II. Ueber Zonenstructur der Krystalle in Erstarrungsgesteinen.

Von F. Becke.

Die jtingst erschienene Schlusslieferung des II. l,'andes des Hand- buches der speciellen Mineralogie yon C. H i n t z e 1) enth~ilt cine sehr bemerkenswerte Angabe tiber die Schmelzpunktc dcr Feldspathc. Nach Untersuchungen yon J o l y (Proc. Roy. Ir. Acad. 1891, 2, 38) ist die Schmclztemperatur Ftir:

Sanidin . . . . . . 1140 ~ C. Adular . . . . . . 11750 ,, Albit . . . . . . . 11750 ,, Oligoklas . . . . . 12200 :, Labradorit . . . . . 12300 :,

Bckannt ist, dass die Plagioklase der Eruptivgesteinc in der Regel aus einem anorthitreicheren Kern, umgeben yon albitreichercn Htillen, bestehen. Namentlich gilt die Rcgel diescr fi)rtschrcitcndcn Zonenfolgc gesetzmSssig fiir die ~tussersten Htillen, w:,'thrend ira Kern allcrdings complicirtere Erscheinungcn h~ufig zu beobachten sind.

Es ist nun gewiss bcmerkenswert, dass diese Zonenfolge iibcr- einstimmt mit der Reihe, die man erhiilt, wenn man (lie Plagioklasr nach abnehmendem Schmelzpunkt anordnet. Und jene die Zonenfolge der Plagioklase beherrschende Reg'el l:,isst sich nun einfach so aus- sprechen: I n d e n E r s t a r r u n g s g e s t e i n e n r c i c h c r t s i c h y o n d e n B e s t a n d t h e i l e n e i n e s i s o m o r p h e n S c h i c h t - k r y s t a l l s von P l a g i o k l a s in den i i l t e r e n S c h i c h t e n d ie s c h w e r c r s c h m e l z b a r e C o m p o n e n t e a n , wodurch sich dann yon selbst ergibt, dass in den aufeinander folgenden jiingcren

1) Handbuch der hlineralogie yon Dr. C. H i n t z e , pag. 1443.

3Iineralog. und petrogr. )Iitth. XVII. 1897. (F. Becke.)

9S F. Becke.

Sehichten eine fortsehreitende Am'eieherung der leichter sehmelzenden Componente stattfinden muss. l)

Dies stimmt zu den Ergebnissen, welehe Ki i s t e r bei dem Studium der Sehmelzpunkte isomorpher Gemisehe gefunden hat.~) Es zeigte sieh, dass dew Erstarrungspunkt eines isomorphen Gemisehes sieh naeh der Misehungsregel aus den Sehmelzpunkten der Compo- nenten bereehnen lasse. Ferner zeigte sieh, class yon den so berech- neten Erstarrungspunkten bisweilen regelmi~ssige Abweiehungen vorkommen, und class in solehen F~llen die Sehmelze nieht homogen erstarrt, soudern dass in den ersten Krystallisationen die seliwerer sehmelzbare Componente sieh anreiehert.

Angesichts dieser sieh gegenseitig stiitzenden Ergebnisse seheint es mir nun angezeigt, aueh bei anderen Gemengtheilen yon Er- starrungsgesteinen naehzuforsehen, ob bei ihnen i~hnliehe Regeln die Zonenstrnetur beherrsehen. Die Betraehtung m(ige dabei auf eigent- lich isomorphe Misehung besehr~nkt bleiben, die Umwaehsungen nieht isomorpher, wenngleieh ehemiseh iihnlieher KCirper vorlaufig ausgesehlossen werden. Auszusehliessen sind natiirlieh alle mit der Zonenstruetur iihnliehen Erseheinungen, die auf Umwandlungen beruhen, sowie die Fortwaehsungen eorrodirter alter Kerne unter ganz ge~inderten i~usseren Umstii, nden.

Olivin.

Am Olivin ist Zonenstructur selten beobachtet worden. Dies beruht wobl mehr auf der Geringffi~gkeit der mit Aenderung der Mischung von Mg2SiO~ und Fe~SiO~ verkniipften optisehen Aenderun- gen als auf der Abwesenheit chemischer Unterschiede in den auf einander folgenden Sehiehten der Olivinkrystalle.

Einen sehr instructiven Fall hat A. S i g m u n d 3) kiirzlich in diesel" Zeitschrift beschrieben und aueh theoretische Folgerungen aus seiner Beobachtung gezogen, denen ieh im wesentliehen beipfiiehte. Im Nephelinbasanit vom Steinberg bei Feldbaeh in Steiermark zeigten

1) Vergl. R. H e r z , Die Gesteine der Ecuatorianischen Westcordillere. Berlia 1892, pag. 32 u. ft. - - F. B e c k e , Petrographische Studien am Tonalit der Riesen-

ferner. Diese )[itth., Bd. XIII, pag. 414. 2) Zeitschrift fiir physikalische Chemie. 8, 577, 1891. s) A. S ig m u n d, Die Basalte der Steiermark II. Diese Mitth., Bd. XVI, pag. 353 ft.

Ueber Zonenstructur der Krystalle in Erstarrungsgesteinen. 99

die Olivineinsprenglinge den Beginn der Umwandlung in das ,mindral rouge" Miche l -L~vy ' s yon tangentialen Spriingen aus, die den Kern yon einer fest mit der Grundmasse verwaehsenen Hfille abtrennten. In vielen Sehnitten zeigte diese Hiille eine etwas andere Interferenz- farbe als der Kern und die sorgfiiltige Untersuehung geeigneter Schnitte lehrte, dass der Winkel 2 V nm die Mittellinie c in der Hiille um 70 griisser sei als im Kern, woraus naeh den Untersuchungen yon F o r b e s und P e n f i e l d 1) zu sehliessen ist, dass die Hiille reieher sei an dem Fayalitsilieat.

Eine ganz analoge Beobaehtung maehte ich vor mehreren Jahren an Olivinkrysta]len in dem stoekfi3rmig auffretenden Melaphyr westlich yon P r e d a z z o am Fusse des hIte. A g n e l l o . In Dul'eh- schnitten nach (001) hebt sieh ein sehmaler Saum yon dem homo- genen Kern ab, weleher nach aussen rasch zunehmende h~ihere Iuterferenzfarbe erkennen l~isst. Da in solehen Sehnitten parallel der Axenebene die Interferenzfarbe bei gleieher Dieke nur yon der Differenz (7--ct)abhtingt, so ist zuniiehst zu schliessen, dass die Hiille st~,irker doppe]brechend ist als der Rand. Dies weist schon auf Zunahme des Fayalitsilicates in der Hiille.'-') In einem Schnitt, der eine optisehe Axe und die Gegend der Mittellinie a im Gesiehts- felde zeigte, gab der Saum eine urn ganz wenig niedrigere Inter- ferenzfarbe. Die Orientirung der optisehen Axe mittels Camera lueida ergab, (lass die Axe in der Halle mit a einen um 3t/2 o kleineren Winkel einsehliesst als im Kern. Es ist also in der Halle 2 Vu um 7 o kleiner als im Kern. In Sehnitten ungefithr senkreeht auf c ist die lnterferenzfarbe des Saumes merklich hSher als im Kern.

Vollkommen analog verhielten sich dic Olivinkrystalle in dem Quarzbasalt yon Cinder Cone, Californien, jenem Gestein, das yon l) i l l e r trefflieh beschrieben, durch seine Quarzfiihrung so viele l)iscussionen hervorgerufeu hat. Die dureh Messung mittels Camera lueida gefundene Vergrtisserung des Winkels 2Vc beim Uebergang yore Kern zur Htille betrug circa 5 ~

WiG man sieht, verliiuft die Erseheinung in allen 3 Beispielen, welche ganz verschiedenen Gebieten angehiiren, im selben Sinn. Wenn

') Zeitschr. f. Kryst., Bd. XXVI, pag. 143. ~) 7 - -a :0"03(J Olivia, 0"046 Fayalit nach ~ I i c h e l - L ~ v y uad A. Lacro ix ,

Tableaux des min~raux des roches. Paris 1889. 7*

] 0 0 F. Becke.

im Olivin Zonenstruetur zu beobachten ist, nimmt in der Hiille die Doppelbreehung 7--a und der Winkel 2 Vc zu. Dies weist auf An- reieherung des Fayalitsilicates in der HiiIle.

Pyroxen-Amphibolgruppe. In der Gl'uppe der r h o m b i s c 11 e n P y r o x e n e treten Zonen-

strueturen, wie es seheint, selten auf. Aus der Literatur ist mir kein Beispiel yon ausgepriigter Zonenstruetur bei Bronzit oder Hypersthen bekannt. Aueh eine darauf geriehtete Durehsieht siebenbiii'gischer und steiriseherPyroxenandesite ftirdel'te niehts Oesetzm~tssiges zu Tage.

Ungemein h~iufig ist die Erseheinung einer fortsehreitenden Zonenstruetur bei den m o n o k 1 i n e n A u g i t e n.

Bei den grttnen Aegirinaugiten alkalireieher Gesteine, wie der phonolithoiden Tephrite, der Phonolithe und der Nephelinsyenite gilt die Regel, dass die Tiefe der FKrbung und die Ausltisehungssehiefe c c naeh aussen wiiehst. Hier ist es erlaubt, aus der Aenderung der optisehen Eigensehaften den Schluss zu ziehen, dass sieh in den ~usseren Hiillen die Aegirinsubstanz anreiehert. 1)

An den braunen und violetten Augiten der basaltoiden Tephrite, Basalte und verwandter Gesteine ist eine Khnliehe Zunahme der F~rbung in den Rindensehiehten gleiehfalls hiiufig zu beobaehten. Mit dieser Zunahme der Fiirbung ist aueh stets eine Zunahme des Ausliisehungswinkels ec, eine Verkleinerung des Axenwinkels 21:c und h~tufig eine merkliehe Abnahme der Doppelbreehung verbunden. ~') Sehr sehtin zeigen dieses Verhalten die Augiteinsprenglinge des beim Olivin angefiihrten Gesteins yon Predazzo. Die Erseheinung ist tibrigens so bekannt, dass es nieht nothwendig ist. weitere Beispiele anzufiihren.

In diesem Falle ist es nieht miig'lieh, pl'~ieise die Verbindung anzugeben, welehe sieh in den iiusseren Sehiehten anreiehert. Die

1) Vergl. u. a. J. B 1 u m r i c h, Ueber die sogenannte Sanduhrform der Augite. Diese Mitth., Bd. XIII, pug. 2 5 2 . - H. G r a b e r , Ueber Anwiirflinge in den tephri- tisehen Broekentuffen. Ebenda Bd. XV, pug. 295 ft. - - A. O s a n n , Beitr~ige zur Geologie und Petrographie tier Apache Mrs. Diese blitth., Bd. XV, pug. 410. - - W. R a m s a y und E. T. N y h o l m , Canerinitsyenit und einige verwandte Gesteine aus Kuolajitrvi. - - bull. de la Commission g~ologique de Ia Finlande, 1895, Nr. 1.

:)Vergl. namentlich A. S i g m u n d , Basalte der Steiermark. Diese Mitth.,

Bd. XV, pug. 361, Bd. XVI, pag. 337.

Ueber Zonenstructur der Krystalle in Erstarrungsgesteinen. 1 0 i

Zunahme der F~irbung deutet wohl auf Zunahme des Fe-Gehaltes. Aueh hat es den Anschein, dass dis Erscheinung in einigermassen alka]ireicheren Gesteinen deutlieher sei als in a]kaliarmen. Die gemeinen Augite der SiO,-t'eichen Andesite entbehren dieser dunkleren Randzone. Hieraus w~re vielleicht der Schluss erlaubt, dass die sieh am'eichernde Verbindung zugleieh alkalireich wiire. Doeh es bewegen si('h diese Betracbtungen vorliiufig nocb auf hypothetischem Boden.

Dass die Regel nicht tiberall in derselben Form giltig ist, beweisen meine Beobachtungen an den hellg.elb gef~rbten Augiten des trachytischen Phonolithes yon Forodada, wo dis Zonenstructur den umgekehrten Weg einschl~tgt nnd aussen hellere Schichten mit kleinerer Ausl(ischungsschiefe c c und schw~cherer Doppelbrechung" auftreten als im Kern. ~) Jedoch ist zu bemerken, dass wit tiber die chemische gatur dieser gelben Augite noch so wenig' unterrichtet sind, dass Schltisse auf die Aenderung" der chemiscllen Mischung in den optisch untcrscheidbarcn Schichten nicht m(iglich sind.

Deutliehe Zonenstruetur bei Mineralen der H o r n b 1 e n d e g r u p p e ist namentlich yon B r i i g g e r bei Gliedern seincr Kataphoritreihe beschrieben worden. Hier findet sieh h:,iufig ein Kern yon Kataphorit umwachsen yon einer Rinde yon Arfvedsonit. ~ Wenngleieh die chemische Zusammensetzung der Kataphorite nieht vollkommen sieher- gestellt ist, ergibt sich aus BrSg 'ger ' s Discussion der vorhandenen Analysen und der optischen Eigenschaften doch so,%l, (lass der Arfvedsonit das eisenreiehste Endglied der Reihe darstellt, withrend das andere Endglied durch griisseren Gehalt an Titansii, ure, Thonerde. Kalk, Magnesia ausgezeichnet wiire.

Bei der gemeinen Hornblende scheint Zonenstruetur in jener Reg'elmitssig'keit nieht vorzukommen, die sin Eingehen auf dieselbe gestatten wiirde.

Glimmergruppe.

Isomorphe Schichtnn~ und parallele Verwachsung" mtissen hier auseinander gehalten werden. Wit kiinnen hier kaum in Betracht ziehen die Verwachsungen yon Biotit und Mnscovit, yon Muscovit

1) F. B e c k e , Gesteine der Columbretes. Diese 3Iitth., Bd. XVI, pag. 160. ~) B r i i g g e r , Grorudit.Tinguait-Scrie, pag. 27 u. f.

102 F. Becke.

und Lepidolith, welehe schon yon G. Rose beschrieben wurden, die analogen Erscheinungen, welche S e h a r i z e r yon den Glimmern der Pegmatite yon Schiittenhofen 1) bekannt gemacht hat, und welche allerdings eine gesetzm~issige Aufeinanderfolge yon Lepidomelan, Muscovit, Lepidolith zu beweisen scheinen.

Dagegen sei bier hingewiesen auf die Beobachtungen am Anomit ira Dioritporphyrit von S t e i n e e k im niederSsterreiehischeu Waldviertel. ~-) Ein Kern yon liehtbriiunlichem Anomit mit normal- symmetrischer Axenlage wird umgeben yon cinem Rand dunkler braunen, fast einaxigen Biotites. Diese optischen Eigensehaften wcisen auf eine Zunahme der Eisenverbindung in den ~usseren Sehiehten hin, wenn wit aueh ausser Stande sind anzugeben, ob es eine Al- oder eine Mg-Verbindung ist, deren Anreicherung" im Kerne die hellere F~rbung bedingt.

Die nach aussen an Tiefe zunehmende F~rbung in den Glimmer- krystallen lamprophyrischer Gesteine ist tibrigens eine h~ufige Er- scheinung. ~)

An Krystallen yon E u d i a 1 yt in phonolithischen Grenzgesteinen des Nephelinsyenit der Apache Mts. beobachtete O s a n n ' ) eine ungleichmassige Vertheilung der Doppelbrechung, indera die Durch- sehnitte bei negativem Charakter in der Regel in den peripherischen Theilen starker, in den centralen Thei!en schwaeher doppelbreehend erschienen. In der Eudialyt-Eukolitgruppe ist eine optiseh positive Verbindung mit einer optisch negativen gemischt. Die negative Ver- bindung herrscht im Eukolit vorund dieser ist reicher an Mn- und an Ce-Metallen, armer an S,iO~. und hat ein hSheres specifisches Gewicht. Zunahme der negativen Doppelbrechung in den ausseren Schichten bedeutet also Anreicherung an der metallreicheren Com- ponente. Die Beobachtungen R a m s a y ' s 5) am Eudialyt der Halb- insel Kola lassen sieh im selben Sinn deuten. Die Erscheinungeu

2) Zeitschr. f. Kryst., Bd. XII, pag. 11. 2) Diese Mitth., 1882, Bd.V, pag. 151. 3) Yergl. R o s e n b u s c h, Mikroskopische Physiographie, 3. Aufl., Bd. II, pag. 507. 4) Beitr~ge zur Geologic und Petrographie der Apache ~fts. Diese blitth.,

Bd. XV, pag. 418. ~) Neues Jahrb. f. Mineral., Beil. Bd. VIII, 1893.

Ueber Zonenstructur der Krystalte in Erstarrungsgesteinen. 103

werden dutch den starken Untersehied in den Anwaehspyramiden der Prismen- und Basisfl~iehen complieirt.

In dem am angefiihrten Orte in Fig. 1 dargestellten Dureh- sehnitt ist die Doppelbreehung in der Anwaehspyramide der Basis im ganzen n e g a t i v . Die Aufhellung nimmt gegen aussen zwar nicht regelm~ssig, abet doeh im grossen und ganzen z u. In den Anwaehspyramiden der Prismenfl~tehen, die im ganzen p o s i t i v e n Charakter der Doppelbreehung besitzen, nimmt die Helligkeit gegen aussen entsehieden a b. Aus beiden Erscheinungen ist eine relative Anreieherung der optiseh negativen Eukolitsubstanz in den ~usseren Sehiehten zu folgern.

Sehr interessant ist in dieser Beziehung der M e 1 i 1 i t h. Aller- dings sind nur wenige Beobaehtungen tiber gesteinsbildende Melilithe vorhanden, welehe auf das Auftreten gesetzm~issiger Zonenstrueturen hinweisen. Jedoch verdankt man V o g t sehr lehrreiche Untersuchun- gen tiber das Auftreten soleher Strueturen in Melilithkrystanen aus Sehlacken. 1)

V o g t hat nachgewiesen, dass die Krystalle der Melilithreihe isomorphe Mischungen zweier Endglieder sind; des optiseh positiven Akermannit R, Sia01o und des 0ptiseh negativen Gehlenit RaAloS~.O~ o. Eine Misehung yon Akermannit und Gehlenit im Verh~iltnis yon 3 : 2 ist isotrop. Die =~lo03-:.ixmeren Mischungen sind positiv, die Al.,O.~- reieheren sind negativ.

Wenn nun in Schlaeken isomorphe Sehichtkrystalle vo,kommen, ist der Kern positiv, die Hiille negativ, beide sind dutch eine iso- trope Schiehte get,'ennt. Es nimmt also gegeu aussen die Beimisehung des Al203-haltigen Gliedes zu, im Kern ist die MgO-,'eiehere Verbin- dung angereiehert. Dieselbe Zonenfolge kann man aus den Angaben C ohen's'-') iibe," Melilith im Melilithaugitgestein yon Transvaal ent- nehmen. Bei im allgemeinen n e g a t i v e r Doppelbreehung zeigte sieh der Kern der Melilithkrystalle sehr schwach doppelbreehend his fast isotrop, eine Randzone zeigte dagegen starkere Aufhellung.

Eine bestimmte Regel beziiglieh der Anreieherung des Gehlenit- silicates in den ~tusseren Sehiehten ist also vorhanden. Dass dieses

t) ft. It. L. u Beitr@e zur Kenntnis der Gesetze der ~Iineralbildung in Schmelzmassen. Kristiania 1892. Vergl. namentlich pag. 123.

~) Dieso Mirth., Bd. XIV, pag. 188.

104 F. Becke.

Glied das leiehter sehmelzbare sei, dafiir fehlen allerdings braueh- bare Anhaltspunkte. 1)

Die angefiihrten Beobachtungen, so liickenhaft sie auch scin mSgen, lassen doch, wie ieh glaube, erkennen, dass es mSglicb ist, fur die wichtigsteu gesteinbildenden Mineralgattungen Regeln auf- zustellen, welehe die fortsehreitende Zonenstructur beherrschen.

In einigen Fiillen ist die Verbindung bestimmt angebbar, durch deren Anreicherung in den /tusseren Schiehten die Zonenstruetur hervorgebracht wird (.NaA1Si308 bei den Plagioklasen, Fe2Si04 beim 01ivin, NaFeSi,06 bei den Aegirinaugiten). In diesen F/illefi ist die sich anreiehernde Verbindung die leichter sehmelzbare Componente. Beim Albit ist dies dutch Jo ly ' s Experimente zahlenm~issig nach- gewiesen, beim Fayalit, beim Aegirin durch das Verbalten vor dem L~ithrohr leicht zu erkennen.

Beziiglich einer Reihe anderer Gruppen (basaltischer Augit, Kataforit-Arfvedsonitreihe, Glimmer) ist die Anreicherung Fe-haltiger Glieder in den /iusseren Sehiehten mit Wahrscheinlichkeit zu er- schliessen; dass diese leiehter schmelzen als die Al-und Mg-Verbin- dungen, an deren Stelle sie treten, ist naeh Analogie anzunehmen.

In der Eudialyt-Eukolitreihe ist die Anreicherung der Mn-reiehe- ren und Si-/irmeren Eukolitsubstanz angedeutet. Sie dUrfte /ihnlich zu betlrtheilen sein wie bei den vorgenannten Beispielen.

Beim Melilith ist die in der Htille angereicherte Verbindung ang'ebbar (Gehlenitsubstanz R3Al2Si..01o); ob diese abet leichter oder schwerer schmelzbar ist als die Al-freie Akermannitsubstanz; w/ire erst experimentel[ zu ermitteln.

Beziiglich tier gelben Augite yon Columbretes ist ein Ausnahms- fall insoferne zu constatiren, als hier der Fe-Gehalt naeh aussen abzunehmen scheint. Weitere Schltisse sind bei der mangelhaften Kenntnis tiber die Constitution jener Augite nieht zul~ssig'.

Die dutch die tiberwiegende Mehrzahl der Beobachtungen ange- deutete Reg'el, der keine siehere Ausnahme entgegengestellt werden

1) 1oh beniitze diese Gelegenheit, um einen Irrthum zu corrigiren, auf den reich vor kurzem mein geehrter Freund 3. E. H i b s c h aufmerksam machte. In der Notiz tiber optiseh positiven Melilith als Gesteinsgemengtheil (diese Mitth., Bd. XII pag. 444) hatte ich auch den Nephelinbasalt yon Schreckensteia als melilithh~iltig angefiihrt. Dies beruhte auf einer T~tuschung; ieh hatte ungewShnlieh breite Apatit- l~ingsschnitte fiir Quersehnitte yon ~ielilithtaFeln gehalten.

Ueber Zonenstructur der Krystalle in Erstarrungsgesteinen. 105

kann, wiirde also lauten: In i s o m o r p h e n M i s c h k r y s t a l l e n de r E r s t a r r u n g s g e s t e i n e s in( l , w o f e r n Z o n e n s t r u c t u r b e o b a c h t e t w i r d , d ie s c h w e r e r s c h m e l z b a r e n Compo- n e n t e n im K e r n , d ie l e i c h t e r s c h m e l z b a r e n in d e r Ht i l l e a n g e r c i c h e r t .

Dieser Satz steht nur scheinbar im Widerspruch mit der yon Bun s e n betontcn Unabh~ingigkeit der Ausschcidung'sfolge yore Schmelzpunkt. B u n s e n ' s Satz ist ohne Zweifel richtig: Die Aus- scheidungsfolge hiingt nicht yore Schmelzpunkt tier isolirten Vcrbin- dung ab, sondern yon ihrer LSslichkeit im Magma. Die Liislichkeit im Magma wird dutch vide verschiedene Factorcn bceinflusst. Untcr diesen ist aber sicher e i n e r - und zwar vermuthlich nicht einer der belanglosesten - - der Schmelzpunkt der Verbindung. Bei nahe verwandten Substanzen, wie sic zu isomorphen l~lischkrystallen zu- sammentreten, muss dieser Factor zur Geltung kommen.

Wenn er sich irgendwo nicht wirksam zeigt (z. B. bei den rhombischen Pyroxenen), so wiiren solche Fiille zu den ,vollkommcn is0morphen" K~irpern zu rechncn 1), bei denen der Schmelzpunkt der Mischung exact der Mischungsregcl folg't, und die Zusammensetzung tier Ausscheidung genau der Zusammensctzung der Schmelze entsl)richt.

~) Vergl. K ii s t e r, Zeitschr. f. physik. Chemic, 5, pag. 601, i890.

MJneralog. uud petrogr. Mittb. XVII. 1897. (F. Becke. Notiz. Literatur.)