In dieser Dissertation habe ich einen multimethodologischen Ansatz gewählt, welcher Synchrotronstrahlungs-Mikro-Computertomographie (SR-µCT), Rückstreuelektronen-Diffraktion (EBSD) und Elektronenstrahlmikrosonden-Analysen (EPMA) einbezieht, um untekühlte, synthetische Trachybasalte zu untersuchen. Die Schmelzen wurden bei konstantem Druck von 400 MPa beginnend von 1300 °C heruntergekühlt auf die Verweiltemperaturen von 1150 °C, 1100 °C und 1050 °C, mit isothermalen Verweilzeiten zwischen 0 Minuten und 8 Stunden. Das erste Ergebnis dieser Arbeit ist die Entwicklung neuer Kriterien zur Bestimmung von Nukleationsmechanismen. Ich verband das Vorhandensein einer geclusterten 3D-Verteilung von Titanomagnetitkörnern (Tmt) und das Vorhandensein kristallographischer Orientierungsbeziehungen (CORs) entlang der gemeinsamen Klinopyroxen (Cpx)-Titanomagnetit-Korngrenzen als Beweis für heterogene Nukleation, wohingegen die Abwesenheit beider Eigenschaften als Beweis für die homogene Nukleation von Tmt Körnern diente. Unter Anwendung dieser Kriterien untersuchte ich, inwiefern sich die Häufigkeit heterogener Nukleationssstellen auf die endgültige Mikrostruktur magmatischer Gesteine auswirkt. Ich konnte zeigen, dass in einer Cr-dotierten, wasserfreien Versuchsreihe die hohe Verfügbarkeit der Spinellkörner eine hohe Zahl an heterogenen Nukleationsstellen für Cpx liefert. Das Ergebnis ist eine Mikrostruktur, die charakterisiert ist durch zahlreiche kleine skelettartige Cpx Körner, welche sich auf den Spinellkörnern bilden und diese einschließen. In undotierten wasserfreien Proben führte die geringere Dichte der sich früh bildenden Spinellkörner zu weniger Nukleationsstellen, wodurch der Cpx ausgiebig ohne eine signifikante Konkurrenz benachbarter Kristalle wachsen konnte. Daraus ergeben sich große Bereiche in den Proben, die von großen, stark dendritischen Klinopyroxenkörnern dominiert werden. Diese Ergebnisse belegen, dass Phasen, die sich früh bilden oder vererbte Kristalle als Keime für die heterogene Nukleation fungieren und mehr noch als Unterkühlung die Kristallisationsdynamiken und die finale Gesteinsmikrostruktur stark beeinflussen. Die Verfügbarkeit heterogener Nuklei in magmatischen Systemen, die thermaler oder konstitutioneller Unterkühlung ausgesetzt sind, kann zu rascher Kristallisation führen. Das kann wiederum die Viskosität des Magmas beeinflussen und bestimmen, ob das System, abhängig von der Kristallinität, stagniert oder fragmentiert.
Stefano Peres (Wed,) studied this question.