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Lexikon der Geowissenschaften: experimentelle Petrologie

experimentelle Petrologie, der Teilbereich der Geowissenschaften, der versucht, in Laborexperimenten die in der Erde ablaufenden gesteinsbildenden Prozesse zu reproduzieren, mit dem Ziel, sie besser zu verstehen. Als Begründer der experimentellen Petrologie gilt Sir James Hall, der schon zu Beginn des 19. Jahrhunderts in Edinburgh Versuche zur Umwandlung von Kalkstein in Marmor und zum Schmelzverhalten von Basalt machte. Heutzutage wird das gesamte Spektrum der physikalischen und chemischen Eigenschaften von Mineralen, Gesteinen, Schmelzen, Gasen und Lösungen sowie ihre Reaktionen untereinander untersucht. Es lassen sich u.a. folgende Arten von Experimenten unterscheiden:

- Bestimmung von physikalischen Eigenschaften wie z.B. elastische Konstanten, seismische Geschwindigkeiten, elektrische und thermische Leitfähigkeiten von Festkörpern oder Viskositäten von Schmelzen oder Volumendaten von Gasen,

- Synthese von reinen Mineralen oder Mischphasen für die Bestimmung von thermodynamischen Eigenschaften,

- Bestimmung der Druck-Temperatur-Stabilitätsbereiche eines Minerals oder einer Mineralvergesellschaftung,

- Bestimmung der Elementverteilungen zwischen zwei Phasen (Mineralen, Fluiden oder Schmelzen),

- Feststellung der Schmelztemperaturen (Solidus und Liquidus) von Mineralen oder Gesteinen,

- In-situ-Bestimmung von strukturellen Daten mit Hilfe von spektroskopischen oder röntgenographischen Methoden,

- kinetische Versuche zur Bestimmung der Wachstumsgeschwindigkeit von Kristallen oder zur Diffusion in Kristallen oder Schmelzen.

Dabei sind die Wissenschaftler in der Lage, fast den gesamten Druck-Temperatur-Bereich, der innerhalb der Erde verwirklicht ist, durch die verschiedensten, z.T. sehr aufwendigen Methoden zu simulieren ( Abb. ). Da dies nur für wenige Sekunden, Stunden, Tage oder Wochen gelingt und nicht für Tausende oder Millionen von Jahren wie in der Natur, ist es sehr wichtig, die Frage nach dem chemischen und physikalischen Gleichgewicht zu klären. Zu diesem Zweck können verschiedene Arten von Ausgangsmaterialien wie z.B. Gläser, Gele, Oxidmischungen oder natürliche Minerale verwendet werden. Außerdem kann versucht werden, den Gleichgewichtszustand von zwei Seiten (hoher und niedriger Temperatur, hohem und niedrigem Druck, verschiedenen Fluid- oder Mineralzusammensetzungen) einzugrenzen. Wenn keine In-situ-Messungen vorgenommen werden sollen oder können, muß das Experiment möglichst rasch abgekühlt werden (den Vorgang nennt man Quenchen). [MS]


experimentelle Petrologie: Druck-Temperatur-Bereiche der häufig angewendeten Methoden. Zum Vergleich ist der ungefähre Verlauf der Geotherme angegeben. experimentelle Petrologie:
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