Zweijahresbericht 2004/2005 - Bibliothek - GFZ

durch Fluide produzierten Mikrophasen können durch
Ostwald-Reifung wachsen. Material, das nicht für die Bildung
der Mikrophasen verbraucht wird, wird via Fluid
über die Mikroporosität abgeführt. In gleicher Weise kann
für die Bildung von Mikrophasen Material von außen her
via Fluid herantransportiert werden. Die Ausbildung und
Persistenz solcher Mikroporositäten ist von entscheidender
Bedeutung für den Prozess und für die Interpretation
von Materialtransport in Gesteinen.
Auflösung-Ausfällung über Fluid und die Bildung
von Mikroporosität wird am Beispiel der Bildung von
Monazit [(La,Ce,Nd)PO 4] in einem Apatitwirtskristall
[Ca 10(PO 4) 6(F,Cl)] bei 600 °C und 500 MPa experimentell
gezeigt. 20 mg 20 bis 200 µm große Fluorapatitkristalle
und 5 mg einer 1 normalen HCl-Lösung wurden in Platinkapseln
eingeschweißt und hydrothermal behandelt.
Die Reaktionsprodukte zeigen, dass jedes Apatitkorn mit
dem Fluid partiell reagiert hat (Abb. 4.18a), unter Bildung
eines anders zusammengesetzten Apatitsaums, der relativ
zum unreagierten Apatitkern dunkelgrau erscheint, weil
er die Spurenelemente (Y+REE)+Si+Na+S+Cl während
der Reaktion verloren hat. Der reagierte Teil des Apatits
enthält Mikrokristalle von Monazit (helle Punkte, Größe
~ 1µm), die gehäuft an der Reaktionsfront zwischen neuem
und altem Apatit auftreten. Im Apatitkern erscheinen sie
nicht. Messungen mit der Elektronenstrahlmikrosonde
über die Reaktionsfront zeigen eine sehr scharfe chemische
Grenze zwischen den beiden Apatitgenerationen.
Wenn man die Reaktionszeit von drei auf neun Wochen
verdreifacht, nimmt die Zahl der Monazitkristalle bei
gleichzeitigem Größerwerden ab, wobei das Volumen des
metasomatisch veränderten Apatits annähernd gleich
bleibt.
Mithilfe der Focussed-Ion-Beam Methode wurden 7 x 15
x 0.1 µm große Folien quer zur Reaktionsfront geschnitten
und unter dem TEM untersucht (Abb. 4.19). Diesseits
der Reaktionsfront, im metasomatisch veränderten Apa-
tit, erscheinen charakteristische, parallel orientierte, 5 bis
20 nm breite Nanokanäle (Abb. 4.20a, b) als Spuren der
Transportwege der fluiden Phase. Elektronenbeugungsaufnahmen
über die Reaktionsfront hinweg zeigen identische
Beugungsmuster für den Apatit diesseits und jenseits
der Reaktionsfront. (Abb. 4.20c). Im metasomatisch
veränderten Apatit finden sich Mikrokristalle von Monazit
(Abb. 4.20a) die in Hohlräumen (Mikroporositäten) an
oder direkt hinter der Reaktionsfront kristallisieren. Sie
zeigen keine bevorzugte Orientierung relativ zum Apatitwirt.
Die Mikroporositäten sind zum Teil oder gänzlich
mit amorphem Material gefüllt, das während des Wachstums
der Monazite aus dem Fluid ausgefällt wurde. Die
Zusammensetzung dieses amorphen Materials ist dem des
Apatits sehr ähnlich. Die Monaziteinschlüsse sind immer
von vielen Mikrokanälen umgeben (Abb. 4.20a). Metasomatisierter
Apatit zeigt häufig leicht missorientierte
Gittersegmente (Schnitt Nr. 3 aus Abb. 4.19a; Abb. 4.21a)
die als ausgeheilte Nanokanäle interpretiert werden.
Unreagierter Apatit zeigt dies nicht (Schnitt Nr. 4 aus
Abb. 4.19a; Abb. 4.21b).
Diese Beobachtungen sind wichtig für die Interpretation
von Massentransport in Gesteinen. Es ist allgemein akzeptiert,
dass Fluide entlang von Korngrenzen transportiert
werden. Es wurde hier gezeigt, dass sie Material auf einer
Skala von hunderten von Mikrometern in die Mineralphasen
hinein und aus ihnen heraus transportieren können,
aufgrund der Bildung von Mikroporositäten, die
wiederum aus Auflösungs-Ausfällungsprozessen resultieren.
Die Transportwege für Fluide sind viel größer, als
bisher angenommen, und sehr viel mehr Gesteinsvolumen
wird von Fluid durchströmt, als nur durch Transport entlang
von Korngrenzen. Es ist bisher unklar, wie lange solche
transienten Mikroporositäten in Gesteinen existieren
können. Sie werden jedenfalls solange existieren, wie ein
chemisches Ungleichgewicht zwischen Fluid und Mineral
den Prozess aufrechterhält. Ist das Gleichgewicht
erreicht wird nichts mehr aufgelöst, ausgefällt und trans-
Abb. 4.19: (a) Rückstreuelektronen-Aufnahme eines Fluorapatitkorns von Experiment AM34 mit Kennzeichnung der
Gebiete, aus denen die TEM-Folien 1, 2, 3 und 4 entnommen wurden. (b) Vergrößerter Ausschnitt des Gebiets, aus dem
die TEM-Folie 2 entnommen wurde. Die genaue Position der Folie war zwischen den zwei Kreuzen.
(a) shows a BSE photograph of a fluorapatite grain from experiment AM34 and indicates the exact locations where
TEM foils 1, 2, 3, and 4 were sampled. (b) shows a close-up of the area where TEM foil 2 was cut and later removed.
The exact location of the foil was between the two x marks.
Zweijahresbericht 2004/2005 GeoForschungsZentrum Potsdam
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