Experimentelle Bestimmung der Benetzungswinkel silikatischer Schmelzen auf Mineraloberflächen in Abhängigkeit von der kristallographsichen Orientierung

Abstract

Um grundsätzliche Informationen über die anisotropen Benetzungseigenschaften der Matrixminerale von Mantelgesteinen mit Silikatschmelzen zu erhalten und damit die Datenbasis für theoretische Modelle zu erweitern, welche sich mit dem Einfluß der Kristallanisotropie auf die Morphologie von Partialschmelzen beschäftigen, wurden die Benetzungswinkel von Tropfen synthetischer Silikatschmelzen auf entsprechend präparierten Kristalloberflächen bei 1 bar Druck für die vor allem im Oberen Mantel anzutreffenden Minerale Spinell, Enstatit, Diopsid und zum Vergleich Forsterit experimentell bestimmt. Die Abhängigkeit dieses Winkels von der kristallographischen Orientierung der Kristallflächen war dabei im Hinblick auf die Verteilung der Schmelze innerhalb der Gesteinsmatrix von besonderem Interesse, da die Beschreibung der Schmelzmorphologie eine elementare Bedeutung für das Verständnis sowohl der Beweglichkeit und Extraktion von Partialschmelzen, als auch von metasomatischen Vorgängen und! physikalischen Eigenschaften des Mantels hat. Dabei dürfen die hier untersuchten Benetzungswinkel psi nicht mit dem dihedralen Winkel theta verwechselt werden, welcher in der Literatur zur Charakterisierung der Schmelzmorphologie Verwendung findet. Die Beziehung des Benetzungswinkels psi zu der zwischen Schmelze und Mineral wirkenden Grenzflächenenergie gammaSL wurde hergeleitet. Der dabei gewonnenen Propotionalwert läßt Aussagen über den Einfluß der untersuchten Minerale auf die Morphologie von Schmelzkanälen, bzw. -taschen in einer peridotitischen Gesteinsmatrix zu, was wiederum bedeutsam für den Grad der Durchlässigkeit und Konnektivität ist. Für einen Teil der untersuchten Kristallflächen sind zudem die Oberflächenenergien theoretisch berechnet und mit den experimentellen Daten verglichen worden.