Einführung in die Anorganische Geochemie
Grundwissen anorg. Geochemie, Entstehung des Sonnensystems, Plattentektonik, Kristall- und Schmelzbildung
Grundwissen anorg. Geochemie, Entstehung des Sonnensystems, Plattentektonik, Kristall- und Schmelzbildung
Was sind HFSE? Beispiele?
High Field Strengh Elements (Elemente mit hoher Ladung)
Ta, Nb, P, Zr, Hf
Welche Elemente gehören zu den Seltenen Erden?
La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu
Was sagt der Verteilungskoeffizient aus?
Verteilungsverhalten eines Stoffes zwischen 2 nicht mischbaren Phasen:
D = [Mineral]/[Schmelze]
- D < 1: inkompatible Elemente
- D > 1: kompatible Elemente
Welche Arten von MORB werden unterschieden?
N-Morb und P-Morb
Auf welchen MORB trifft folgendes zu?
- sehr niedrige Gehalte von inkompatiblen Elementen
- Verarmung der leichten SEE gegenüber der schweren SEE
Für was trifft das folgende zu?:
- keine Verarmung der SEE
- insgesamt höhere Konzentration inkompatibler Elemente
N-MORB _______.
P-MORB _________.
Welche Arten von Plattenbewegungen gibt es?
divergierende und konvergierende Platten
Divergierende Platten
Platten driften auseinander („Divergenz“), es entsteht neue Lithosphäre.
- an Mittelozeanischen Rücken (MOR)
- frisch kristallisiertes Gestein hat eine geringere Dichte und erhebt sich über benachbarten Ozeanboden
Bruchlinien trennen die einzelnen MOR (Transformverwerfung → Erdbeben)
Konvergierende Platten
Platten driften gegeneinander („Konvergenz“)
- Subduktion: an Subduktionszonen wird die dichtere Platte wird unter die weniger dichte geschoben
- Kollision: Platten werden in den Randbereichen aufgefaltet
Was ist Hotspot-Vulkanismus? Beispiel?
- Lithosphäre gleitet beständig über einen stationären Hot Spot
- Nicht an Plattengrenzen gebunden
Bsp: Hawaii
Was charakterisiert Vulkanische Inselbögen?
- nur der höchste Teil der Vulkanbögen ist oberhalb des Meeresspiegels
- Bogenform weist stets in Richtung der subduzierenden Platte
Bsp: Alëuten
Was sind Transformverwerfungen?
Bruchlinien, die die einzelnen MOR trennen.
→ Erdbeben
Was ist I-Typ Granit?
"igneous source", aus Magmatiten erschmolzen
- vorwiegend bei Ozean-Kontinent-Kollisionen zu finden
- hoher Bestandteil an Biotit und Amphibol (Hornblende)
Wie können für die Gesteinsmetamorphose Schmelzen erzeugt werden?
Tiefe Versenkung von Gesteinspaketen
- Erhöhung von Druck und Temperatur
- Umwandlung in metamorphe Gesteine
- Bildung von Migmatiten
- Anatexis (Bildung erster Schmelzanteile (Wassergehalt!))
- Trennung von Schmelze und Rest
- Aufstieg
Was ist Gesteinsmetamorphose?
Umwandlung der mineralogischen Zusammensetzung eines Gesteins durch geänderte Temperatur und/oder Druckbedingungen.
- Regionalmetamorphose: tektonische Senkung der Erdkruste
- Kontaktmetamorphose: durch heiße Magmen
Welche Arten von Gesteinsmetamorphosen lassen sich unterscheiden?
Regionalmetamorphose und Kontaktmetamorphose
Was sind Metamorphe Fazies?
Bei Al2SiO5 führenden Gesteinen tritt in der Regel nur jeweils ein Al-Silikat auf. es gestattet Rückschlüsse auf die P/T-Bedingungen bei der Entstehung.
- invariater Punkt: 3 Minerale im Gleichgewicht
- univariante Kurve: 2 Minerale im Gleichgewicht
- divariantes Feld: nur ein Mineral Stabil
Wie können Blauschiefer Fazies metamorphiert werden?
Hochdruckmetamorphose im Akkretionskeil
Bei welcher Analysemethode werden die Außenelektronen durch eine heiße Flamme auf ein energetisch höheres Niveau gehoben?
Emissions-Spektralanalyse
Wie funktioniert die Röntgenspektralanalyse?
- Beschuss von Atomen mit hochenergetischer Röntgenstrahlung
- Es wird eine elementspezifische sekundäre Röntgenstrahlung emmitiert (Fluoreszenz)
Was kann mittels der Massenspektromie bestimmt werden?
Isotope
Wie funktioniert die Massenspektrometrie?
Komponenten werden
- in schnell bewegende, ionisierte Gase überführt
- anhand des Verhältnisses von Masse und Ladung getrennt
Die Auftrennung erfolgt in einem elektrischen Feld.
Isotope/Isotopenverhältnisse eines Elementes können bestimmt werden.
Welche dieser Planeten gehören zu den erdähnlichen Planeten?
Welcher ist kein Gasplanet?
Erkläre die Herkunft der verschiedenen Elemente!
- Urknall: Entstehung weniger Elemente
- H, D, He (untergeordnet Li, Be)
- Fusionsreaktionen: Bildung von schwereren Elementen durch den Proton-Proton-Zyklus
- Verbrauch von Li, Be und B
- schwerere Elemente als Fe verbrauchen mehr Energie als bei der Fusion freigesetzt wird
- Neutronen-Einfang: Entstehung von schweren Elementen durch Neutronen-Einfang bei Supernova-Ausbrüchen
- Umwandlung von Saatelementen (z.B. Fe) in andere Elemente
- s- und r-Prozesse
- Fissionsreaktionen: Entstehung von stabilen und instabilen Elementen durch radioaktiven Zerfall
Was trifft auf r-Prozesse zu?
Was ist ein s-Prozess?
Neutronen-Einfang Prozess unter niedriger Neutronendichte und Temperatur.
Was ist ein p-Prozess?
Protonen-Einfang
Was ist der Proton-Proton-Zyklus?
Fusionsreaktion, bei der die Sterne Wasserstoff in Helium umwandeln (Wasserstoffbrennen).
Welche Eigenschaft liefert Hinweise auf die chemische Zusammensetzung von Planeten?
Welcher der erdähnlichen Planeten ist der Erde am ähnlichsten?
Wie kann man Informationen über die chemische Zusammensetzung von anderen Planeten erhalten?
Fernerkundung und chemische Analyse von Meteoriten.
Wie erhält man Informationen bezüglich der chemischen Zusammensetzung von Sternen/dem Universum?
Spektralanalyse
Was ist die Baueinheit von Silikatstrukturen?
SiO44- Tetraeder
weitere wichtige Strukturelemente: Oktaeder mit Al, Mg, Fe, ... als Zentralatome
Was trifft auf Inselsilikate zu?
Gruppensilikate sind...
Was trifft auf Ringsilikate zu?
Was charakterisiert Kettensilikate?
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Cartes-fiches
Was sind Widmanstätten'sche Figuren?
Charakteristische Erscheinung, die zur Bestimmung von Sideriten genutzt wird.
Beruhen auf der unterschiedlichen Beständigkeit der Ni/Fe-Verbindungen Kamacit und Taenit bei anätzung mit Salpetersäure.
Wie kann man Meteorite erkennen?
- Chondren bei Chondriten
- Nickel
- Widtmannstädten'sche Figuren (Siderite)
Welche Planetenbildungs-Hypothesen gibt es?
Heterogene Akkretion und Homogene Akkretion
Was bedeutet PSN?
Der Protosolare Nebel ist eine Wolke aus Gas (überwiegend Wasserstoff und Helium) und Staub (Korngrösse vergleichbar mit den Partikeln im Zigarettenrauch), die davor steht, sich unter dem Druck der eigenen Schwerkraft zu einem Sternsystem zu verdichten. Die Verdichtung wird durch Störungen, wie Supernova-Ausbrüche in der näheren Umgebung, eingeleitet.
Was besagt die heterogene Akkretion?
Akkretion während der Kondensationsphase des PSN: Der Schalenbau ist primär angelegt!
Nach dem heterogenen Modell kondensierte zuerst das Eisen aus dem solaren Urnebel. Später lagerten sich die Silikate um den schweren Erdkern.
Wie funktioniert die homogene Akkretion?
Akkretion nach der Kondensationsphase des PSN: Schalenbau der Erde entsteht durch spätere Differentation!
Nach dem homogenen Akkretionsmodell kondensieren eisenhatiges und silikathaltiges Material gleichzeitig aus, d.h. die entstehende Protoerde bestand aus einem Gemisch beider Ausgangsmaterialien. Im weiteren Verlauf der Erdentwicklung konzentierte sich das Eisen im Erdkern.
Problem: Wasser wäre entwichen!
Was besagt das Zweikomponenten-Modell nach Ringwood?
Die Erde entstand durch homogene Akkretion von Material, das an verschiedenen Stellen des Urnebels kondensierte (Hoch- und Niedrigtemperatur-Kondensat)
Komponente A:
- hoch reduziertes, refraktäres Material
- Fe und siderophile Elemente als Metalle
- ermöglicht die Bildung des metallischen Erdkerns nach Akkretion von 2/3 der Erde
- Freiwerdende Akkretionsenergie ermöglicht Schmelzbildung
Komponente B:
- oxidiertes Material mit volatilen Elementen in C1-Häufigkeit
- Mantel und Kern stehen während der letzten Akkretionsphase nicht mehr im Gleichgewicht
- deswegen Anreicherung von siderophilen Elementen im Erdmantel möglich
Was ist die MOHO?
Mohorovicic-Diskunituität (Grenzfläche zwischen Erdmantel und Erdkruste).
Primärwellen _________.
Sekundärwellen ________.
Wie ist die Erde aufgebaut?
Schalenbau
Wie erhält man Informationen über den Schalenbau der Erde?
Ausbreitung von Bebenwellen
Wie alt ist das Universum?
14 Mia Jahre
Wie alt sind die ältesten Steine die gefunden wurden?
4 Mia Jahre
Wann starben die Dinosaurier aus?
K/T (65 Mio Jahre)
Seit wann gibt es atmosphärischen Sauerstoff auf der Erde?
2 Mia Jahre
Was sind die wichtigsten wärmeproduzierenden Isotope?
238U, 235U, 232Th, 40K
Wozu zerfällt 238U?
Wie lautet das Zerfallsgesetz?
Nt = N0 * e-λt
Wie kann man magmatische Gesteine einteilen?
Vulkanite und Plutonite
Was gehört zu den Vulkaniten (Ergussgesteinen)?
Was sind Plutonite (Erstarrungsgesteine)?
Wie werden Gesteine mineralogisch eingeteilt?
gemäß der Anteile von hellen Gemengteilen
Wie entstehen Vulkanite?
Ergussgesteine
- gelangen schnell an die Erdoberfläche
- erstarren in kurzer Zeit
- feinkristalline, glasige Matrix
Wie entstehen Plutonite?
Erstarrungsgesteine
- in größeren Tiefen langsam erstarrt
- grobkristallin, keine glasige Grundmasse
Was ist das Vulkanische Äquivalent zum Gabbro?
Alkali-Olivin-Basalt
Wie teilte V.M. Goldschmidt die Elemente ein?
siderophil, chalkophil, lithophil, atmophil
Was bedeutet "siderophil"?
Fe-liebend
Was bedeutet "chalkophil"?
S-liebend
Was bedeutet "lithophil"?
gesteinsliebend
Nenne atmophile Elemente!
Edelgase, N2, O2
Nenne lithophile Elemente!
Li, Be, B, C, O, Al, Si
Nenne chalkophile Elemente!
S, Cu, Ag, Zn
Nenne siderophile Elemente!
Fe, Co, Ni, Au
Was ist das Ausgangsmaterial für basaltische Schmelzen?
Erdmantelgesteine
Wann wird eine Aufschmelzung von Erdmantelgesteinen erreicht?
Aufschmelzung wird erreicht bei:
- anormaler Störung des thermischen Tiefengradienten
- Erniedrigung des Solidus durch volatile Komponenten
- adiabatische Dekompression
Die normale Temperaturzunahme lässt Mantelgestein nicht aufschmelzen!
Welche Arten der Partiellen Schmelzbildung gibt es?
Gleichgewichts-Aufschmelzung (batch melting) und Fraktionierte Aufschmelzung (Rayleigh-melting)
Was charakterisiert das batch-melting (Gleichgewichts-Aufschmelzung)?
Die Schmelze steht ständig mit dem kristallinen Rest im Gleichgewicht, bis sie abgetrennt wird.
Der Gesamtchemismus "Festkörper - Schmelze" bleibt konstant!
Was bedeutet partielle Schmelzbildung?
Es werden je nach Zusammensetzung des Gesteins normalerweise nur Teile aufgeschmolzen.
Wie nennt man den Prozess, bei dem Frühkristalle ausgeschieden werden, welche die Schmelzzusammensetzung verändern?
fraktionelle Kristallisation
