Ein Xenolith (von griechisch ξένος, xénos „fremd“ und λίθος, líthos, „Stein“; deutsch Fremdgestein) ist ein Einschluss (Inclusion) älteren Nebengesteins („eines Steines“) in einem Vulkanit oder Plutonit, dessen Entstehung mit der Bildung des Vulkanits oder Plutonits in keinem direkten Zusammenhang steht.
In der Geologie wird der Begriff fast ausschließlich verwendet, um Gesteinsfragmente zu beschreiben, die beim Aufstieg, Einlagern oder Ausbrechen von Magma oder Lava in magmatisches Gestein eingelagert werden.
Entstehung
Xenolithe entstehen, wenn ein aufsteigender Magmakörper Teile des umgebenden Nebengesteins (des Gesteins, durch das sich das Magma bewegt) abreißt. Diese Fragmente werden dann im geschmolzenen Material suspendiert.
- Ingestion: Xenolithe können an den Rändern einer Magmakammer eingeschlossen oder von den Wänden der Kammer abgerissen werden, während das Magma an die Oberfläche drängt.
- Überleben: Damit ein Fragment als Xenolith klassifiziert werden kann, muss es sich erkennbar von dem Gestein unterscheiden, in dem es gefunden wurde, und darf nicht vollständig geschmolzen oder in das Magma aufgenommen sein, bevor dieses abkühlt und erstarrt.
Typen
- Exotische Xenolithe: Fragmente von nicht verwandten, bereits vorhandenen Gesteinen (z. B. ein Stück Sedimentgestein in einer magmatischen Intrusion).
- Autolithen (oder verwandte Einschlüsse): Stücke älteren Gesteins, die genetisch mit dem Wirtsgestein verwandt sind und oft frühere, erstarrte Phasen desselben Magmasystems darstellen. Diese werden in der Regel nicht als echte Xenolithen betrachtet.
Geologische Bedeutung
Xenolithen sind für Geologen äußerst wertvoll, da sie direkte Gesteinsproben aus sonst unzugänglichen Tiefen liefern.
- Probennahme aus der Tiefe der Erde: Bestimmte magmatische Gesteine, wie Basalte und Kimberlite, stammen tief im Erdmantel. Sie steigen oft sehr schnell auf und bringen Fragmente des Erdmantels (z. B. Peridotit- oder Eklogit-Xenolithe) an die Oberfläche. Die Untersuchung der Mineralogie und Chemie dieser Xenolithe ist für Wissenschaftler die wichtigste Methode, um die Zusammensetzung des Erdmantels und der tiefen Kruste direkt zu untersuchen und zu verstehen.
- Magmageschichte: Das Ausmaß der Reaktion eines Xenolithen mit dem Wirtsmagma (Anzeichen von Schmelze, Lösung oder chemischer Veränderung) kann Rückschlüsse auf Temperatur, Druck und Aufstiegsgeschwindigkeit des Magmakörpers geben.
- Krustenstruktur: Entlang des Magmawegs gesammelte Xenolithe liefern ein vertikales Profil der Gesteine, durch die das Magma geflossen ist, und geben Aufschluss über die Zusammensetzung der nicht freigelegten Schichten der Kruste.
Bedeutung fdie Geothermie
Die Xenolithe sind für die Geothermie von großer Bedeutung, da sie direkte Proben aus dem tiefen Untergrund liefern, der sonst nur durch teure und risikoreiche Tiefbohrungen oder indirekte geophysikalische Methoden zugänglich wäre. Ihre Analyse ermöglicht wertvolle Rückschlüsse auf die Bedingungen und die Beschaffenheit potenzieller geothermischer Reservoire und der darunter liegenden Wärmequellen.
Die Untersuchung von Xenolithen trägt in folgenden Punkten zur geothermischen Forschung und Exploration bei:
Xenolithe, insbesondere solche, die aus dem oberen Erdmantel stammen (Mantel-Xenolithe wie Peridotit), enthalten Mineralkombinationen, deren chemische Zusammensetzung durch Temperatur und Druck in ihrer Herkunftstiefe gesteuert wird.
- Geothermobarometrie: Mithilfe spezieller Analysen (Geothermobarometrie) können Wissenschaftler die ursprünglichen Bildungs- und Gleichgewichtstemperaturen und -drücke der Xenolithe abschätzen.
- Tiefe Temperaturen: Diese Daten ermöglichen es, den geothermischen Gradienten (die Zunahme der Temperatur pro Tiefe) des Untergrunds zu rekonstruieren und somit die Temperatur in relevanten Bohrtiefen für geothermische Projekte genauer vorherzusagen.
Charakterisierung des Reservoirgesteins
Xenolithe sind Bruchstücke der Gesteinsschichten, die von aufsteigendem Magma durchdrungen wurden. Sie liefern somit reale Materialproben der tiefen Kruste und des Mantels, die als petrothermale Reservoire (Enhanced Geothermal Systems, EGS) in Frage kommen.
- Gesteinszusammensetzung: Die Kenntnis der genauen Mineralogie und Petrographie des Gesteins ist entscheidend für die Planung von Bohrlöchern und für die Stimulation des Reservoirs.
- Wechselwirkungen mit Fluiden: Sie geben Aufschluss darüber, wie das tiefe Gestein mit den geothermalen Fluiden chemisch reagieren könnte (z. B. Korrosion, Ausfällung von Mineralen), was wichtig für die Langlebigkeit und Effizienz geothermischer Anlagen ist.
Verständnis der Strukturen und Prozesse
In vulkanisch aktiven oder ehemaligen vulkanischen Gebieten, die oft für die Geothermie besonders interessant sind (hohe Wärmeflüsse), können Xenolithe helfen, die dreidimensionale Struktur des Untergrunds zu verstehen.
- Tiefe Geologie: Xenolithe, die aus großer Tiefe mitgerissen wurden, können Aufschluss über die Lage von magmatischen Kammern oder großen Störungszonen geben, die als Wärmequelle bzw. Fluidwege für geothermale Systeme dienen.
- Tiefenberechnung: Die im Gestein eingeschlossenen Xenolithe müssen älter sein als das Wirtsgestein (Intrusiv- oder Vulkangestein). Sie können daher zur Altersdatierung und zur Rekonstruktion der Schichtenfolge des Untergrunds genutzt werden.
Quelle
Teilweise Gemini, überarbeitet
Weblink
https://de.wikipedia.org/wiki/Xenolith
Literatur
Zu Literatur siehe:
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