Basalt

Basalt ist ein sehr häufig vorkommendes dunkel gefärbtes Vulkangestein, das aus kalzischem Plagioklas (meist Labradorit), Klinopyroxen (Augit) und Eisenerz (titanhaltiger Magnetit) besteht. Basalt kann auch Olivin, Quarz, Hornblende, Nephelin, Orthopyroxen usw. enthalten. Basalt ist das vulkanische Äquivalent von Gabbro.

Basalt ist in der Regel schwarz oder dunkelgrau und relativ strukturlos. Er besteht aus Mineralkörnern, die mit bloßem Auge meist nicht zu unterscheiden sind. Basalt kann auch vulkanisches Glas enthalten. Basalt kann Phenokristalle (größere Kristalle in feinkörniger Grundmasse) und Vesikel (Löcher, die durch vulkanische Gase gefüllt wurden) enthalten.

Die schwarze Farbe erhält Basalt durch Pyroxen und Magnetit. Beide enthalten Eisen, weshalb sie schwarz sind. Es ist also wieder Eisen, das für die Färbung von Basalt verantwortlich ist. Plagioklas, volumenmäßig meist der wichtigste Bestandteil, ist meist blassgrau gefärbt.

Basalt ist eine wichtige Gesteinsart, die in praktisch allen tektonischen Gebieten vorkommt. Basalt ist eindeutig das häufigste vulkanische Gestein auf der Erde, und basaltische Gesteine (einschließlich Gabbro, Diabas und deren metamorphisierte Äquivalente) sind die häufigsten Gesteine in der Erdkruste2. Basalt ist auch auf dem Mond und anderen felsigen Planeten des Sonnensystems verbreitet.

Warum ist Basalt so häufig? Basalt ist der ursprüngliche Bestandteil der Kruste, aus dem sich fast alle anderen Gesteinsarten entwickelt haben. Basalt bildet sich, wenn Mantelgestein (Peridotit) zu schmelzen beginnt. Gesteine schmelzen inkongruent. Das bedeutet, dass die entstehende Schmelze eine andere Zusammensetzung als das Ausgangsgestein hat. Das kann natürlich nur passieren, wenn die Gesteine nur teilweise schmelzen, aber genau das passiert im oberen Erdmantel. Es schmilzt teilweise zu basaltischem Magma, das weniger dicht ist und nach oben steigt, um neue ozeanische Kruste in mittelozeanischen Rücken oder Vulkane und Intrusionen (Deiche, Schwellen) in vielen anderen tektonischen Systemen zu bilden. Basalt ist das Ausgangsgestein für andere vulkanische Gesteine wie Dazit, Rhyolith usw.

Basaltkiesel nahe der Südspitze von La Palma verwandeln sich langsam in schwarzen Sand, der für vulkanische ozeanische Inseln typisch ist.

Basaltprobe, gesammelt in der Nähe des Giant’s Causeway, Nordirland. Breite der Probe 8 cm.

Gabbro ist ein grobkörniges (intrusives) Äquivalent von Basalt. Diese Gabbroprobe stammt von La Plama. La Palma ist eine ozeanische Insel, aber einige Teile sind angehoben und es gibt tiefe Schluchten wie die Caldera de Taburiente, die tief in das Innere der Insel einschneidet und Intrusivgestein wie Gabbro zutage treten lässt. Breite der Probe 10 cm.

Basaltische Gesteine können Xenolithe aus dem Erdmantel enthalten. Hier ist ein hellgrüner Dunit-Xenolith im Basalt von Hawai’i. Breite der Probe 8 cm.

Basalt hat eine strenge chemische Definition. Es ist in dem oben gezeigten TAS-Diagramm definiert. Basalt ist ein Eruptivgestein, das mehr als 45 und weniger als 52 % SiO2 und weniger als fünf Prozent Gesamtalkalien (K2O + Na2O)3 enthält.

Nachbargesteinstypen wie basaltischer Andesit, Basanit, Pikrit (Picrobasalt), Trachybasalt und sogar weiter entfernte Gesteine wie Phonotephrit oder Andesit können sehr ähnlich aussehen und in vielen Fällen leicht mit Basalt verwechselt werden.

Basalt ist in vielen tektonischen Regimen weit verbreitet, aber es gibt leichte Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung, die eine genauere Klassifizierung ermöglichen. MORB ist ein Akronym für „mid-ocean ridge basalt“ und OIB für „oceanic island basalt“. MORB ist das Ergebnis eines teilweisen Aufschmelzens des oberen Mantels, der bereits viele Male recycelt wurde, während OIB zumindest teilweise aus einem tieferen Teil des Mantels stammt (aus tiefen Mantelplumes, die Hot Spots wie Hawaii oder die Kanarischen Inseln speisen) und daher weniger an inkompatiblen chemischen Elementen verarmt ist.

Andesit ähnelt Basalt, enthält jedoch mehr Siliziumdioxid und ist im Allgemeinen von hellerer Farbe. Die weißen Kristalle sind Plagioklas-Phenokristalle, die jedoch weniger Ca und mehr Na enthalten als Plagioklas in Basalt. Andesit ist ein sehr häufiges Produkt des Vulkanismus der Subduktionszone. Santorin, Griechenland. Breite der Probe 7 cm.

Zusammensetzung

Die durchschnittliche chemische Zusammensetzung von Basalt wurde anhand von 3594 chemischen Analysen basaltischer Gesteine2 ermittelt (Zahlen sind Massenprozente, die flüchtig-frei auf 100 % umgerechnet werden):

SiO2 – 49,97
TiO2 – 1,87
Al2O3 – 15,99
Fe2O3 – 3.85
FeO – 7,24
MnO – 0,20
MgO – 6,84
CaO – 9,62
Na2O – 2,96
K2O – 1,12
P2O5 – 0,35

Mineralien, die diese chemischen Elemente enthalten (die chemische Zusammensetzung von Eruptivgestein wird traditionell in Oxiden ausgedrückt), sind Augit, Plagioklas und titanhaltiger Magnetit. Diese Minerale sind schwer nachzuweisen, weil sie zu klein sind, um in typischem Basalt zu sehen zu sein, aber einige basaltische Gesteine sind porphyrisch (viele porphyrische Gesteine sind hier zu sehen: Porphyr) und zeigen einige dieser Minerale schön (leider aber nicht Magnetit).

Basaltporphyrit von der Isle of Mull, Schottland mit vielen Plagioklas-Phänokristallen. Das Gestein hat eine Länge von 8 cm.

Porphyritisches Basaltgestein aus Teneriffa. Die Phenokristalle sind Plagioklas (weiß) und Augit (schwarz). Breite der Probe 14 cm.

Magnetitkristalle sind in Basalt immer mikroskopisch klein, aber manchmal bilden sie schwarze Streifen in hellem Sand. Hier handelt es sich um schwere Mineralien (meist Magnetit) als Rückstand der Verwitterung von Basaltgestein. White Park Bay, Nordirland.

Basaltgestein (höchstwahrscheinlich Basanit) aus der Caldera de Taburiente, La Palma. Schwarz ist Pyroxen-Augit, orange ist Olivin oder genauer gesagt, was davon übrig ist. Die orangefarbenen Flecken sind ehemalige Olivinkristalle, die jetzt aus einer Mischung aus Silikaten und Eisenoxiden bestehen, die als Iddingsit bekannt ist. Olivin ist ein häufiges Mineral in vielen basaltischen Gesteinen. Ansichtsbreite 10 cm.

Ein weiterer Basalt (chemisch wahrscheinlich Pikrobasalt) mit viel Olivin (frischer Olivin ist hellgrün, wird aber mit zunehmender Verwitterung immer gelber). Oahu, Hawai’i. Breite der Probe 6 cm.

Basalt im Gelände

Subaerialer Basalt bildet Lavaströme oder pyroklastische Felder und Kegel. Zwei Haupttypen von basaltischen Lavaströmen sind Aa-Lava und Pahoehoe-Lava.

Aa-Lava hat eine grobkörnige, unregelmäßige Kruste, während Pahoehoe glatt ist. Die Lavakruste von aa-Lava ist in Stücke gebrochen, während pahoehoe ihre Kontinuität beibehält. Beide Arten von Lavaströmen sind unter der Kruste massiv, und dieses massive Innere kann säulenförmig sein. Die Säulen sind durch schmale Risse voneinander getrennt, die sich bilden, weil sich abkühlendes Basaltmagma zusammenzieht. Die Risse bilden sich zunächst an der Oberfläche und breiten sich mit der Abkühlung der Lava in die Tiefe aus. Submariner Basalt bildet in der Regel Säulen. Pillow-Basalt entsteht durch sehr schnelle Abkühlung. Der äußere Teil des sich bildenden Kissens kühlt im Kontakt mit kaltem Meerwasser sehr schnell ab, während sich das Innere noch mit geschmolzener Lava füllt.

Basalt bildet meist Lavaströme, da er zu den am wenigsten zähflüssigen Magmatypen gehört und daher keine explosiven Vulkanausbrüche hervorruft, aber manchmal bildet sich pyroklastisches Material, wenn das Magma mehr vulkanische Gase enthält. Basaltgestein kann als Lapilli (Singular: Lapillus) und vulkanische Bomben aus Vulkanschloten geschleudert werden. Basaltvulkane werden von Deichen (flächige, intrusive Gesteinskörper, die im erstarrten Zustand andere Gesteine durchschneiden) und Schwellen (ähnlich wie Deiche, aber im Allgemeinen parallel zu bereits bestehenden Schichtflächen) gespeist.

Basaltische Lavaströme des Kilauea-Vulkans auf Hawai’i.

Eine Lava im Vordergrund. La Palma, Kanarische Inseln.

Pahoehoe-Lava (ropy lava). La Palma, Kanarische Inseln.

Pillow-Lava bei Fasoula, Troodos-Ophiolith, Zypern. Kissenlava kommt auf der Erde sehr häufig vor, ist aber schwer zu finden, da sie sich fast ausschließlich auf dem Meeresboden befindet. Beispiele finden sich an Land, wo der ehemalige Meeresboden tektonisch zwischen zwei Blöcken kontinentaler Kruste eingezwängt ist.

Scoriaceous lapillus vom Ätna, Italien. Obwohl er 5 cm breit ist, wiegt er nur 15 Gramm, weil er mit Gasblasen (Vesikeln) gefüllt ist. Eine ähnliche Gesteinsart mit felsischer Zusammensetzung ist Bimsstein.

Manchmal liegen die Deiche so dicht beieinander, dass der gesamte Aufschluss aus ihnen besteht. Diese flächigen Deiche auf Zypern speisten einst Vulkane am Meeresboden.

Die Deiche bestehen aus Basalt und Diabas. Diabas ist nichts anderes als grobkörniger Basalt. Hier ist ein Kontakt zwischen Basalt (links) und Diabas auf Zypern zu sehen. Der Basaltdeich ist feinkörnig, weil er jünger ist und abgekühlt wurde (er verlor schnell Wärme an den Diabasdeich rechts).

Säulen im Basalt verlaufen senkrecht zur Abkühlungsfront. In diesem Fall ist es offensichtlich, dass der Basalt eine Röhre (gefüllter Lavatunnel) gebildet hat. Solche Röhren sind ein häufiges Phänomen auf Vulkaninseln und ermöglichen es dem Vulkan, sich zu vergrößern, da das Magma in solchen thermisch isolierten Röhren über weite Strecken fließen kann, bevor es erstarrt. Teneriffa, Kanarische Inseln.

Die Deiche und Schwellen sind oft am Boden sichtbar und können zu bemerkenswerten Landformen werden. Salisbury Crags in Edinburgh ist eine Basaltschwelle.

Metamorphose und Verwitterung

Basalt besteht größtenteils aus Mineralen, die wenig verwitterungsbeständig sind. Daher neigt Basalt als Ganzes auch dazu, schneller zu verwittern als Granit und andere felsische Gesteinsarten. Magnetit ist eines der widerstandsfähigsten Minerale in Basalt und bildet den Großteil der Schwermineralsande. Andere Mineralien zerfallen und geben ihre Bestandteile als Ionen an das Wasser ab oder bilden Tonminerale. Eisen und Aluminium gehören zu den am wenigsten mobilen Ionen und neigen daher zur Bildung von Lateritlagerstätten, die mit diesen Elementen angereichert sind.

Basalt verwandelt sich je nach Druck, Temperatur und der Art der flüchtigen Verbindungen, die mit den Mineralien im Basalt reagieren, in eine Reihe verschiedener Gesteinsarten. Die häufigsten metamorphen Gesteine mit basaltischem Protolith sind Chloritschiefer, Amphibolit, Blauschiefer und Eklogit.

Schwarzer Sand bildet sich auf vulkanischen Inseln, wenn Quarz und biogene Körner nicht vorhanden sind. Hier eine Basaltklippe und schwarzer Sand auf La Palma, Kanarische Inseln.

Chloritschiefer ist ein minderwertiges metamorphisiertes mafisches Eruptivgestein, oft mit einem basaltischen Protolithen. Das eisenhaltige grüne Schichtsilikatmineral Chlorit verleiht dem Gestein eine schiefrige Spaltbarkeit. Breite der Probe 13 cm.

Etymologie

Der Begriff „Basanit“ wurde bereits in der Antike verwendet und „Basalt“ ist wahrscheinlich eine fehlerhafte Umschreibung von Basanit. Der deutsche Gelehrte Agricola (Georg Bauer) erwähnte den Begriff „Basalt“ zum ersten Mal im Jahr 1546. Er bezog sich auf schwarzes säulenförmiges Gestein aus Stolpen (in der Nähe von Dresden in Deutschland), das selbst nach modernen Klassifizierungsgrundsätzen tatsächlich Basalt ist1.

1. Tomkeieff, S. I. (1983). Dictionary of Petrology. John Wiley & Sons.
2. Best, Myron G. (2002). Igneous and Metamorphic Petrology, 2nd Edition. Wiley-Blackwell.
3. Le Maitre, R. W. (2005). Igneous Rocks: A Classification and Glossary of Terms: Recommendations of the International Union of Geological Sciences Subcommission on the Systematics of Igneous Rocks, 2nd Edition. Cambridge University Press.