Die Rolle von p-T-Bedingungen, Wirtsgesteinslithologie, Phasentrennung und organischen Verbindungen für die Metallmobilität und die Ablagerung von Metallsulfiden in räumlich aufgelösten Hydrothermalfeldern

• Antragstellerinnen: Professorin Dr. Simone A. Kasemann; Professorin Dr. Andrea Koschinsky
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521731271

Die chemische Zusammensetzung hydrothermaler Fluide und Präzipitate hängt von verschiedenen Parametern und Prozessen ab, darunter die Zusammensetzung des Wirtsgesteins, die Druck- und Temperaturbedingungen, die Fluidwege im Untergrund, das Verhältnis von Wasser zu Gestein, die Phasentrennung und Phasensegregation sowie die magmatische Entgasung. Darüber hinaus ist bekannt, dass gelöste organische Moleküle (mikrobiell erzeugt oder Produkte von hydrothermal abgebautem organischem Material) teilweise starke Metallkomplexierungskapazitäten aufweisen, die den Transport und die Löslichkeit von Metallen im Vergleich zur Ausfällung erheblich beeinflussen können. Daher entstehen in Abhängigkeit von diesen Parametern und der Zeit charakteristische Signaturen der hydrothermalen Zusammensetzung. Während für viele bisher entdeckte Hydrothermalfelder die Zusammensetzung der Endbestandteile bestimmt wurde, war es oft schwierig, die Rolle einzelner Prozesse für die chemische Gesamtzusammensetzung der Fluide und der aus ihnen ausfallenden Minerale eindeutig zu bestimmen. Wir schlagen vor, sowohl Felduntersuchungen durchzuführen als auch die Rolle einzelner Parameter experimentell zu bestimmen. Wir werden die Möglichkeit untersuchen, Sr-, Li- und B-Isotopensignaturen von hydrothermalen Fluiden und Präzipitaten als Indikatoren zu verwenden, die durch bestimmte Parameter gesteuert werden. Dies wird uns helfen, die jeweilige Rolle dieser Faktoren in natürlichen Hydrothermalfeldern zu entschlüsseln und die Metallanreicherung in hydrothermalen Lösungen und Mineralisationen als Funktion der Parameter vorherzusagen. Bei der Feldarbeit werden wir uns auf langsam spreizende Rückensysteme konzentrieren, die hydrothermale Systeme beherbergen, die über längere Zeiträume (mindestens Jahrzehnte) in ihrer Aktivität und Zusammensetzung stabil sind. Damit können wir den Faktor Zeit als zusätzliche Variable ausschließen. Wir werden hierfür die Teilnahme an kommenden Fahrten zum nördlichen Mittelatlantischen Rücken und die Zusammenarbeit mit der BGR Hannover und deren Forschungsfahrten zu den deutschen Lizenzgebieten auf dem Indischen Rücken im Rahmen des INDEX-Projekts nutzen. Für die experimentellen Arbeiten werden Autoklaven mit flexiblen Goldbeuteln bei Temperaturen bis 400°C eingesetzt; hier werden die einzelnen Parameter auf ihre Effizienz bei der Metallmobilisierung und -ausfällung und die Isotopensignaturen getestet. Schließlich wird eine thermodynamische Modellierung mit Geochemists Workbench GWB zur Berechnung von Feststoff-Lösungs-Gleichgewichten und Reaktionspfaden angewandt, wobei unsere Feld- und experimentellen Daten als Basisdaten und zur Überprüfung dienen. Wir gehen davon aus, dass die Ergebnisse dieses Projekts es uns ermöglichen werden, die Kontrollfaktoren der hydrothermalen Erzbildung und der Anreicherung spezieller Metalle, die für moderne Technologien von Interesse sind, besser zu verstehen und die Erkundung solcher Lagerstätten anzuleiten.

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