Beitrag alkalischer Lösungen zur Bildung supergener und hydrothermaler Niedrigtemperatur-Mineralisationen: Experimente und natürliche Analoga

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Bau
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441301783

Hochtemperierte und saure Lösungen sind bekannt für ihre bedeutende Rolle bei der Bildung von vielen Erzlagerstätten. Im Gegensatz dazu ist der Einfluss alkalischer Lösungen mit pH-Werten >> 7 bei der Lagerstättenbildung mit wenigen Ausnahmen bislang kaum charakterisiert. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass viele geochemische Parameter, Spurenelementkonzentrationen und auch das Verhalten kritischer Metalle selbst in rezenten natürlichen alkalinen Lösungen nicht bekannt sind. Diese gravierende Wissenslücke verhindert eine zuverlässige Einschätzung ihrer möglichen Rolle bei der Bildung von Erzlagerstätten. Alkalische Lösungen sind jedoch allgegenwärtig und kommen in vielen geologischen Umgebungen vor, von endorheischen Seen über Grundwässer bis hin zu marinen Hydrothermalfluiden. Alkalische Lösungen könnten daher signifikant zur Bildung von z.B. supergenen und hydrothermalen Erzlagerstätten beigetragen haben. Im vorliegenden Projektantrag sollen geochemische Untersuchungen an alkalischen Lösungen und an Gesteinen, die mit Hoch-pH-Lösungen in Wechselwirkung getreten sind, durchgeführt werden. Hierzu sollen zunächst die Verteilung der HFSE (High-field strength elements; z.B. Seltenerdelemente und Y, Sc, Zr, Hf, Nb und Ta) und die Isotopenzusammensetzung von Sr und Nd in alkalischen Seen in Europa, Ostafrika und den USA untersucht werden. Nachdem die Geochemie der Haupt-, Neben- und Spurenelemente sowie weitere wichtige physikalisch-chemische Parameter charakterisiert wurden, werden unbehandelte Aliquots dieser Lösungen für Laugungsexperimente mit verschiedenen Gesteinen und mit potenziellen Protoren verwendet. Die Experimente werden durch Experimente mit künstlichen Lösungen ergänzt, welche vereinfachte natürliche hoch-pH-Lösungen simulieren. Dieses Projekt soll nun erstmals eine umfassende Datenbank der HFSE- und Isotopenverteilung in alkalischen Wässern von mehreren Standorten bereitstellen und wichtige Informationen darüber liefern, wie alkalische Fluide mit Gesteinen interagieren und wie diese die Mobilität kritischer Elemente während der Wasser-Gesteins-Wechselwirkung beeinflussen. Die geochemischen Signaturen in den natürlichen alkalischen Lösungen und den experimentellen Laugungslösungen und -rückständen können als Fingerabdrücke für Wasser-Gesteins-Wechselwirkung in Anwesenheit alkalischer Lösungen verwendet werden und helfen somit Geochemikern und Lagerstättengeologen gleichermaßen, zu beurteilen, ob alkaline Lösungen zur Bildung von bestimmten Mineralisationen beigetragen haben. Ergänzt wird die experimentelle Studie durch geochemische Modellierung und schließlich einen Vergleich mit publizierten geochemischen Daten aus Erzvorkommen, um somit den möglichen Beitrag alkalischer Lösungen zur Bildung wirtschaftlich bedeutsamer Lagerstätten zu evaluieren.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2238: Dynamik der Erzmetallanreicherung - DOME