nach mikroskopischen Beobachtungen aus ophitischen und brecciösen Partien, welche 33 Vol.-% Bytownit (An₈₄),11 Vol.-% Hypersthen (Fs₅₅), 49 Vol.-% Pigeonit (Fs₅₅En₃₅Wo₁₀), etwa 5 Vol.-% Quarz und geringere Mengen von Ilmenit, Troilit und Chromit enthalten. Alle these Mineralien werden näher beschrieben. Eine neue chemische Analyse wird mitgeteilt, die mit dem mikroskopischen Befund gut übereinstimmt. Aus einer Schmelze bildeten sick zuerst Bytownit und Hypersthen in nahezu eutektischem Mengenverhältnis. Danach wurde der Hypersthen unter gleiehzeitiger starker mechanischer Beanspruchung des ganzen Gesteins (Breccienbildung) zum größten Teil in Pigeonit umgewandelt und es kam zusätzlicher Pigeonit zur Abscheidung. Nach Abschluß der Breccienbildung entstanden als letzte Bildungen Quarz, Ilmenit und Troilit. In den letzten Phasen der Bildung spielten möglicherweise flüchtige Bestandteile eine Rolle, die heute nicht mehr im Meteoriten vorliegen. Die chemische Zusammensetzung des Eukrits von Stannern und die der übrigen Careichen Achondrite wird mit der der Chondrite und irdischen Basalte verglichen und es werden mögliche genetische Zusammenhänge diskutiert. Jedenfalls können Eukrite und Howardite nur auf nicht zu kleinen planetarisehen Körpern entstanden sein, wo Kristallisationsdifferentiation und lanusame Abkiihlung möglich waren. Die in der Atmosphäre gebildete Schmelzrinde der Steine von Stannern enthält viele Blasen, die durch des Sieden der Silikatschmelze erzeugt wurden. Aus dem Dampf schlug sick bei der Abkühlung in den Blasen und auf der Außenseite der Steine Wollastonit ab. Im Glas entstanden geringe Mengen Enstatit oder Klinoenstatit.     

Zur Bildung und Zusammensetzung der brennbaren Gesteine

Zusammenfassung Vorbedingung für die Bildung von Brennsteinlagerstätten ist die Bildung von Hohlformen der Erdoberfläche. Als solche kommen in erster Linie orogene Vortiefen und Zwischensenken, sowie epirogene Senken in Frage. Je nach Schnelligkeit und Vollständigkeit der Abdichtung bleiben u. U. auch leichter zersetzliche Stoffe erhalten; dementsprechend entstehen aus meerischen Gyttjen unter zunächst oxydativen Bedingungen Brennsteine von der Art des Kuckersits, aus meerischen Sapropelen polybituminöse Gesteine und Erdöl. Festländisch bilden sich die Kohlen, zu denen auch Unterwasserablagerungen (Bogheads=Algengyttjen; Cannels = Dy, Sapropel, Gyttja; beide stets mit Dy-Grundmasse) gehören. Porphyrine und Metallgehalte gestatten eine Unterscheidung der Haupttypen der Brenngesteine und eine Zuweisung des Erdöls zu den Sapropelgesteinen.Bei der Kohlenbildung spielt das Lignin die Hauptrolle, die Zellulose wird im Torf und während früher Braunkohlenstadien abgebaut. Bei der Bildung der Kerogengesteine werden die Eiweißstoffe zersetzt, Fette und Kohlehydrate spielen wohl die Hauptrolle. Nur bei der Bildung der Sapropelite einschl. des Erdöls spielen außer Kohlehydraten (und den geringen Mengen von Fetten und Ölen) die Eiweißstoffe eine wesentliche Rolle. Die erstentstehenden Öle sind Alkane. Oberflächeneinflüsse (z. B. Tiefenstandwasser mit Sauerstoffsalzen) bewirken die Naphtenisierung; infolge der damit verbundenen Temperaturerhöhung entstehen die Aromaten, die sich später wieder in Naphtene zurückbilden.Die qualitative Geochemie verbindet die Anreicherung von Elementen und Molekülen in Gesteinen mit den Vorgängen, die im Ablagerungs- und Umbildungsraum herrschen (Fazies, Diagenese usw.). Sie führt zur Kennzeichnung der Ablagerungs- und Umbildungsräume durch typische Elemente oder Moleküle, bzw. durch deren Vergesellschaftung oder Mengenverhältnis.     

Genesen von Graniten und Migmatiten auf Grund neuer Experimente

Zusammenfassung Die Genese von Graniten und Migmatiten wird in einem ursächlichen Zusammenhang mit regionaler hochgradiger Metamorphose gesehen. Deshalb wurde experimentell unter 2000 Atm H₂O-Druck die Metamorphose von verschiedenen Sedimentgesteinen durchgeführt, und zwar wurden außer Grauwacken vor allem verschiedene kalkfreie und kalkführende Tone behandelt, bei denen auch z. B. der Adsorption von Na⁺ in der Tiefe Rechnung getragen wurde.Es ergab sich, daß die höchstgradige metamorphe Fazies nur dann erreicht wird, wenn bei 2000 Atm H₂O-Druck die Temperatur größer als 630 ± 30° C gewesen ist. Die höchstgradige Mineralvergesellschaftung bleibt aber nur stabil bis 700 ± 40° C. Sobald diese Temperatur überschritten wird, beginnt der Bereich der Anatexis, d. h. der Metamorphit wird partiell verflüssigt. Das Auftreten einer Schmelzphase ist bei jenen p-t-Bedingungen zwangsläufig, wenn der Metamorphit Quarz und Feldspat enthält.Die zuerst gebildete Schmelze hat aplitische Zusammensetzung. Mit steigender Temperatur vergrößert sich meistens die Menge der Schmelze, und es verändert sich die Schmelzzusammensetzung, bis schließlich ein sogenannter Endzustand der Anatexis erreicht ist. Die Temperatur, bei der dieser Zustand erreicht ist, die Menge der Schmelze und ihre Zusammensetzung sind durch den quantitativen Mineralbestand des hochgradigen Metamorphits bedingt. Die Schmelzmenge beträgt mehr als die Hälfte, oft mehr als 2/3 und bisweilen über 80–90% des Metamorphits. Die weitaus am häufigsten gebildeten anatektischen Schmelzen, nämlich diejenigen, die bei der Anatexis ehemaliger Tonschiefer entstehen, sind granitisch-granodioritisch; Grauwacken liefern granodioritische oder tonalitische Schmelzen.Es geht aus den Experimenten hervor, daß ohne irgendwelche Materialzufuhr oder -abfuhr in der anatektischen Schmelze eine Anreicherung von Si und Alkalien (vor allem von Na) und eine Verarmung an Al, Mg und Ca gegenüber dem Ausgangsgestein eintritt. Letztere Elemente sind im nicht mit aufgeschmolzenen Restkristallin in Form von Cordierit, Biotit, Sillimanit, An-reichem Plagioklas und/oder Granat konzentriert.Es wird gezeigt, daß anatektisch gebildete granitische Schmelzen, wenn sie von dem kristallin gebliebenen Rest-Teil des ehemaligen Metamorphits getrennt sind, also mit ihm nicht mehr reagieren können, um mehr als 100° C überhitzt sein können; sie sind daher intrusionsfähig. Separierung der anatektisch gebildeten Schmelzen von dem kristallinen Rest über größere Bereiche führt zu homogenen granitischen Gesteinen. Konnte die Separierung nur im Bereich von cm und dm erfolgen, dann sind autochthone inhomogene granitische Gesteine oder Migmatite entstanden. Experimentelle Hinweise für das Zustandekommen der Mannigfaltigkeit der Textur bei Migmatiten werden gegeben.     

Der Weinsberger Granit im südlichen österreichischen Moldanubikum

Zusammenfassung Der Weinsberger Granit, der älieste der moldanubischen Granite Österreichs, ist ein sehr grobkörniger porphyrischer Biotitgranit mit (Volum-%) 35 bis 37% Mikroklin, 33–35% Plagioklas, 19–22% Quarz und 9–13% Biotit. Die Mikrokline sind dicktafelig nach M, erreichen eine Länge von bis zu 18 cm, fübren häufig orientierte Plagioklas- und Biotiteinschlüsse und sind stark perthitisch. Die Zusammensetzung liegt um 80 Gew. % Or, die der entmischten Kalifeldspatphase um 88% Or. Charakteristisch sind noch die hohe Triklinität und der inverse Zonarbau. Die Plagloklase sind wesentlich kleiner, sind selten primär, jedoch immer sekundär verzwillingt und zeigen einen schwachen oszillatorischen oder progressiven Zonarbau. Die durchschnittliche Zusammensetzung liegt zwischen 27 und 31% An. Die Biotite sind rothraun, stark pleochroitisch und durchweg 1 M-Polymorphe. Die Zirkone magmatischen Ursprungs sind rötlich bis undurchsichtig, zonar und sehr groß (bis zu 0·8 mm). In den Randzonen finden sich vom Nebengestein übernommene Zirkone, welche etwas kleiner und farblos sind. Das häufigste Akzessorium ist der Apatit, sehr selten findet sich Magnetit. Sehr nahe am Kontakt tritt als Verunreinigung Almandin und Muskowit auf. Auf Grund der vorliegenden Untersuchung und der im Felde von verschiedenen Autoren und vom Verfasser gemachten Beobachtungen ist die Entstehung des Weinsberger Granites auf magmatische Vorgänge zurückzuführen. Die Intrusion, die wahrscheinlich in engem Zusammenhang mit der Metamorphose des Moldanubikums stand, erfolgte unter Bedingungen, die einem p-H₂O von zinka 5000 Bar enlaprechen, also in großer Tiefe und bei relativ niedriger Temperatur.Mit 6 Textabbildungen     

Heterotype Mischbarkeit zwischen Wolframit- und Columbitgruppe

Zusammenfassung Bei der NNachprüfungder Niobatsysteme mit verbesserten Apparaturen wurde festgestellt, daß sich MnNbO₄, NiNbO₄ und CoNbO₄ ^4b als MnNb₂O₆, NiNb₂O₆ und CoNb₂O₆ erwiesen. Stabilitätsabschätzungenergaben, daß für FeNbO₄ das Rutilgitter bis zum Schmelzpunkt gegen das Wolframitgitter, für TiO₂ das Anatasgitter bis zum Schmelzpunkt gegen das Rutilgitter und für FeNb₂O₆ wahrscheinlich das Rutilgitter gegen das Columbitgitter instabil sind.Für FeWO₄-FeNbO₄ ist unbeschränkte Mischbarkeit bis 6650°C nachgewiesen. Im System MnWO₄-FeNbO₄ entstehen bei Festkörperreaktionen und in Salzschmelzen Mischkristalle verschiedener Zusammensetzung. Die Festkörperreaktionen erreichen die Gleichgewichte im binären System MnWO₄-FeNbO₄ bis herab zu 800° C. Bei Darstellung in Salzschmelzen verschieben sich die Zusammensetzungen der jeweils koexistierenden Mischkristalle gleichsinnig mit den Ausgangskonzentrationen. Diese Verschiebungen werden nur in den Systemen MnWO₄-FeNbO₄ und FeWO₄-FeNbO₄ beobachtet und zurückgeführt auf Unterschiede der Solvatation der verschiedenwertigen Kationen Mn und Fe in den Salzschmelzen, wenn die Diffusionsgeschwindigkeit der zeitbestimmende Teilvorgang ist.Die Systeme FeWO₄-MnNb₂O₆ und MnWO₄-FeNb₂O₆ sind bis zum Einsetzen von Reaktionshemmungen in Salzschmelzen bei 660 bzw. 5550°C unbeschränkt heterotyp mischbar. Der Übergangdes Wolframit- in das Columbitgitter ist durch statistischen Ersatz von Fe₃W₃O₁₂ durch Mn₂Nb₄O₁₂, usw. nach einem Transformationsschema der Indizes mmöglic.Mit sinkender Temperatur treten nicht nur in diesen sondern allgemein in allen untersuchten Systemen Reaktionshemmungen auf, die zum AAufhörender Mischkristallbildung durch Lösungennführen Die zugehörigen Temperaturschwellen stimmen für AB₂O₆-Niobate mit dem unteren Ende der Bildung von Columbit in der Natur überein.Das System FeWO₄-FeNb₂O₆ hat eine MMischungslücke die bei 11185°C noch nicht geschlossen ist. Die Untersuchung des Volumens verschiedener isothermer Mischungsreihen ergab systematische Änderungder Gitterkonstanten mit der Temperatur bei konstantem Volumen, die in Zusammenhang gebracht wird mit Änderungder Aktivitätskoeffizienten gleicher Mischungen mit der Temperatur.Der Nb-Gehalt von Wolframit kann durch Zumischung von FeNbO₄, FeNb₂O₆ und MnNb₂O₆ entstehen, wobei die Aufnahme mit sinkender Temperatur durch Reaktionshemmungen begrenzt wird. Nur im Falle Mn-armer Wolframite kann der Nb-Gehalt durch die Löslichkeit von FeNb₂O₆ in FeWO₄ begrenzt werden.     

Petrologische Untersuchungen an einem alpinotypen Granitgneis und seinen Hüllgesteinen (“Villacher Granitgneis”, Kärnten, Österreich)

Als Ausgangsgestein des Villacher Granitgneises ist ein spätdifferenzierter, saurer Granit anzusehen, wofür folgende Argumente sprechen:

Der Stabilitätsbereich des Pyrophyllits unter dem Einfluß von Säuren

Zusammenfassung Isochemische Experimente bei 2000 Bar Gesamtdruck wurden mit Gemischen aus natürlichem Kaolinit und Quarz bei verschiedenen Molenbrüchen verschiedener anorganischer Säuren durchgeführt. Die Reaktionen, welche zur Bildung und zum Abbau von Pyrophyllit führen, werden durch die Anwesenheit von Säuren im System bivariant, d.h. die Reaktionstemperatur ist nicht allein vom Druck, sondern auch von der Zusammensetzung der fluiden Phase abhängig. Durch starke Säuren (HCl, H₂SO₄) wird sowohl die obere als auch die untere Stabilitätstemperatur des Pyrophyllits stark erniedrigt; schwache Säuren (HF, H₃BO₃) haben keinen nachweisbaren Einfluß auf diese Temperaturen. Die Gründe für die Erniedrigung der Reaktionstemperaturen werden diskutiert; einige Beobachtungen über die Bildung von Zunyit und Topas werden mitgeteilt.

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Mixtures of kaolinite and quartz were subjected to isochemical hydrothermal experiments under 2000 bars fluid pressure and different mole fractions of various inorganic acids. The reactions — leading to the formation of pyrophyllite and its subsequent breakdown — become bivariant in presence of acids, so that not only the fluid pressure but also the composition of the fluid phase need be specified to define the equilibrium temperature uniquely. While strong acids (HCl and H₂SO₄) bring about a remarkable shift of the lower and upper stability limits of pyrophyllite towards lower temperatures, weaker acids like HF and H₃BO₃ do not have any significant influence on the same. Some observations bearing on the genesis of zunyite and topaz are presented and the reasons of the lowering of the equilibrium temperatures are discussed.

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Herrn Professor Dr. H. G. F. Winkler danke ich für sein förderndes Interesse an dieser Arbeit sowie für kritische Diskussionen und viele nützliche Ratschläge bei der Abfassung des Manuskripts. Ferner danke ich ihm für die Erlaubnis zur Benutzung der Apparaturen, die zum Teil mit Hilfe der Deutschen Forschungsgemeinschaft aufgebaut wurden.Den Kollegen vom Mineralogisch-Petrologischen Institut bin ich für wertvolle Kritik zu Dank verpflichtet, ebenso Herrn Feinmechanikermeister Baumbach für die Betreuung der Apparaturen.     

Calcium distribution patterns in alkali feldspar in a quartz syenite from Oki-Dozen, southwest Japan

Summary Microscopically alkali feldspar in a quartz syenite from Oki-Dozen, Japan, consists of clear and turbid areas. Clear areas occur in the interiors of feldspar grains and are cryptoperthitic. Film microperthites are developed with turbidity in the rims, and mosaic microperthites are developed with turbidity in the interiors and in the rims. Turbidity is attributed to the presence of abundant micropores. The chemical compositions of pristine clear feldspars are around Or₃₃Ab₆₄An₃. The interior microperthitic feldspars have lower An content than the clear feldspars. Some areas of the clear and microperthitic feldspars in the interiors are poor in calcium. In contrast, the microperthitic rims contain almost no calcium. The zonal patterns of calcium-rich cores and calcium-poor rims are very distinct in almost all feldspar grains. The overall calcium distribution patterns suggest a secondary calcium-depletion from the feldspars during hydrothermal or deuteric reactions. The development of Or-rich veins transversing feldspar grains and rim albite is consistent with this model. Calcium distribution patterns in alkali feldspar provide new and useful information on processes during geologic events.

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Calcium-Verteilung in Alkalifeldspat eines Quarz-Syenites von Oki-Dozen, Südwest-Japan

Zusammenfassung Mikroskopisch zeigt Alkalifeldspat aus einem Quarz-Syenit von Oki-Dozen, Japan, klare und trübe Bereiche. Die klaren Bereiche treten in den inneren Zonen von Feldspatkörnern auf und sind kryptoperthitisch. Die getrübten Ränder sind Film-Mikroperthite während Mosaik-Perthite Trübung in Kern-und Randbereichen zeigen. Die Trübung ist auf die Anwesenheit zahlreicher Mikroporen zurückzuführen. Die chemische Zusammensetzung der ursprünglichen klaren Feldspäte ist etwa Or₃₃Ab₆₄An₃. Die Kerne der mikroperthitischen Feldspäte haben niedrigere An-Gehalte als die klaren Feldspäte. Im Unterschied führen die Mikroperthit-Ränder kein Kalzium. Die Zonierungsmuster, d.h. Ca-reiche Kerne und Ca-arme Ränder, sind sehr typisch für alle Feldspäte. Die generelle Ca-Verteilung weist auf eine sekundäre Ca-Verarmung der Feldspäte im Zuge hydrothermaler oder deuterischer Prozesse hin. Die Bildung Orreicher Gängehen, die die Feldspatkörner durchsetzen und von Albiträndern stimmen mit diesem Modell überein. Die Ca-Verteilungsmuster in Alkalifeldspat erlauben somit Einblicke in und geben nützliche Informationen über geologische Prozesse.

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With 7 Figures     

Das südöstliche Ende des Oberrheingrabens

Zusammenfassung Im Umkreis der Lörracher Tertiärhügel vergittern sich rheinische und herzynische Brüche und Flexuren, Gräben und Horste. Diese Vergitterung greift bis in den hohen Schwarzwald über. Dabei folgen einander herzynisch gerichtete Gebirgsbreiten, in denen wechselnd rheinische und herzynische Bruchstrukturen die Vorhand haben. Ein Nordvorschub einzelner Bruchstreifen längs rheinischer Schubflächen ist nicht zu bestreiten. Da dieser differentielle Vorschub rheinischer Streifen verschiedener Geschwindigkeit auch im Faltenjura nachweisbar ist, ergibt sich damit ein Weg zur mechanisch-historischen Verknüpfung der Rheintaltektonik mit der Jurafaltung, wogegen die Verbindung mehr oder weniger hypothetischer NO gerichteter Strukturen aufgegeben werden muß.Alle O bis SO gerichteten Brüche und Gräben sind genetisch gleichwertige, aber im einzelnen verschieden alte und daher im Streichen etwas variierende, von ältesten Querfrakturen eines tiefen Stockwerkes aus erzeugte und nach oben durchgepauste Strukturen. Auch die meridionalen Brüche sind auf ältesten Frakturen angelegte Strukturen. Synchron gebildete Strukturen bilden Gitter, wobei die Gitter verschiedener Beanspruchungsphasen entsprechend der Konstanz der Frakturen im Untergrund Winkelkonstanz zeigen, aber im Streichen um geringe Werte variieren.Die Horizontalbewegungen benutzen die meridionalen Brüche als Geleise. Als Folge auftretender Reibung können sich einzelne Blöcke von der gemeinsamen Bewegungsbahn etwas ablösen und verdrehen, wodurch das Variieren im Streichen der Gitter zu erklären ist. Dabei resultieren zusätzliche Beanspruchungen, die hier zur Bildung der Lörracher Flexurschollen (Dehnung und antithetische Rotation in der Horizontalen im Knickwinkel der Flexur) und der Aufpressungszone in der Flexur geführt haben.Die jüngste Heraushebung bedient sich der vorgegebenen Bruchgitter unter Bildung abgewinkelter Hebungsfronten, so daß herzynische und meridionale Brüche wechselweise zu Schienen der Bewegung werden. Der Sierenz-Allschwiler Graben als die tiefste Schollengruppierung im Umkreis der Lörracher Tertiärhügel ist dabei das ins präexistente Bruchgitter des Isteiner Blockes eingesenkte und zweimal abgewinkelte Südostende des Rheintalgrabens.     

Flüssigkeitseinschlüsse mit Gasblasen als geologische Thermometer

Zusammenfassung Es wird unterschieden zwischen Einschlüssen, auf dieSorbys Grundannahme zutrifft, daß eine homogene Phase, wie Wasser, Salzlösung oder CO₂, eingeschlossen wurde, die Blasen also von dem Gas der eingeschlossenen Flüssigkeit gebildet werden, und solchen Einschlüssen, in denen fremdes Gas mit eingeschlossen wurde.Sorby-Einschlüsse können zur Temperaturbestimmung herangezogen werden, wenn entweder der Druck am Bildungsort bekannt ist oder sein Einfluß vernachlässigt werden kann, weil der Füllungsgrad so hoch ist, daß die Libelle schon bei niederen Temperaturen verschwindet. Ist fremdes Gas in der Flüssigkeit gelöst eingeschlossen worden und erst beim Abkühlen frei geworden, so ist der Schluß von der Füllungstemperatur auf die Bildungstemperatur noch unsicherer als bei Sorby-Einschlüssen, weil über den zu erwartenden großen Einfluß des Druckes noch nichts bekannt ist.Ist fremdes Gas als Gasblase eingeschlossen worden, so kann die Füllungstemperatur sehr weit von der Bildungstemperatur abweichen und beim Erwärmen sogar zuerst größer werden. Solche Nicht-Sorby-Einschlüsse sind zu erkennen durch Messung des Füllungsgrades und Vergleich der zugehörigen Füllungstemperatur mit der von Wasser bzw. CO₂ bei gleichem Füllungsgrad.Die Frage, aus was die Einschlüsse bestehen, ist nicht nur für die Temperaturbestimmung von Wert, sondern auch für viele Fragen der Gesteinsbildung und -umbildung. Es wird auf die schon vonBrewster 1826 angegebene Methode der Bestimmung der Brechungszahl mit Hilfe der Totalreflexion hingewiesen.Alle diese Bemerkungen gelten sowohl für primäre wie für sekundäre Einschlüsse.Die Dekrepitationsmethode kann weder primäre und sekundäre Einschlüsse unterscheiden noch die Natur des Einschlusses, noch auch den Füllungsgrad berücksichtigen.     

Folgerungen für die Entstehung der Basalte aus dem speziellen Auftreten der Pyroxene in diesen Gesteinen

Zusammenfassung Die früheren Angaben über die Pyroxenführung, besonders über den Gehalt an rhombischem Pyroxen, wurden in den Basalten der südwestlichen Ausläufer des Vogelsberges überprüft. Es kann in Abhängigkeit vom SiO₂-Gehalt dieser Gesteine eine Beziehung über die Zusammensetzung der Basalte und die Art der auftretenden Pyroxene aufgestellt werden. Vereinfacht ergibt sich, daß die Olivinbasalte keinen rhombischen Pyroxen in der Grundmasse führen - abgesehen von den Olivinknollen - und die Gesteine mit Bronzitführung dem gabbrodioritischen bzw. dioritischen Magmentyp angehören. Daneben kommt Pigeonit in weiter Verbreitung vor. Diese Befunde unterstützen die Auffassung, daß die Olivinknollen der Basalte Reste von assimilierten Peridotiten sind. die dem basaltischen primären Magma zugefügt werden. Dadurch wird ein Hinweis auf den Ort der Bildung der basaltischen Magmen gegeben.     

Coexisting copper sulphides and sulphosalts in the Abakaliki Pb-Zn deposit,lower Benue Trough (Nigeria) and their genetic significance

Summary The Abakaliki lead-zinc deposit in the lower Benue Trough (Nigeria) represents the largest of a series of fracture controlled base metal deposits within the Lower Cretaceous (Albian) Asu River Group shales. Field evidence, ore microscopy and electron microprobe analysis of the lodes, suggest that the vein mineralization commenced with pre-ore precipitation of diagenetic marcasite, pyrite and minor gel-like colloform textured schalenblende and galena especially at the vein/wall rock contacts. This was succeeded by an ore stage consisting mainly of sphalerite, galena, chalcopyrite and pyrite. Accessories include bournonite and boulangerite. There was also a later introduction of complex intergrowths comprising bornite, chalcocite, enargite, and tennantite. In addition a lead/iron bearing copper sulphide and a copper bismuth sulphide of wittichenite composition (Cu₆Bi₂SO₆), the optical parameters of which do not agree with those of wittichenite, were also introduced. The late stage copper sulphides and sulphosalts were formed as replacements of earlier lower temperature (ca. 170°C) main phase mineralization, when temperature rose in minimum up to 230°C.

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Koexistierende Kupfer-Sulfide und Sulfosalze in der Blei-Zink-Iagerstätte Abakaliki, Unterer Benue-Graben (Nigeria) und ihre genetische Bedeutung

Zusammenfassung Die Blei-Zink-Lagerstätte Abakaliki im Unteren Benue-Graben (Nigeria) ist die größte einer Reihe von durch Bruchstrukturen bestimmten Buntmetallagerstätten innerhalb der unterkretazischen (Albian) Asu River Group Shales. Geländebeobachtungen, Erzmi-kroskopie undzeigen, Mikrosondenanalysen zeigen, daß die Gangmineralisation mit der Ablagerung von diagenetischem Markasit, Pyrit und, in kleinerem Ausmaß gel-ähnlicher kolloformer Schalenblende und Bleiglanz, besonders an den Kontaktzonen zwischen Gängen und Nebengestein begonnen hat. Darauf folgte ein Stadium der Erzablagerung, wobei es hauptsächlich zur Bildung von Zinkblende, Bleiglanz, Kupferkies und Pyrit kam. Bournonit und Boulangerit kommen als Nebengemengteile vor. Schließlich gab es eine spätere Bildung von komplexen Verwachsungen, die aus Bornit, Kupferglanz, Enargit und Tennantit bestehen. Außerdem kam es zum Absatz eines Blei-Eisenführenden Kupfersulfids und eines Kupfer-Wismut-Sulfids, dessen Zusammensetzung mit der von Wittichenit (Cu₆B2₂S₆) übereinstimmt, dessen optische Parameter jedoch anders sind. Die späten Kupfersulfide und Sulfosalze wurden durch Verdrängung von früheren Tieftemperaturerzen (ca. 170°C) der Hauptphase gebildet, wo die Temperaturen mindestens bis auf 230°C anstiegen.

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With 4 Figures     

Neues über die Epirogenese und Orogenese in den Westkarpaten

Zusammenfassung Zwei Faltungsepochen, die herzynische und die alpidische, haben in den Westkarpaten zwei übereinanderliegende Faltensysteme erzeugt. Ältere Faltenkerne (vorkambrische und kaledonische) sind unter den Karpaten, an deren Außenrande, zu vermuten. In den Zentralkarpaten sind vorkambrische Faltungsphasen nicht bewiesen, auch die kaledonischen sind unsicher. Die herzynische Hauptphase ist vormoskauisch. Die kimmerischen Bewegungen hatten den Charakter von Wellenbewegungen; sie äußerten sich auch in der Unterkreide. Die alpidische Hauptphase in den Zentralkarpaten ist vorgosauisch, und die zu dieser Zeit gebildeten nordvergenten Decken sind aus den Karpaten in die Ostalpen verfolgbar. In der Klippenzone sind vorgosauische und lokal laramische nordvergente Decken vorhanden. Die savische Faltung führte zu einer Deckenbildung in der Flyschzone, die aber am Nordrande erst intratortonisch abgeschlossen wurde. Die savische Faltung führte in den zentralen Westkarpaten zur Bildung von Großfalten. Ab Anfang Miozän kam es zu einer teilweise synsedimentären Bruchbildung. Kleinere Senkungsbecken wurden im Pliozän und Quartär bis zur Gegenwart in der Donauebene festgestellt. Die Haupthebung der Karpaten als Gebirge erfolgte nach der savischen Phase, im Pliozän und Quartär.     

Sind die alpinotypen Peridotitmassen vielleicht tektonisch verfrachtete Bruchstücke der Peridotitschale?

Zusammenfassung Das Fehlen intensiver Mylonitisierung in vielen Olivingesteinen und die Häufigkeit ungestörter Maschenstrukturen in Serpentinen weisen darauf hin, da\ Flie\en in kristallinem Zustand und durch Wasserdampf erleichterte Gleitung von Kristallen keine allgemeingültige Erklärung für die Platznahme der alpinotypen Ultramafite darbieten.Die hier erörterte Deutung der alpinotypen Ultramafitmassen als tektonisch verfrachtete Bruchstücke der Peridotitschale würde eine einfache Erklärung ergeben für mehrere Phänomene, die sonst schwer zu verstehen sind; es ist aber noch zu überprüfen, ob sie tektonisch möglich ist. Die vorliegende Arbeit hat also einen vorläufigen Charakter und beabsichtigt nur, diese Deutung zur Erwägung zu empfehlen.Nach der hier erörterten Deutung erfolgte die Erstarrung der alpinotypen Peridotite vielleicht schon während einer sehr frühen Periode der Bildung des Erdmantels. Die in Peridotiten vieler Fundorte aufgefundene Gefügeregelung wäre aber möglicherweise auf nachträgliche Metamorphose in der Peridotitschale zurückzuführen: die alpinotypen Peridotite würden also vielleicht als metamorphe Gesteine zu deuten sein. Der Kissenlavenvulkanismus derSteinmann-Trinität wäre eine normale Begleiterscheinung der tektonischen Platznahme der Peridotitmassen; das betreffende Magma würde der Peridotitschale entstammen und während der Bewegung der oberen Teile dieser Schale hochgepre\t worden sein.Die hier erörterte Deutung der alpinotypen Ultramafitmassen würde eine einfache Erklärung darbieten für das augenscheinliche Fehlen sicherer Kontaktmetamorphose, für den immer wieder zu beobachtenden tektonischen Charakter der Ultramafitkontakte, für das übliche Fehlen von Gängen von alpinotypen Ultramafiten in nichtultramafischen Gesteinen und für die häufige Vergesellschaftung der Ultramafite mit offenbar der Unterlage der Geosynklinale entstammenden Massen von Amphiboliten und untergeordneten anderen kristallinen Schiefern. Solche amphibolitreichen Gesteinsmassen wären vielleicht als mitgerissene Bruchstücke der Bedeckung der Peridotitschale zu deuten; es wäre also möglich, da\ derartige Amphibolite usw, wenigstens einen Teil der sog. Basaltschale aufbauen.Es ist für die hier erörterte Hypothese entscheidend, ob sie tektonisch möglich ist. Es ist schon längst bekannt, da\ überschiebungsbahnen oft von Peridotiten oder Serpentinen markiert sind. Nach den Angaben in der bezüglichen Literatur wäre es aber nicht möglich, für alle alpinotypen Ultramafitmassen eine weite Verfrachtung durch überschiebung, Auspressung und Abgleitung anzunehmen. Die hier erörterte Hypothese hat weiter den Nachteil, da\ sie für mehrere Gebiete einen sehr gro\en Zusammenschub postuliert, grö\er als man gewöhnlich annimmt. Es gibt jedoch noch soviel Unstimmigkeit über die Tektonik vieler peridotit- und serpentinführender Gebiete, da\ es berechtigt erscheint, die hier erörterte Hypothese bei künftigen Ultramafitstudien zur Erwägung zu empfehlen.Am Ende dieser Arbeit machte ich den Herren Prof. E.Bederke, Dr. C. G.Egeler, Dr. E.Kundig, H.Koning und A. C.Tobi meinen herzlichen Dank aussprechen für ihre kritischen Bemerkungen beim Durchlesen des Manuskripts; es sei aber hervorgehoben, daB nur der Autor selbst für den Text verantwortlich ist.     

Beiträge zur Kenntnis seltener Arsenatmineralien unter besonderer Berücksichtigung von Vorkommen des Schwarzwaldes

Zusammenfasung Der zweite Teil dieser Arbeit, die mit der vorliegenden Folge ihren Abschluß findet, befaßt sich mit Aluminium- und Eisenarsenaten. Im ersten Abschnitt werden Mineralien der Beudantit-Crandallicgruppe behandelt, im zweiten Abschnitt Glieder der Pharmakosideritgruppe.Zu den beschriebenen Mineralien der Beudantit-Crandallitgruppe gehören Beudantit, Dussertit, Weilerit und ein neues Mineral der Crandallitgruppe von Neubulach.Bei der Untersuchung des Beudantits von der Grube Silberbrünnle bei Haigerach zeigte es sich, daß ein Teil der auftretenden Kristalle sulfatfrei ist. Die sulfatfreien Kristalle weisen gegenüber den sulfathaltigen des Beudantits im eigentlichen Sinne gewisse Unterschiede in den Eigenschaften auf. Ihre Gitterkonstanten sind etwas größer, ebenso die Brechungsindizes. Streng genommen wären die sulfatfreien Kristalle nach der bisherigen Gepflogenheit als neue Mineralart zu betrachten und der Crandallitgruppe zuzuordnen.Dussertit wird von zwei Fundorten des mittleren Schwarwaldes beschrieben. Zum Vergleich wurde auch Dussertit von Djebel Debar/Algerien in die Untersuchungen mit einbezogen.Dem Weilerit, einem neuen Mineral der Beudantitgruppe aus der Grube Michael im Weiler bei Lahr, kommt die Formel BaAl₃H_0–1(AsO₄,SO₄)₂(OH)_7–6 zu. Diese Formelschreibweise trägt der Tatsache Rechnung, daß das AsO₄/SO₄-Verhältnis nicht genau bekannt ist. Zu Vergleichszwecken wurde die Verbindung BaAl₃H(AsO₄)₂(OH)₆, die sich vom Weilerit nur durch das Vergleich der Eigenschaften dieser Verbindung mit jenen des natürlichen Minerals ergaben sich zusätzliche Anhaltspunkte hinsichtlich der Zusammensetzung des Weilerits.Das Mineral der Crandallitgruppe von Neubulach mit der wahrscheinlichen Formel (Ba,Ca,Cu) (Al,Fe)₃H(AsO₄)₂(OH)₆ ist mit dem Weilerit und der erwähnten künstlichen Verbindung eng verwandt, jedoch etwas komplizierter zusammengesetzt. Das teilweise isotrope Verhalten des Minerals sowie niedrige Lichtbrechungswerte lassen auf einen geringen Kristallisationsgrad schließen. Eine Übersicht über die Glieder der Beudantit-Crandallitgruppe mit einer Tabelle beschließt den ersten Abschnitt.Der folgende Abschnitt berichtet über die Entdeckung von zwei neuen Gliedern der Pharmakosideritgruppe. Es konnte festgestellt werden, daß es in der Natur neben dem kalium- und eisen(III)-haltigen Pharmakosiderit auch Glieder gibt, welche Barium an Stelle von Kalium und Aluminium an Stelle von Eisen(III) enthalten. Bariumhaltiger Pharmakosiderit mit Eisen als dreiwertigem Kation (Barium-Pharmakosiderit) wird von der Grube Clara bei Oberwolfach, mit Aluminium und Eisen in wechselnden Mengen bei vorherrschendem Aluminiumgehalt (Barium-Alumopharmakosiderit) von Neubulach beschrieben. Daneben finden sich Angaben über kalium- und eisen(III)-haltigem Pharmakosiderit aus Cornwall. Außerdem wurde reiner Barium-Alumopharmakosiderit künstlich dargestellt. Dadurch waren Rückschlüsse auf das Aluminium/Eisen-Verhältnis im natürlichen Barium-Alumopharmakosiderit möglich. Abschließend wird eine tabellarische Übersicht über die Glieder der Pharmakosideritgruppe gebracht. 3. Folge (Schluß) Mit 6 Textabbildungen     

Zur Mechanik der ostalpinen Deckenbildung

Zusammenfassung Die Mechanik der Deckenbildung ist eine aktuelle Streitfrage bei der Deutung alpiner Gebirgsbildung. Zwei Leitvorstellungen stehen zur Diskussion: 1. Tangentialdruck in der Erdkruste verursacht Faltungen und Deckenüberschiebungen in der mobilen geosynklinalen Zone; 2. Gravitationstektonik zufolge von endogen bedingten Hebungen und Senkungen verursacht die lateralen Massenverlagerungen der alpinen Orogenese.Im ersten Falle also Mobilismus (Wandertektonik), mit Einengung der Geosynklinale, begleitet von Verschluckung der Sialkruste oder crustal buckling. Im zweiten Falle Fixismus (Standtektonik), das heißt nur Durchbewegung der Tektonosphäre zufolge von Materialkreisläufen im geosynklinalen Bereiche, ohne daß notwendigerweise auch die Nebengebiete mitbeteiligt werden und sich nähern müssen.An der Hand von drei genetischen Profilen über Salzburg und die Hohen Tauern wird erläutert, daß es möglich ist, die ostalpine Orogenese mit Hilfe des zweiten Leitbildes zu erklären.Die Gravitationstektonik oder Sekundärtektogenese tritt in verschiedenen Stockwerken auf. Die Abgleitung der alpinen Sedimenthaut liefert Decken von helvetischem Typ. Wenn auch das kristalline Grundgebirge am lateralen Transport mitbeteiligt ist, entstehen Decken vom ostalpinen Typ. Die Verfließungen der tiefen, rheomorphen Teile der Kruste (Migma und z. T. palingenes Magma) liefern die Decken penninischen Charakters, welche im Tauernfenster aufgeschlossen sind.Die erste orogene Hauptphase war die tieforogene oder Gosauphase der mittleren Kreide, wobei die Proto-Austriden und Proto-Penniden in die Tauernvortiefe wanderten.Die zweite orogene Hauptphase war die hochorogene oder Molassephase des Mitteltertiärs, wobei die Tauernzone als Geantiklinale emporgewölbt wurde. In den nördlichen Kalkalpen fanden nordvergente, in den südlichen Kalkalpen südvergente Bewegungen statt.Zum Schlusse wurden die nördlichen Kalkalpen gegen die Molasse aufgeschoben, welche Bewegung im zentralen Tauernsektor wahrscheinlich mechanisch mit der Gailabschiebung in der Südflanke der Geantiklinale zusammenhängt.Die Deutung der Mechanik der ostalpinen Deckenbildung nach dem Leitbild der Schwerkrafttektonik führt also zum Ergebnis, daß Krustenverkürzung keine notwendige Begleiterscheinung alpiner Orogenese ist. Diese Schlußfolgerung steht in Übereinstimmung mit gravimetrischen und seismischen Beobachtungen.     

Mineralien aus dem Steinbruch bei Wilhelmsdorf am Stradner Kogel,südlich Gleichenberg,Steiermark

Zusammenfassung Als Mineralien in den Hohlräumen des Nephelinites treten einmal solche auf, die auch gesteinsbildend, zumindest in ähnlicher Weise vorkommen. Die Bildung von Salit, Apatit, Nephelin, Magnetit, Nosean-Hauyn und Leuzit oder Analzim in die mit Gas gefüllten Blasenräume sicher bei hohen Temperaturen gegen Schluß der Verfestigung des Nephelinites. Eine Umwandlung von eventuell gebildetem Analzim zu Leuzit durch Kaliumionen-hältige Lösungen erfordert geringere Temperaturen und kann wohl bereits in eine hydrothermale Phase, gemeinsam mit der Kalkspat-, Baryt- und Gismondin-Bildung gestellt werden. Auch die weitere Umwandlung des Leuzites in Harmotom gehört hierher. Die Zufuhr von Bariumionen, die wie erwähnt auch in Weitendorf,H. Meixner (1939) und in Kollnitz,E. J. Zirkl (1962) ihre Parallele hat, führt hier in Wilhelmsdorf nicht nur zur Bildung von Baryt wie in Kollnitz, sondern auch zur Bildung von Harmotom wie in Weitendorf. Man wird übrigens z. B. etwa auf Grund der Beobachtungen vonG. P. L. Walker (1962) wohl auch noch andere Zeolithe erwarten können, wie z. B. Chabasit, Thomsonit und Philippsit, die auch vom nahen Klöcher Bergland her bekannt sind,H. Meixner, M. H. Hey undA. A. Moss (1956). Für den Sanidin erscheint eine Bildung als Reaktionsprodukt an einem Einschluß bei hohen Temperaturen sehr wahrscheinlich.A. Hödl (1942) hat an dem weiter entfernten Bezirkssteinbruch von Waltra, ebenfalls in der Nephelinitdecke des Stradner Kogels, diese Möglichkeit der Sanidinbildung schon in Betracht gezogen. Damit gehört die Sanidinbildung der Sanidinfazies an.Herrn Prof. Dr.E. Schroll, Wien, möchteich auch an dieser Stelle meinen Dank für die Ausführung der flammenphotometrischen Bestimmung der Alkalien aussprechen.     

Early Proterozoic layered intrusions in the northeastern part of the Fennoscandian Shield

Summary Early Proterozoic layered intrusions, about 2440 Ma in age, are widespread over a large area of the northeastern Fennoscandian Shield in Finland, Sweden and the Soviet Union. Only one intrusion, the Kukkola intrusion, is encountered in Sweden whereas in Finland, their number exceeds twenty. These are concentrated principally in two areas, the dicontinuous Tornio-Närdnkävaara intrusion belt which crosses northern Finland and the Koitelainen intrusion with its satellites located in central Finnish Lapland. The intrusions in the Soviet Union are concentrated in three areas: (i) on the Kola Peninsula, (ii) in the Paanajärvi area close to the Finnish border and (iii) northeast of Lake Onega.Examples of all the ore types characteristic of layered intrusions have been found in these intrusions. Chromitite layers are encountered in the Kukkola/Tornio, Kemi, Penikat, Koitelainen and Burakovsky intrusions, but only one, the Kemi chromitite, has so far been mined. The Portimo, Koillismaa, Monchegorsk and Fedorova intrusions are characterized by PGE-bearing Cu-Ni-deposits in their marginal series. Mineralized zones enriched in PGE are also encountered in the layered series. Those in the Penikat intrusion and in the Portimo intrusions are the most remarkable and the best known to date. Vanadium-bearing Fe-Ti-oxide layers are encountered in several intrusions, but only one, the Mustavaara deposit, is presently being exploited.Two types of parental magma have tentatively been proposed for these intrusions. The first type is represented by a magma which was relatively rich in magnesium and chromium and was as a whole boninitic in composition, whereas the plagioclase-rich intrusions and megacyclic units are interpreted as having crystallized from a magma which was greatly depleted in these elements, especially Cr, and had melted crustal material incorporated in it.The emplacement of the early Proterozoic layered intrusions in Fennoscandia was part of the world-wide igneous activity indicated by other layered intrusions and mafic dyke swarms of similar age in other ancient cratons, i.e. the Jimberlana intrusion in Australia, the Great Dyke in Zimbabwe, the Scouric picrite suite in Scotland, the Hearst-Matachewan dyke swarm, Copper Cliff Formation and East Bull Lake intrusion in Ontario, Canada, and the Vestfold Hills and Napier Complex dyke swarms in Antarctica. This almost contemporaneous occurrence in different parts of the world would suggest a more intimate relationship between the Fennoscandian Shield, northwest Scotland, Canadian Shield, Yilgarn Block, Zimbabwe Craton and East Antarctic Shield at the beginning of the Proterozoic than at present.

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Früh-Proterozoische geschichtete Intrusionen im nordöstlichen Teil des Fennoskandischen Schildes

Zusammenfassung Im Nordost-Teil des Fennoskandischen Schildes in Finnland, Schweden und der Sowjetunion kommen fast vierzig frühproterozoische geschichtete Intrusionen, die ungefähr 2440 Mio J. alt sind, vor. Nur eine davon, die Kukkola Intrusion, liegt in Schweden, während in Finnland mehr als zwanzig Intrusionen vorkommen. Diese sind hauptsächlich in zwei Gebieten konzentriert, nämlich in dem nicht-zusammenhängenden Tornio-Näränkävaara Gürtel, der das nördliche Finnland durchzieht, und die Koitelainen-Intrusion mit ihren Satelliten im zentralen Finnischen Lapland. Die Intrusionen in der Sowjetunion sind in drei Gebieten konzentriert: (i) auf der Kola Halbinsel (ii) im Paanajärvi Gebiet nahe der Finnischen Grenze und (iii) östlich vom Onega-See.Beispiele aller für geschichtete Intrusionen charakteristischen Erztypen kommen vor. Chromititlagen sind in den Intrusionen von Kukkola/Tornio, Kemi, Penikat, Koitelainen und Burakovsky zu finden, aber nur eine davon, der Kemi Chromitit, ist bisher in Abbau genommen worden.Die Portimo-, Koillismaa-, Monchegorsk- und Fedorova-Intrusionen werden durch PGE-führende Kupfer-Nickel-Lagerstätten in ihren randlichen Bereichen charakterisiert. Mineralisierte Zonen die an PGE angereichert sind kommen auch in den geschich teten Serien vor. Die bemerkenswertesten sind die PGE-Vererzungen der Penikat- und der Portimo-Intrusionen. Vanadium-führende Fe-Ti-Oxidlagen kommen in verschiedenen Intrusionen vor, aber nur eine davon, die Mustavaara-Lagerstätte, ist bisher abgebaut worden.Diese Intrusionen werden auf zwei verschiedene Magmentypen zurückgeführt. Ersteres ist ein Magma das relativ reich an Magnesium und Chrom war und eine boninitische Zusammensetzung hatte, während die Plagioklas-reichen Intrusionen, und die megazyklischen Einheiten auf ein Magma das an diesen Elementen (besonders Cr) verarmt war, und das Krustenmaterial aufgeschmolzen hat, zurückgehen.Die Platznahme der frühproterozoischen geschichteten Intrusionen in Fennoskandien stellt einen Teil weltweiter magmatischer Aktivität dar, die durch andere geschichtete Intrusionen und mafische Gänge von fast identischem Alter in anderen alten Kratonen repräsentiert wird. Hier ist die Jimberlana-Intrusion in Australien, der Great Dyke in Zimbabwe, die Pikrit-Suite von Scourie in Schottland, die Gänge von Hearst-Matachewan, die Copper Cliff Formation und die East Bull Lake Intrusion in Ontario, Kanada ebenso wie die Gangsysteme der Vesthold Hills und des Napier Komplexes in Antarctica zu nennen. Diese fast gleichaltrigen Vorkommen in verschiedenen Teilen der Welt weisen auf eine engere Beziehung zwischen dem Fennoskandischen Schild, Nordwest-Schottland, dem Kanadischen Schild, dem Yilgarn Block, dem Zimbabwe-Craton und dem Ostantarktischen Schild zum Beginn des Proterozoikums hin.

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With 7 Figures     

Untersuchungen zum Stabilitätsbereich von Chloritoid und Staurolith

Zusammenfassung Zur experimentellen Erfassung der natürlichen Bildungsbedingungen von Chloritoid und Staurolith wurde zunächst das Auftreten dieser beiden Minerale in der Natur untersucht. An Hand von chemischen Analysen aus Literaturangaben wurde der Zusammensetzungsbereich chloritoidführender und staurolithf ührender Gesteine ermittelt. Diese weisen im Vergleich zu tonigen und sandigen Sedimenten bzw. deren metamorphen Äquivalenten häufig folgende Unterschiede auf: geringere Alkaligehalte, geringere Ca-Gehalte, geringere Werte für das Verhältnis MgFe, höhere Al-Gehalte. Die Unterschiede sind bei chloritoidführenden Gesteinen größer als bei staurolithführenden Gesteinen. Eine Folge davon ist, daß Staurolith bei der progressiven Metamorphose nicht nur aus chloritoidführenden Paragenesen hervorgeht, sondern auch aus der Paragenese Quarz + Muskovit + Biotit + Chlorit. Die Bildung von Staurolith aus dieser Paragenese, welche in natürlichen Gesteinen der Grünschieferfazies verbreitet vorkommt, bedingt offenbar auch das häufigere Auftreten von Staurolith, verglichen mit Chloritoid.Aus den Naturbeobachtungen ergibt sich, daß chloritoidführende Gesteine überwiegend folgende Paragenese aufweisen: Chloritoid + Quarz + Muskovit + Chlorit±Akzessorien. Almandin und Disthen bzw. Andalusit treten manchmal zusätzlich auf. Einige Minerale, welche häufig bei der Metamorphose toniger und sandiger Sedimente gebildet werden, treten in chloritoidführenden Gesteinen nicht auf. Es sind dies: Stilpnomelan, Kalifeldspat und Albit. Biotit tritt im größten Teil des Stabilitätsbereiches von Chloritoid ebenfalls nicht mit diesem zusammen auf. Das Auftreten dieser Minerale in Gesteinen der Grünschieferfazies kann als Hinweis gewertet werden, daß ein für die Bildung von Chloritoid ungeeigneter Chemismus vorliegt.Staurolithführende Gesteine weisen meist folgende Paragenese auf: Staurolith + Quarz + Muskovit + Biotit + Almandin + Plagioklas±Akzessorien. Disthen, Sillimanit oder Andalusit können zusätzlich auftreten. Dagegen kann das Auftreten von Kalifeldspat und von Cordierit in muskovitführenden Gesteinen der unteren Amphibolitfazies als Hinweis gewertet werden, daß Staurolith infolge eines ungeeigneten Chemismus nicht gebildet wurde.Der Druckbereich, innerhalb dessen Chloritoid nach bisherigen Naturbeobachtungen gebildet wird, reicht von niedrigen Drucken, entsprechend der Kontaktmetamorphose, bis zu hohen Drucken, entsprechend der glaukophanitischen Grünschieferfazies der Regionalmetamorphose. Für Staurolith ist auf Grund von Naturbeobachtungen ein ähnlich großer Druckbereich anzunehmen, welcher von den entsprechenden Drucken der Kontaktmetamorphose bis zu den hohen Drucken der Regionalmetamorphose vom Barrow-Typ reicht. Der Temperaturbereich, innerhalb dessen Chloritoid in den häufigen natürlichen Paragenesen stabil ist, erstreckt sich zumindest über den Bereich der gesamten Grünschieferfazies; Staurolith ist in den häufigen natürlichen Paragenesen zumindest über den unteren Teil der Amphibolitfazies stabil. In natürlichen Gesteinen können viele Mineralreaktionen unter Beteiligung von Chloritoid oder Staurolith ablaufen, häufig dagegen dürften nur wenige von ihnen sein, und zwar: Chlorit + Kaolinit = Chloritoid + Quarz + Wasser Chloritoid + Chlorit + Quarz = Staurolith + Almandin + Wasser Chloritoid + Muskovit = Staurolith + Biotit + Almandin + Wasser Chlorit + Muskovit = Staurolith + Biotit + Quarz + Wasser Staurolith + Muskovit + Quarz = Al- Silikat + Biotit + Wasser Experimentell konnten diese oben angeführten Reaktionen noch nicht vollständig beobachtet werden; weitere Versuche dazu sind im Gange. Dagegen konnte der Ablauf einer Reaktion Chloritoid + Al-Silikat = Staurolith + Quarz + Wasser im Bereich von 4000–8000 Bar bei 545±20° C reversibel nachgewiesen werden. Diese Reaktion wird zwar infolge des Mineralbestands chloritoidführender Gesteine in der Natur relativ selten stattfinden; jedoch ist mit ihrer experimentellen Durchführung erstmalig eine Reaktion unter Beteiligung von Chloritoid und Staurolith nachgewiesen worden, welche in dem von Winkler (1965) angegebenen p, T-Bereich für die Grenze Grünschieferfazies/Amphibolitfazies abläuft. Die Phasengrenze der in der Natur häufiger ablaufenden Reaktion, wobei Staurolith + Biotit gebildet und Chlorit + Muskovit abgebaut werden, dürte nach bisherigen Ergebnissen von zur Zeit laufenden Versuchen ebenfalls in diesem p, T-Bereich liegen. Die Lage der Phasengrenzen dieser Reaktionen stimmt daher gut mit petrographischen Beobachtungen an Gesteinen des Grenzbereiches Grünschieferfazies/Amphibolitfazies überein. Eine weitere Bestätigung der experimentellen Ergebnisse lieferten Untersuchungen von Althaus (1966a, b, c) über die Stabilitätsbereiche von Andalusit, Sillimanit, Disthen und Pyrophyllit. Danach kann Chloritoid stabil zusammen mit Disthen, Andalusit oder Pyrophyllit auftreten, dagegen nicht mit Sillimanit. Diese Schlußfolgerung wird durch die natürlichen Paragenesen bestätigt.Die für die obere Stabilitätsgrenze von Staurolith angegebene Reaktion Staurolith + Quarz = Almandin + Al-Silikat + Wasser (Turner u. Verhoogen, 1960; Winkler, 1965), konnte in der eigenen Untersuchung nicht nachgewiesen werden. Nach Versuchen von Newton (schrift. Mitt., 1966) liegt diese Phasengrenze im Bereich 10000–20000 Bar um 700° C, d.h. in einem Temperaturbereich, welcher bei den eigenen Experimenten nur wenig untersucht wurde. Auf Grund von petrographischen Beobachtungen dürfte jedoch der Abbau von Staurolith in natürlichen Gesteinen meist nach einer anderen Reaktion, nämlich nach der Gleichung Staurolith + Muskovit + Quarz = Al-Silikat + Biotit + Wasser vor sich gehen. Über die Lage der Phasengrenze dieser Reaktion ist noch nichts bekannt.Aus der Untersuchung ergab sich ferner, daß entgegen der Annahme von Winkler (1965) Chloritoid kein geeigneter Indikator für die Druckbedingungen einer Metamorphose ist, da dieses Mineral nur in Gesteinen mit einem speziellen Chemismus auftritt und nach bisherigen Naturbeobachtungen über einen weiten Druckbereich hinweg gebildet werden kann. Aus den gleichen Gründen kann auch Staurolith nicht als geeigneter Druckindikator angesehen werden. Es muß vermutet werden, daß die Bereiche chemischer Gesteinszusammensetzungen innerhalb derer Chloritoid bzw. Staurolith gebildet werden können eine Abhängigkeit von Druck und Temperatur zeigen, und zwar in ähnlicher Weise wie dies nach Chinner (1962) für die Bildung von Almandin zutreffen soll. Diese Bereiche geeigneter Gesteinszusammensetzungen dürften bei relativ niedrigen Drucken beschränkter sein als bei hohen Drucken, und zwar als Folge einer stetigen Änderung des Chemismus koexistierender Minerale mit wechselnden p, T-Bedingungen.

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Compared with the bulk chemical composition of the shales, sandstones and their metamorphic equivalents, chloritoid- and staurolite-bearing rocks have a restricted chemical composition; they are poorer in alkalies and CaO, have comparatively lower MgFe ratio and higher Al₂O₃-content than most of the metamorphic rocks devoid of these two minerals. Further, the bulk composition of the chloritoid bearing-rocks is more restricted than that of the staurolithe-bearing ones. Consequently, in course of a progressive metamorphism, staurolite is produced not only at the cost of the assemblage chloritoid+quartz+muskovite + chlorite but also at the cost of the assemblage quartz+muskovite+biotite+chlorite. This explains why staurolite is more frequent than chloritoid. From empirical petrographical observation it is known that chloritoid and staurolite are found both in contact as well as in regional metamorphic areas. This fact as well as the special bulk composition necessary for their formation make them unsuitable as indicators of pressure acting during the metamorphism.The lower stability limit of chloritoid could not be worked out by hydrothermal experimentation. However the phase transition chloritoid+Al-silicate=staurolite+quartz+water was observed around 545±20° C at pressures between 4000–8000 bars. The reversal of the reaction was also successful. The p, T conditions of this reaction, therefore, compare favourably with the greenschist/amphibolite facies boundary given by Winkler (1965). Tentative results show that another reaction, namely the formation of staurolite in the assemblage chlorite+muskovite+quartz also takes place at the same p, T conditions of that facies boundary. The upper stability limit of staurolite could not yet been established experimentally in our laboratory. Petrographic observations show that in natural assemblages, staurolite breaks down more probably through reactions with muskovite + quartz rather than through the more simple reaction staurolite + quartz to Al-silicate + almandine.