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Pegmatite

Pegmatite sind die Geburtstätten für die meisten Edelsteine. Der Name an sich ist phänomenologischer Herkunft und bezieht sich auf die grobkörnige Textur des Gesteins.

Die meisten Pegmatite sind von der Zusammensetzung her granitisch, d. h. sie bestehen vorwiegend aus Feldspat, Quarz und Glimmer. Es handelt sich dabei um Ganggesteine mit magmatischem Ursprung. Diese Schmelzen stammen aus einem Plutonit (magmatische Intrusion in der Erdkruste). Bei der teilweisen Auskristallisierung der Schmelze reichern sich volatile (flüchtige Elemente und Verbindungen, H2O, P, B, F) als auch inkompatible Elemente (unter anderem Uran, Thorium, Seltene Erdelemente SSE, Caesium, Beryllium und Lithium) in der Restschmelze an. Vor allem durch die Anwesenheit von Wasser wird der Schmelzpunkt erniedrigt und die Viskosität der Schmelze bleibt gering. Dies sind die Vorraussetzungen, das die abgespaltenen und angereicherten Schmelzen in benachbartes festes Gestein eindringen können. Dabei kann es sich um Größenordnungen von feinen schmalen Rissen, bis hin zu ganzen Kluftsystemen handeln. Auch kann das Magma, bedingt durch hohen H2O- Druck und Anwesenheit von hoch- fluiden Phasen, das angrenzende Gestein aufbrechen und dort eindringen. Dort können diese Schmelzen bei geschlossenen Systemen auf kleinstem Raum auskristallisieren und auch zur Differenzierung bzw. Anreicherung von inkompatiblen und seltenen Elementen bzw. Mineralien führen. Im Allgemeinen hängt die Viskosität und damit auch die Mobilität der Schmelze von den vorhandenen Mengen an SiO2, Al, K, Na, und Wasser ab; je mehr Siliziumoxid und Aluminium in der Schmelze vorhanden, umso höher wird die Viskosität. Wasser und die Alkalielemente erniedrigen die Viskosität.

Generell ist die Kristallisation von einer Anzahl unterschiedlichster Parameter abhängig. Bisher galt vorwiegend die Lehrmeinung, dass Grobkörnigkeit - sprich die Größe der Kristalle nur auf die langsame Abkühlung der Schmelzen zurückzuführen ist. Jüngste Forschungen London (2005) haben jedoch gezeigt, dass unterschiedlich mächtige Pegmatite in Größenordnungen von 30 cm bis 20 m in relativ kurzer Zeit (1 Woche bis 5 Monate) abkühlen können. Als ein weiteres entscheidendes Kriterium für die Ausbildung großer Kristalle ist die Keimbildungsdichte während der Kristallisierung zu nennen. Es zeigte sich, dass granitische Ausgangschmelzen eine weit höhere Keimbildungsdichte aufweisen als die aus ihr hervorgegangen granitischen Schmelzen. Eine höhere Keimdichte hat eine vermehrte Kristallisation von vielen, jedoch kleineren Kristallen zur Folge, während in den angereicherten, hoch viskosen pegmatitischen Schmelzen weniger aber dafür größere Kristalle auskristallisieren.
Die Anwesenheit von Wasser trägt dazu bei, dass die Keimbildungsdichte sinkt (Fenn 1977) und die Viskosität sich erhöht. Somit ermöglicht das Wasser den Transport und die teilweise kilometerlange Ausbreitung der Schmelze in die Nebengesteine. Auf der anderen Seite ist für ein kontinuierliches Kristallwachstum (große Kristalle) ein hohe Verfügbarkeit der Elemente in der Schmelze nötig, dieses ist wiederum durch geringe Viskosität möglich und unter anderem auch auf einen geringeren Wassergehalt zurückzuführen. Weitere Faktoren können beispielsweise das Vorhandensein von alkalischen Elementen oder auch Aluminium sein, welche in Wechselwirkung mit den vorhandenen fluiden Phasen treten können und somit die Viskosität in der Schmelze reduzieren (London 1992, 2005).
Je weiter nun die Schmelze in das Nachbargestein migriert, umso kälter und angereicherter wird diese letztendlich, bis auch die verbliebenen inkompatibelsten Elemente in Kristallstrukturen eingebaut werden.

Vereinfacht gesagt findet letztendlich auch "das Berylliumatom" bei entsprechenden Bedingungen, zusammen mit Aluminium und dem Ringsilikat einen Platz im Kristallgitter und bildet einen Beryllkristall.

Somit spielen bei der Entstehung der Pegmatite sowohl die chemischen Zusammensetzung des magmatischen Ausgangsgesteins, die Druck- / Temperaturbedingungen (Tiefe der Intrusion), als auch die chemische Zusammensetzung des umgebenden Gesteins eine wesentliche Rolle. All diese Parameter haben in der Vergangenheit zu einer Reihe von ganz unterschiedlichen Klassifikationen geführt.

Die Gliederung der Pegmatite erfolgte in der Geschichte der Geologie mitunter durch Fokussierung auf verschiedene Parameter wie z. B. den strukturellen Aufbau. Im Folgenden sind einige der wichtigsten aufgelistet.

Unterscheidung durch Berücksichtigung der internen Struktur nach Heinrich (1956):

1. Einfache Pegmatite aus Quarz, Feldspat und Glimmer bestehend ohne eine charakteristische Struktur aufzuweisen. Diese ist die am häufigsten anzutreffende Klasse.

2. Zonierte Pegmatite, die über den klassischen Mineralbestand von 1. verfügen, aber auch andere accessorische Mineralien enthalten. Diese Mineralien zeigen deutliche Zonierung und eine zunehmende Kristallgröße zum Zentrum hin. Es zeigt sich im Idealfall eine konzentrische Anordnung von Kristallschichten, die in der Mitte des Pegmatits in große Kristalle übergehen. So ergeben sich drei unterschiedliche Bereiche: der Äußere, noch mit feiner Textur direkt am Gastgestein liegend, der Intermediäre Bereich, und der Kern. Edelsteine können in den beiden letzteren auftauchen.

3. Komplexe Pegmatite, mit großer Ähnlichkeit zu 2., jedoch unterliefen diese Mineralien einer starken Alteration (Umwandlung der ursprünglichen Mineralien in Sekudärmineralien z. B. durch hydrothermale oder metasomatische Prozesse). Diese Klasse enthält bevorzugt Edelsteine im Kern oder an dem Grenzbereich zum Intermediären, oft in so genannten "pockets", welche Öffnungen im Kernbereich darstellen. Die Kristalle können stark in den Größen variieren.

Eine Klassifizierung, die die geologische Umgebung als auch die Intrusionstiefe berücksichtigt, ist die von Shigley und Kampf (1984)

Typ1: Pegmatite, welche in großen Tiefen intrudierten, befinden sich meist in metamorph überprägten Kernen von urkontinentalen Gebieten, beispielsweise mit Anreicherung von SEE oder Uran.

Typ 2 : Pegmatite, welche in mittleren Tiefen gefunden werden und deren umgebendes Gestein durch tektonische Prozesse gefaltet als auch metamorph überprägt wurde. Typische Lokalität sind Gebirgsketten. Mögliche Paragenesen wären Glimmer- oder auch Beryl- Spodumen- Pegmatite.

Typ 3: Pegmatite, welche sich in geringen Tiefen (> 7 km) formten und mit großen magmatischen Intrusiv- Körpern assoziiert sind, also Plutoniten bzw. Batholithen (große Intrusionen (< 100km3) mit gröberer Textur, welche ein etagenförmiges Intrusionsmuster zeigen, in dem sich die Schmelzen parallel über mehrere Ebenen horizontal ausgebreitet haben), die sich meist unterhalb von Gebirgen befinden. Diese Erscheinungsform zeichnet sich durch Anreicherung von Seltenen Erdeelementen aus und besitzt oft einen drusigen, mit Hohlkörper durchzogenen Aufbau (miarolitisch). Dieser Typus ist der am häufigsten mit Edelsteinen assoziierte. Man unterteilt diesen wiederum in Unterklassen (Cerný, 1991), je nach Anreicherung der unterschiedlichen Elemente bzw. Seltene Erdeelemente (LCT und NYF)

Die am allgemein anerkannteste, und verbreiteste Klassifizierung ist die nach Cerný (1991, 2002). Hier werden die Pegmatite in zwei Obergruppen in Abhängigkeit von ihrem Gehalt an Lithium, Cäsium und Tantal (LCT) oder bestimmter Seltener Erdelemente (SEE/REE) wie Niob, Yttrium oder auch Fluor (NYF) unterteilt. Diese Unterschiede in der Zusammensetzung sind durch die jeweilige Genese zu erklären.

1. Der seltenere anzutreffende Typus, der sich durch einen relativ höheren Gehalt an Niobium, Yttrium, Flur, (NYF) charakterisieren lässt, ist zurückzuführen auf eine progressive Anreicherung im Verlauf der magmatischen Differenzierung. Allgemein zeichnet sich dieser durch eine weit aus geringere Anzahl von Paragenesen aus und ist in unmittelbarerer Nachbarschaft vom granitischen Stammmagma (auch Batholithen) zu finden. Er besitzt keine Zonierung und nur einfache Hohlräume. In solchen NYF- Pegmatiten können, wenn auch selten, Aquamarin- Kristalle gefunden werden. Die Pegmatite bestehen im allgemeinen aus:

Hauptbestandteile: O, Si, Al, K, Na
Untergeordnete vorhandene Elemente : Ca, Fe, Mg, F, Rb, Ba, Li
Kleinere Mengen :, Mn, Y, REE, Cl, Be, Ba, Ti, Th, U, Zr, Nb, Ta, B, P, Cs, Hf
Spurenelemente: Sc, W, Zn, Ga, C, S, Mo, As, B

Man kann von Anreicherung folgender Elemente sprechen: Nb und Ta, Y, SEE, Ti, Zr, Be, U, Th und F.

2. Der am meisten anzutreffende Typus, ist durch eine Anreicherung von Lithium, Cäsium und Tantal charakterisiert. Oft finden sich Columbit- Tantalit-, Beryll- oder Phosphat- als auch Lithium- reiche Mineralien. Ist die Schmelze noch weiter differenziert so kann auch Pollucit (Cs, Na) kristallisieren.

Hauptbestandteile: O, Si, Al, K, Na, Li
Untergeordnete vorhandene Elemente : Rb, Cs, Ca, Fe, Mn, Mg, F, B, P
Kleinere Mengen : Be, Sn, Ba, Sr, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf
Spurenelemente: Y, REE, Ga, W, Sc, C, S, Zn, As, Cu, Pb, Cd, Tl, Ge, Mo, Sb, Bi

Allgemeine Anreicherung von. Li, Rb, Cs, Be, Sn, Nb oder Ta, B, P, F
SEE sind eher in geringen Mengen vorhanden.

Oft findet eine Zonierung (eng. auch "telescoping") innerhalb des Pegmatits statt. Das bedeutet, dass sich im Zentrum vorwiegend Feldspat und Quarz befinden während die zonal gegliederten Bereiche, je nach Ausgangsgestein der granitischen Schmelze bzw. deren Ausdifferenzierung sich unterteilen lassen in :

I. Beryll-Columbit
II. Beryll-Columbit-Phosphat
III. Spodumen, Petalit, Amblygonit
IV. Lepidolit
V. Albit-Spodumen
VI. Albit

Generell finden sich in diesen Pegmatiten bzw. ihren Untergruppen die meisten Edelsteine, z. B. kann Beryll unter Umständen riesige Kristalle bilden entlang der Grenzschicht zwischen Feldspäten und den umschließenden Quarzkristallen. Die am gemmologisch interessantesten LTC - Pegmatite sind jene, welche Na- Li reich sind und in denen die Kristalle erst in der Endphase ausgebildet werden. In dieser Phase findet die intensivste Kristallisation statt mit der Folge einer Vielzahl von unterschiedlichen Edelsteinkristallen, wie Aquamarin, Goshenit mit Albit, Morganit, Lepidolit, Elbait, Polluzit, Petalit Spodumen, und anderen.

Als weitere Unterschiede zwischen den beiden Typen kann man Tendenzen der unterschiedlichen Zusammensetzung des granitischen Ausgangsmaterials angeben. Jedoch existieren eine Reihe von Ausnahmen und daher kann man die folgenden Angaben nur als tendenzielle Parameter ansehen:

NYF- Pegmatite entstammen vorwiegend Aluminium- untersättigten, subalkalischen bis peralkalischen (Na, K- Oxide zusammen übersteigen den Gehalt an Al-Oxid) Graniten. Bei den Graniten kann es sich sowohl um den I- Typ- (magmatische Differenziate bzw. Wiederaufschmelzung von magmatischen Gesteinen) oder S- Typ- Granite (Wiederaufschmelzung von metamorph überprägten Sedimentgesteinen) handeln. Bei der möglichen Herkunft der granitischen Schmelze werden Differenziate aus juvenilen (jung, undifferenziert) Magma des Mantels in Betracht gezogen, aber auch H2O- arme Gesteine, welche durch Anatexis (Wiederaufschmelzung) im Bereich des mittleren bis unteren Mantels enstanden sind.

LCT- Pegmatite entstammen überwiegend Aluminium- gesättigten Graniten. Dabei handelt es sich vorwiegend um eine Differenzierung aus dem S-Typ-Granit. Möglich ist aber auch ein Hervorgehen aus dem I-Typ sowie eine Mischung aus NYF und LCT mit unterschiedlichster Herkunft, letztere könnte durch Anatexis unterschiedlich zusammengesetztem Al-reichen suprakrustalen (Gesteinschichten, die sich über den untersten Gebirgsmassivgestein befinden) Gestein entstanden sein. Bei diesen Gestein kann es sich auch um einen, durch NYF- Pegmatiten, kontaminierten Bereich gehandelt haben, der unterschiedliche Anteile an den jeweiligen Gesteinstypen besaß, daraus gingen dann die entsprechenden Plutonite hervor.

Cerný (1991) vertritt die Ansicht, dass in der präkambrischen Zeit, die Paragneise (durch starke Metamorphose von Sedimentgestein, texturiertes Gestein) und die silikatreichen (felsische) Orthogneise (durch starke Metamorphose von Magmatiten, texturiertes Gestein) global dominierten. Daher sieht er in diesen die Ausgangsgesteine für die LCT- Pegmatite.

Ableitend von den für diesen Typus charakteristischen Elementanreicherungen, stellte London (1986) fest, das genau diese Elemente sehr leicht durch Migration einer fluiden Phase zu mobilisieren sind. Damit verbunden geht eine Erniedrigung des Schmelzpunktes für die magmatischen Schmelzen einher. Daraus wurde gefolgert, dass das diese Mobilisierung schon in den frühen Schmelzen der prograden (T- Zunahme) Metamorphose stattgefunden haben muss und schon zu diesem Zeitpunkt die oben genanten Elemente angereichert wurden.


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