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News: Das Werden von Antimon-Lagerstätten

Bei der Entstehung von Gebirgen reißen Spaltensysteme auf, in denen heißes Wasser nach oben steigt. Dieses Wasser steht unter hohem Druck, enthält große Mengen von gelösten Metallen und wird in den Erdwissenschaften als Fluid bezeichnet. Wenn es abkühlt, kann es seine Metallfracht entladen - auf diese Weise entstehen Erzlagerstätten.
Die komplexen Mechanismen, die zum Transport und zum Absetzen der Metalle führen, stehen im Zentrum der Lagerstättenforschung. An der Universität Würzburg wollen Wissenschaftler um Prof. Dr. Martin Okrusch vom Institut für Mineralogie und Kristallstrukturlehre die Prozesse erkennen, die während der Auffaltung und Heraushebung des Rheinischen Schiefergebirges vor 320 bis 290 Millionen Jahren zur Bildung von Antimon-Lagerstätten geführt haben.

Dazu benötigen die Forscher zunächst Informationen darüber, wie tektonische Bewegungen und die Ablagerung der verschiedenen Minerale innerhalb der Erzgänge zeitlich aufeinandergefolgt sind. Diese Fragen lassen sich durch die mikroskopische Untersuchung der Gangminerale und Nebengesteine klären, so der Mineraloge Thomas Wagner.

Einen wesentlichen Schwerpunkt des Projektes bilden die Untersuchungen von sehr kleinen, in Quarzkristallen erhalten gebliebenen Einschlüssen derjenigen Fluide, aus denen sich die Antimonerze abgeschieden haben. Durch das Einfrieren und Wiederaufheizen dieser Einschlüsse unter mikroskopischer Beobachtung lassen sich Informationen über Bildungstemperaturen und Salzgehalte der Fluide gewinnen. Zusammen mit weiteren Analysemethoden können die Forscher damit die Entwicklung von Temperatur, Druck und Fluid-Zusammensetzung während der Lagerstättenbildung rekonstruieren.

Laut Wagner haben die Untersuchungen im Rheinischen Schiefergebirge gezeigt, dass die Temperaturen zu Beginn der Entstehung der Antimonerzgänge etwa 380 bis 420 Grad Celsius bei Drucken von 0,2 bis 0,8 Kilobar betragen haben müssen. Während der weiteren Entwicklung der Gangsysteme hätten sich die heißen Fluide – zum Teil unter intensiver Veränderung der Nebengesteine – dann drastisch bis auf Temperaturen unter 140 bis 160 Grad Celsius abgekühlt. Weil die Löslichkeit der meisten Metalle und Metallverbindungen in solchen Fluiden sehr stark mit der Temperatur abnimmt, führte diese Abkühlung dazu, daß sich der größte Teil der Metallfracht absetzte.

Dieser Effekt sei, wie die Würzburger Mineralogen erläutern, bei Antimon besonders stark: Von Experimenten ist bekannt, daß eine Abkühlung von 350 auf 200 Grad Celsius dazu führt, dass nur noch 0,5 Prozent der ursprünglichen Menge gelöst bleiben können. Die Bildung der Antimon-Lagerstätten wurde zudem dadurch begünstigt, daß die Fluide während ihres Aufstiegs entlang von Störungszonen in verfaltete Gesteinsstrukturen gelangten, in denen poröse Sandsteine von undurchlässigen Tonschiefern überlagert werden – solche Bereiche sind eine Art "geologische Falle" für Fluide.

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