Lagerstättenkunde

Teilgebiet der Geowissenschaften

Die Lagerstättenkunde gehört zu den Geowissenschaften und befasst sich mit den natürlichen Anreicherungen von festen, flüssigen oder gasförmigen Rohstoffen (Ressourcen) innerhalb der Erdkruste, die für wirtschaftliche und/oder industrielle Zwecke genutzt werden können. Ihre Aufgabe besteht in der Versorgung der Industriegesellschaft mit diesen Rohstoffen. Aus diesem Grund wird der Begriff Lagerstättenkunde oft wie ein Synonym für Wirtschaftsgeologie (englisch: economic geology) verwendet. Als Teilgebiet der angewandten Geologie ist die Lagerstättenkunde auch für vielfältige Dienstleistungen während der bergbaulichen Gewinnung von Rohstoffen zuständig.

Aufsuchung und Beurteilung von LagerstättenBearbeiten

Ein wesentliches Aufgabengebiet der Lagerstättenlehre besteht in der Erkundung (Prospektion) von Höffigkeitsgebieten und der Erschließung (Exploration) der aufgefundenen Vorkommen. Dies erfordert eine sorgfältige Probennahme im Gelände, wie z. B. durch Schürfgräben, Bohrungen, Versuchsstollen usw. Das Ziel dieser Arbeiten ist die Bestimmung der genauen Position der Lagerstätte, so wie die Vorratsberechnung. In diesem Zusammenhang wird die Lagerstättenkunde oft als Montangeologie bezeichnet.

Genetische Klassifikation der ErzlagerstättenBearbeiten

Lagerstätten gebildet hauptsächlich durch orthomagmatische ProzesseBearbeiten

In mafisch-ultramafischen KomplexenBearbeiten

 
Satellitenbild des Meteoritenkraters von Greater Sudbury/Ontario (langgezogenes hellgrünes Oval in der Bildmitte), dessen Impakt wahrscheinlich die Magmenentmischung ausgelöst hat.

Schon früh können sich in glutflüssigen Gesteinsschmelzen mafischer (Magmen) bestimmte Minerale mit sehr hohen Schmelzpunkten ausscheiden, wie z. B. Chromit (siehe auch Magmatische Differentiation). Wenn diese Minerale spezifisch schwerer sind, als die Restschmelze, sinken sie auf den Boden der Magmakammer, wo sie sich anreichern. Magmenströmungen und andere Differenziationsprozesse können dann zur Schlierenbildung oder Schichtung der Minerale innerhalb der magmatischen Intrusion führen, wie z. B. in den Chrom-Lagerstätten des Bushveld-Komplexes in Südafrika.

In anderen Fällen kann es zur Trennung bestimmter unmischbarer Komponenten (Phasen) in der Schmelze kommen, so wie sich Wasser von Öl trennt (Liquidentmischung). In Sulfid-Silikat-Schmelzen scheiden sich z. B. Sulfidtröpfchen ab. In diesen Tröpfchen konzentrieren sich besonders Kupfer und Nickel, ebenso Metalle der Platin-Gruppe. Wenn sich die einzelnen Tröpfchen miteinander vereinen, können so umfangreiche Sulfid-Lagerstätten entstehen, wie z. B. in Greater Sudbury (Kanada).

Siehe auch: orthomagmatische Lagerstätten.

Lagerstätten gebunden an alkalinen intrusionenBearbeiten

Diamant Lagerstätten in Kimberliten und LamproitenBearbeiten
 
Schematisches Profil eines Kimberlit-Schlotes

Einen extremen Fall von magmatischer Bildung stellen die explosiven Eruptionen dar, welche die vulkanischen Durchschlagsröhren, oder pipes, von Kimberliten und Lamproiten erzeugt haben. Glücklicherweise gehören die meisten dieser katastrophalen Ereignisse einer lange zurückliegenden Vergangenheit an. Jedoch existieren in Westaustralien auch Vorkommen mit einem radiometrischen Alter von nur 20 Millionen Jahren. Das wirtschaftlich wichtigste Mineral in dieser Art von Lagerstätten ist der Diamant, der sich als Xenocryst in den vulkanischen Brekzien findet.

Da sich Diamanten nur unter großen Drücken und Temperaturen bilden, können sie nicht im Magma kristallisiert sein und müssen aus Regionen von über 120 Kilometern stammen, die von mindestens 60 Kilometer dicker kontinentaler Kruste überlagert werden. An der Erdoberfläche weisen die Durchschlagsröhren meist einen Durchmesser von weniger als einen Quadratkilometer auf. Zur Tiefe hin verengen sie sich immer weiter und enden schließlich an gangartigen Strukturen, die mit unbrekziiertem Kimberlit gefüllt sind. Von diesen „Wurzelzonen“ nimmt man an, dass sie an regionale Schwächezonen mit Dehnungsrissen und Grabenbildungen gebunden sind, die bis in den Oberen Mantel hinab reichen. Nach der explosiven Eruption sehr gashaltiger Magmen kann es gelegentlich zur stillen Intrusion kleinerer magmatischer Körper in den Pipes kommen.

Siehe auch: Diamant: Bildung und Fundorte.

Lagerstätten in KarbonatitenBearbeiten

Extrem alkaline Gesteine sind Karbonatite mit magmatisch gebildete Karbonaten. Phosphor- und Aluminium-reichen Apatit- und Nephelin-Lagerstätten treten in Karbonatiten auf. Zu diesen Karbonatit-Alkaligestein-Komplexen gehören wichtige Lagerstätten der Seltenen Erden-Metalle und anorganische Phosphat-Lagerstätten.

Siehe auch: Lagerstätten in Karbonatiten

Spätkristallisation - PegmatiteBearbeiten

Nach der Kristallisation der gesteinsbildenden Minerale, bleiben Restschmelzen zurück, in denen sich bestimmte Elemente angereichert haben, die sich, aus chemischen und physikalischen Gründen (siehe auch inkompatibles Element), nur schwer in die häufigsten gesteinsbildenden Minerale einbauen lassen. Ein Kennzeichen der nun verbliebenen Restschmelzen ist, dass sie zunehmend immer mehr Wasser enthalten. Wegen des enormen Gesteinsdruckes können die stark überhitzten Wässer jedoch nicht sieden. Die Ausscheidungen in dieser überkritischen Phase sind z. B. die Lagerstätten von Seltene Erden-Metallen in Pegmatit-Gängen.

Siehe auch: Pegmatitlagerstätten

Hydrothermale Lagerstätten: magmatische und nicht magmatische FluideBearbeiten

Bei der magmatischen Kristallisation bleiben schließlich nach der Ausscheidung der gesteinsbildenden Minerale aus den Restschmelzen nur noch heiße, salinen Wässer zurück, die so genannten magmatisch-hydrothermalen Solen oder Fluide, Diese hydrothermale Fluide sind in der Lage lösbare Elemente, wie Cu, Zn, Pb, Au, Ag und viele andere, zu transportieren und sie tragen damit wesentlich zur Bildung vieler Erzlagerstätten bei. Mit abnehmendem Druck und Temperatur unterteilte Schneiderhöhn in 1941[1] die magmatich-hydrothermale Phase in katathermal, mesothermal, und schließlich epithermal, wobei heute fast ausschließlich nur der Begriff "epithermal" und ab 300 °C[2][3](das heißt nicht im 1933 Lindgrens Sinne, ab 200 °C[4]) benutz wird. "Mesothermal" wird heute in einem anderen Sinne, als Alternative zu orogenen Gold-Lagerstätten verwendet.

Hydrothermale Fluide müssen aber jedoch nicht magmatischen Ursprungs sein. Auch erhitze meteorische und Becken-Fluide und Meerwässer können hydrothermale Fluide darstellen und, wie unten ausgeführt, Lagerstätten bilden. Die Erhitzung erfolgt meistens durch Einsinken der Fluide in tieferen, wärmeren Teilen der Oberkruste. Die erzbildende Elemente werden zum grössten Teil von verschiedenen Gesteinen ausgelaugt[3].

Temperatur, Salinität, pH und redox sind die wichtigsten Parameter, die Elementtransport und Ausscheidung kontrollieren. Mischung zwischen Fluiden mit verschiedenen Eigenschaften ist auch ein wichtiges erzbildendes Prozess.[3]

Magmatisch-hydrothermale LagerstättenBearbeiten

Porphyrische KupferlagerstättenBearbeiten

Einen besonders wichtigen Typ der magmatisch-hydrothermallagerstätten stellen die so genannten porphyrischen Kupferlagerstätten dar. Hierbei handelt es sich um Lagerstätten mit verhältnismäßigen geringen Erzgehalten, aber oftmals riesigen Volumen. Heute geht über die Hälfte der weltweiten Kupferproduktion auf „Kupferporphyries“ zurück, diese werden in riesigen Tagebauen ausgebeutet.

Kupferporphyries bilden sich typischerweise in den oberen Teilen von sauren und intermediären Intrusionen, wie Granit und Diorit. Während die Minerale am Rand dieser Intrusionen meist gleiche Korngroßen aufweisen, treten im Inneren größere Kristalle in einer gleichkörnigen Matrix hervor (porphyrisches Gefüge, daher der Name). Dieses Gefüge gilt als ein Hinweis auf eine verhältnismäßig schnelle Abkühlung und Auskristallisation der Intrusion. Man vermutet, dass der Dampfdruck der mineralisierenden Lösungen im oberen Bereich der Magmakammer irgendwann den Gesteinsdruck überstiegen hat, und dass dies im umgebenden Gestein durch retrogrades Sieden ein Drei-dimensionales Netz von Gängchen ("Stockwerk", auf Englisch Stockwork) gebildet wurde. Die mineralisierenden Lösungen kristallisierten zum Teil so an Ort und Stelle aus, bevor sie in weiter entfernte Gänge oder Gesteine abwandern konnten. Typisch für porphyrische Lagerstätten ist, dass das Nebengestein durch die mineralisierenden Lösungen stark angegriffen ist und charakteristische Veränderungen aufweist (Alteration).

Daneben existieren noch porphyrische Lagerstätten von Molybdän und Zinn.

Siehe auch: Porphyrische Kupferlagerstätte

SkarnlagerstättenBearbeiten

Bei der Platznahme eines Magmakörpers kommt es oft zur Metasomatose mit dem Nebengestein, das heißt zu Mineralreaktionen und Stoffaustausch zwischen Intrusion und Wirtsgestein. Durch die Zufuhr Silicium, Aluminium, Magnesium und Eisen im Nebengestein, vor allem Kalkstein oder Dolomit, bilden sich, oft unregelmäßige, Gesteinskörper mit Pyroxen, Granat und anderen Kalsilikaten, die Skarn bezeichnet werden. Hydrothermale Lösungen welche von den intrudierenden Magmen stammen bilden wichtige Skarnlagerstätten. Manche Skarne sind wichtige Eisenlagerstätten, wie in Magnitogorsk und Sarbai (Kasachstan), in Marmoraton (Ontario/Kanada), oder in der Cornwall-Mine (Pennsylvania), dem ältesten kontinuierlich betriebenen Bergwerk der USA. Daneben existieren auch Kupfer-, Zink, und Wolframskarnlagerstätten.

Ursprünglich handelte es sich bei Skarn nicht um die Bezeichnung für einen Lagerstättentyp, sondern um einen schwedischen Bergmannsbegriff für silikatische Gangart (taubes Gestein). Metasomatische Skarne können mit Kalksilikatfelsen verwechselt werden, die jedoch nicht durch Verdrängung, sondern durch eine Umwandlung aus tonig-sandigen (unreinen) Kalken oder kieseligen Dolomiten entstanden sind, die dieselbe chemische Zusammensetzung hatten wie die Endprodukte (isochemische Umwandlung).

Siehe auch: Skarnlagerstätten

IOCG - Eisenoxid-Kupfer-Gold-LagerstättenBearbeiten

Eisenoxid-Kupfer-Gold-Lagerstätten, englisch Iron-Oxide-Copper-Gold (IOCG), zum Beispiel Olympic Dam.

Die enorme Eisenlagerstätte Kiruna in Schweden, mit dem weltweit größten Untertagebergwerk, zeigt gewisse Ähnlichkeiten mit IOCG Lagerstätten und wird wahrscheinlich auch von magmatisch-hydrothermaln Fluiden gebildet. Die Möglichkeit von Lavaströmen aus oxidischen Magmen, oder eine liquidmagmatische Entmischung wurde auch vorgeschlagen. Die vorherrschenden Erzminerale sind hier Magnetit, Hämatit und Apatit.

GreisenBearbeiten

Ähnlich wie Kupferporphyries bilden sich Greisenlagerstätten meist in der Dachregion von Granitintrusionen und werden zuweilen von einer Stockwerkvererzung begleitet. Meist bestehen sie aus gleichmäßig-körnigen (granoblastischen) Aggregaten von Quarz und Muskovit mit untergeordnetem Topas, Turmalinen und Fluorit. In der Regel werden sie wegen ihres Zinngehaltes abgebaut, wie die Lagerstätten im Erzgebirge, gelegentlich auf Wolfram.

Siehe auch: Greisen

Epithermale LagerstättenBearbeiten

Im Allgemein, wird der Begriff epithermal für Gold und Silber-Lagerstätten benutzt, die sich in relativ geringer Tiefe und bei niedriger Temperatur (< 1,5 km, <300 °C[3]) bilden. Es wird oft zwischen „Low-sulfidation“-, "Intermediate-Sufidation" und „High-sulfidation“-Epi­thermallagerstätten unterschieden.[5] „High-" und „Intermediate-sulfidation" Lagerstätten werden von sauren, salinen Fluiden gebildet, die von Porphyry-Systemen stammen, wie zum Beispiel bei Yanacocha in Peru. Oft führen diese Lagerstätten auch große Mengen an Zink, Blei, Kupfer und andere Metalle. Mischung der magmatisch-hydrothermalen Fluide mit Oberflächenwässern, die auch durch die Wärme der magmatischen Intrusionen in Zirkulation versetzt werden können, ist ein wichtiger Vererzungsprozess. „Low-sulfidation" Gold-Lagerstätten (z. B. Waihi in Neuseeland), bilden sich typischerweise von neutralen Fluiden in einer distaler Lage bezüglich magmatischer Aktivität, und nicht immer kann einen genetischen Zusammenhang mit magmatischen Fluiden erkennen. Die volumenreichen Lagerstätten vom Carlin-Typ in den USA, die wegen ihrer sehr feinkörnigen Vererzung als „unsichtbare“ Gold-Lagerstätten bezeichnet werden, sind, nach mehreren Autoren, epithermale Lagerstätten die durch distale, neutrale magmatisch-hydrotherrmale Fluide gebildet werden.[6]

Massivsulfid-Lagerstätten in vulkanischen Gesteinen (VHMS oder VMS)Bearbeiten

 
Heiße, mineralgesättigte Lösungen treten aus dem Schlot eines „Black Smokers“ aus.

Kupfer-Zink-Blei Massivsulfid-Lagerstätten in vulkanischen Gesteinen ("Volcanic-hosted massive sulfide, VHMS"), auch vulkanogenen Massivsulfid-Lagerstätten (VMS) genannt, bilden sich in geringen Tiefen unterhalb des Meeresbodens, hauptsächlich in Back-Arc-Bereichen und submarinen Inselbögen sowie in der Nähe des Mittelozeanischen Rückens. Das Verständnis der VMS-Lagerstätten hat sich dank der Untersuchung ihrer aktiven Äquivalente schwarze (Sulfid) und weiße (Anhydrit) Raucher ("Black" und "White Smokers") in hydrothermalen Quellen am Meeresboden[7][8]. Meerwasser dringt tief in die Kruste ein, wo es auf bis 500°c erhitzt wird und sich - zumindest in Inselbögen- mit magmatischen Fluiden vermischen kann (z. B. im Kermadec-Bogen, Südwestpazifik;[8]); Metalle können aus der magmatischen Fluide stammen sowie aus den Vulkangesteinen der Kruste ausgelaugt werden. Metalle werden durch Abkühlung und andere Prozesse unterhalb des Meeresbodens und lokal am Meeresboden ausgefällt.

Lagerstätten gebildet durch hydrothermale Becken-FluideBearbeiten

Hydrothermale Lagerstätten, die durch Becken-Fluide gebildet werden, umfassen folgende Hauptgruppen: [3]

Sedimentär-exhalative (SEDEX / SHMS/ CD-Zink-Blei Lagerstätten)Bearbeiten

Sedimentär-exhalative (SEDEX) Lagerstätten auch "Sediment-hosted Massive Sulfides (SHMS)" und "Clastic hosted (CD)" Zink-Blei Lagerstätten genannt. Beispiele sind Red Dog in Alaska, McArthur River, Mount Isa in Australien, und Sullivan in British Columbia. Auch das historische Bergwerk Rammelsberg im Harz wird diesem Lagerstättentyp zugerechnet und wurde maßgeblich benutzt um das SEDEX Model zu entwickeln.

Siehe auch: Sedimentär-exhalative Lagerstätten
Mississippi Valley-Typ (MVT)Bearbeiten

Mississippi Valley-Typ (MVT) Zink-Blei Lagerstätten meistens in Karbonatgesteinen wie in Bleiberg, Österreich[9][10], untergeordnet auch in Sandsteinen und Konglomeraten wie in den Blei-Zink Lagerstätten bei Maubach-Mechernich[11]. Im Gegensatz zu SEDEX Lagerstätten, findet die Vererezung bei MVT Lagerstätten lange Zeit nach der Ablagerung des Nebengesteins, also deutlich epigenetisch, statt. Thermochemische Sulfateduktion (TSR) in Verbindung mit Kohlenwasserstoffen ist oft die Hauptquelle des für die Ausfällung der Metallsulfide notwendigen reduzierten Schwefels.[11]

Schichtförmige Cu-(Co-Ag)Bearbeiten

Schichtförmige Cu-(Co-Ag) Lagerstätten in Sedimentgesteinen (engl. "Sediment-hosted stratiform Cu-Co-(Ag) deposits (SSC)"), wie zum Beispiel die in weiten Teilen Mitteleuropas ausgebildete Kupferschiefer Lagerstätten und das Copperbelt in Sambia und der Demokratischen Republik Kongo. Sie stellen die erste Cobalt- und die zweite Kupferquelle weltweit. Die Entstehung dieser wichtigen Lagerstätten wird allgemein mit dem Aufstieg von oxidierenden Becken-Fluiden und ihrer Reaktion mit reduzierten Schichten reich an H2S erklärt. Es herrscht Konsens beim Kupferschiefer, dass diese erzbildende Redoxreaktion lange nach der Ablagerung des Nebengesteins, d. h. epigenetisch, stattfindet. Dagegen, im Copperbelt bevorzugen einige Forscher eine frühere, syn- bis syndiagenetische Erzbildung während andere, wie beim Kupferschiefer, eine epigenetische Vererzung vertreten.[12] Wenn die stratiforme Morphologie dieser Art von Lagerstätten weniger ausgeprägt ist, werden sie oft "Red-Bed-Kupferlagerstätten" genannt. Das genetische Prinzip ist das selbe: oxidierende, saline Wässer laugen Kupfer und andere Metalle von verschiedenen Gesteinen aus welche in Bereichen mit einem hohen Anteil an organischen Substanzen als Sulfide ausgefällt werden. Der Name der Provinz Katanga im Südosten der Demokratischen Republik Kongo, bedeutet „Kupfererz“, und geht auf diese Art der Red-Bed-Lagerstätten zurück.

Siehe auch: Kupferschiefer

Lagerstätten gebildet durch hydrothermale meteorische FluideBearbeiten

Diskordanzgebundene Lagerstätten, die wichtigste Quelle für Uran, und Rollfrontlagerstätten werden durch uranführende oyxidierende hydrothermale Fluide, meistens aus meteorischem Ursprungs, die das Uran in reduzierenden Bereichen ausscheiden. Uranlagerstätten in Saskatchewan/Kanada und in Australien die Ende der 1960er Jahre entdeckt wurden, haben sich in Erosionsflächen (Diskordanzen) zwischen dem kristallinen Grundgebirge und überlagernden metamorphen Sedimenten gebildet, die als Redoxfronten agieren.

Siehe auch: Diskordanzgebundene Uranlagerstätten(Unconformity-related) und Rollfront-Lagerstätten

Lagerstätten gebildet durch metamorphe FluideBearbeiten

Orogene Gold-Lagerstätten (Engl. "orogenic", manchmal auch "mesothermal") stellen eine der wichtigsten Goldquelle der Erde dar. Diese Lagerstätten werden von tiefen Fluiden metamorphen Ursprungs (+/- Mantel und magmatische Komponenten) gebildet, die entlang große orogenweit, krustale Strukturen fokussiert werden. Die Fluide haben einen neutralen bis leicht sauren Charakter und Temperaturen zwischen 250 °C und 400 °C. Das Gold fällt hauptsächlich durch Reaktion mit dem Nebengestein aus. Beudetende Lagerstätten kommen in den archaischen Grünsteingürteln Afrikas, Kanadas und Westaustraliens, in Proterozoischen (Canada, Ghana, Brasilien) und in paläozoischen Gesteinen Victorias (Australien) und Südamerikas vor.[13]

Sedimentäre BildungenBearbeiten

Bändereisenerze (Banded Iron Formations, BIF)Bearbeiten

Reduziertes, zweiwertiges Eisen ist wasserlöslich. In oxidierender Umgebung, als dreiwertiges Ion, ist Eisen unlöslich. Eisen aus untermeerischen Vulkanismus oder aus Verwitterungsprozessen lag deswegen in archaischen Gewässern gelöst vor und wurde erst am Übergang zum Paläoproterozoikum in den zunehmend durch sauerstoffproduzierene Mikroorganismen mit Sauerstoff angereicherten Flachmeerbereichen als Eisenoxid ausgefällt. Die daraus hervorgegangenen Bändereisenerze (Banded Iron Formations, BIF) bilden die heutige wichtigste Eisenquelle. Mit Vulkaniten verzahnte BIF-Lagerstätten werden dem „Algoma-Typ“ und solche weit weg von vulkanischen Gesteinen dem „Superior Typ“ zugerechnet. Neoproterozoische Bändererze (~0.85–0.7 Ga), also solche, in Zusammenhang mit glazialen Sedimenten (z. B. Tilliten) (Schneeball Erde) auftreten, werden unter der Bezeichnung „Rapitan-Typ“ zusammengefasst.[14]

Siehe auch: Bändereisenerze

Minette EisenerzeBearbeiten

Bei den lothringischen Minette-Eisenerzen handelt es sich um marine Sedimente, nämlich um kleine, schalige Kügelchen (Ooide) von Quarz, Kalk und Hämatit. Solche Lagerstätten waren in den Zeiten der Industriellen Revolution nicht nur in Lothringen, sondern auch in den englischen Midlands um Manchester, und in Salzgitter von einiger Bedeutung, da sie zu den häufigsten phanerozoischen Eisenlagerstätten gehören. Heute lassen sie sich, wegen des geringen Eisengehalte und ihrer silikatischen Komponente, nur noch selten wirtschaftlich abbauen.

Siehe auch: Minette Eisenerze

ManganknollenBearbeiten

Manganknollen sind Klumpen, die bis zu 27 % aus dem Metall Mangan bestehen. Sie sind in Tiefen zwischen 4000 und 6000 Metern auf dem Meeresboden zu finden. Andere Elemente wie Kupfer, Cobalt, Zink und Nickel sind mit 0,2–1 % enthalten, der Eisenanteil liegt bei 15 %.

Siehe auch: Manganknolle

SeifenlagerstättenBearbeiten

Schwermineralen, wie Gold, Zinnstein (Cassiterit), Rutil (ein wichtiges Titan-Erzmineral) usw., können sich in Seifenlagerstätten anreichern. Früher gehörten Seifen zu den wichtigsten Lagerstätten überhaupt. Heute sind wichtig vor allem für Cassiterit, Rutil und Diamant (kein Schwermineral aber sehr widerstandsfähig).

Die wichtigste (Paläo-)Seifenlagerstätte der Welt, die Quarz-Konglomerate vom Witwatersrand in Südafrika stellen in mehrfacher Hinsicht eine Ausnahmeerscheinung dar: Erstens liegen sie als fossile, verfestigte Seifen vor. Zweitens sind sie außergewöhnlich alt (Proterozoikum). Drittens weisen sie, neben freiem Gold, auch detritischen Pyrit (ein Eisensulfid) und das Uranmineral Uraninit. Heute wären Pyrit und Uraninit Ablagerungen so gut wie unmöglich, da sich diese Minerale in Gewässern, die sich im Gleichgewicht mit einer sauerstoffreichen Atmosphäre befinden, schnell zersetzen.

Siehe auch: Seifen

EvaporitlagerstättenBearbeiten

 
Salzabbau im Salar de Uyuni, Bolivien.

Bei fortschreitender Eindampfung eines Meeres- oder Seebeckens werden die Minerale in Reihenfolge ihrer Löslichkeit, beginnend mit den am schwersten löslichen Mineralen, ausgefällt. Zuerst fallen Karbonate und Sulfate (Gips), dann Steinsalz, und schließlich die leicht löslichen Kalium- und Magnesium-Salze aus. Kalisalze stellen oft den ökonomisch interessantesten Teil der Salzlagerstätten dar, wegen ihrer Bedeutung für die Chemieindustrie und Kunstdünger-Herstellung.

Andere Beispiele Evaporitlagerstätten sind Lithium und Borax-Lagerstätten in Salzseen ("Salare") in endorheischen Becken in semiariden Gebieten. Meist wird eine vulkanische Herkunft für Lithium und Bor vermutet. Salpeterlagerstäten bilden sich als Oberflächenkrusten in hyperariden Wüsten.

Siehe auch: Evaporit, Salzsee, Salzlagerstätten, Salztonebene

Andere marine LagerstättenBearbeiten

Auch bei vielen Massenrohstoffen, die für das Baugewerbe und die Industrie von Bedeutung sind, wie Kalk, Dolomit, und Phosphat, handelt es sich um (bio)chemische Ausscheidungen im marinen Milieu.

VerwitterungBearbeiten

 
Typisch rostroter, zusammengebackener Laterit.

Durch chemische Verwitterung (z. B. unter tropischem Klima, in einer möglichst flachen Landschaft) kann es zur Bildung von Residuallagerstätten kommen. Hierbei handelt es sich um Anreicherungen von schwer löslichen Element in der Oxidations- und Zementationszone des Bodens, wie Aluminium in Bauxit und Laterit und Ni in Ni-Lateriten, aber auch um den „Eisernen Hut“, der sich über sulfidischen oder karbonatischen Eisenlagerstätten bildet, oder residuale Seifen (z. B. Nuggets über dem Ausbiss von goldführenden Gängen und Diamant-führenden Kimberliten).

Im feuchten (humiden) Klima können besonders in moorigen Böden gelöste Eisenverbindungen ausfallen. Solches Rasenerz war in vielen Teilen Nordeuropas bis weit in das Mittelalter hinein, die einzige Quelle von Schmiedeeisen.

Siehe auch Bauxit und Ni-Laterite

Metamorphe ÜberprägungBearbeiten

Metamorphisierten Lagerstätten weisen charakteristische Veränderungen im Mineralbestand auf, wie Rekristallisation und Mineralneubildungen. In bestimmten Fällen kann auch eine Mobilisierung des Erzes stattfinden und so in geeigneten Strukturen, wie Störungen oder Scherzonen, zu einer Erzkonzentration kommen. Die sehr grosse Zn-Pb-Ag Lagerstätte Broken Hill wird von einigen Autoren als eine metamorphisierte sedimentär-exhalative Lagerstätte angesehen[9].

Andere Klassifizierungen von ErzlagerstättenBearbeiten

Die Klassifizierung von Lagerstätten nach ihrer Genese ist manchmal mit Problemen behaftet, denn die die Prozesse, die zu ihrer Bildung führen, sind nicht immer endgültig geklärt. Aus diesem Grund koexistieren mit der genetischen auch andere Klasifikationen.

  • Nach dem ökonomisch wichtigsten Bestandteil, wie Goldlagerstätte oder Uranlagerstätte. Ein Beispiel ist Klasifikation der "Lagerstätten der einzelnen Metallen" von Pohl (2005).
  • Nach der geotektonischer Lage des Nebengesteins[15]

Begriffe in Zusammenhang mit ErzlagerstättenBearbeiten

Einige genetische Begriffe in Zusammenhang mit ErzlagerstättenBearbeiten

  • Syngenetisch]]e) sind Erzlagertätten die sich gleichzeitig mit dem Nebengestein gebildet haben und epigenetisch) (viel) später, als das Nebengestein.
  • Hypogen sind die aufsteigende Fluide, die primäre Vererzungen bilden.
  • Im Gegensatz, "supergen",[16] sind die Prozesse die das Erz durch absteigende,"deszendente" meteorische Wässer verwittern. Und Erzanreicherungen (z.B-. Zementationszonen), die durch diese Prozesse gebildet werden, werden "supergen" oder "deszendent" bezeichnet.

Einige räumliche Begriffe in Zusammenhang mit ErzlagerstättenBearbeiten

 
Schematische Darstellung eines Gold-Quarz-Ganges mit Gangart (weiß-schwarz) und Goldäderchen (orange) in taubem Nebengestein (grau)
  • Bis weit in das 20. Jahrhundert hinein lieferten Erzgänge auf der ganzen Welt viele der ergiebigsten Lagerstätten von Gold, Silber, Kupfer, Zinn, Blei und anderen Metallen. Dementsprechend wichtig waren Gänge für die Theoriebildung in der Lagerstättenkunde und für die Definition von vielen Bergbaubegriffen, so zum Beispiel Gangart, dass heute für alle Lagerstättenarten benutz wird.
  • Ein Erzkörper kann die Gesteinspakete diskordant durchschlagen, oder konkordant ihrer internen Schichtung folgen.
  • Sehr häufig und wichtig sind plattenförmige Erzkörper Hierzu gehören nicht nur Gänge, sondern auch verschiedene stratiforme Lagerstätten.[17]
  • Schichtgebundene Lagerstätten (englisch: strata-bound deposits) sind schichtförmige und nicht schichtförmige Lagerstätten die (hauptsächlich) an eine bestimmte lithologische Einheit gebunden sind.[17] Schichtgebunden hat keine genetische Bedeutung: so sind die Kupferschiefer epigenetisch und die Bändereisenerze syngenetisch obwohl beide schichtgebunden und schichtförmig sind.
  • Erzschlot (engl. pipe) Schlauchförmige Erzkörper, die sich meist vertikal, oder nahezu vertikal, aus der Tiefe bis (nahe an der oder) zur Oberfläche, oft mit Brekzie-Gefüge. Die Erzmineralien können in den Trümmern oder in der Matrix sein.[17]
  • Dort wo mineralisierende aufwärtssteigende Lösungen auf besonders reaktionsfreudige Gesteine treffen, bilden sich zuweilen Vererzungen, die mehr oder weniger konkordant mit dem Nebengestiein verlaufen, die so genannten Mantos.[17]
  • Stockwerk (engl. Stockwork) ist ein drei-dimensionales Netz von unregelmäßigen Gängen oder Gängchen.[17]
  • Gleichmäßig verteilten Erzmineralen werden Imprägnationen, heute öfters Disseminationen bezeichnet.

Lagerstätten der KohlenwasserstoffeBearbeiten

Siehe : Kohle und Erdöl

Lagerstättenbildung im Laufe der ErdgeschichteBearbeiten

Die Erde, und besonders die Erdkruste, hat im Laufe ihrer etwa 4,5 Milliarden Jahre langen Geschichte viele tiefgreifende Veränderungen durchgemacht. Aus diesem Grund gibt es verschiedene Lagerstättentypen, die auf eine ganz bestimmte Epoche der Erdgeschichte begrenzt sind. In den vorangegangenen oder folgenden Zeitabschnitten waren die Bedingungen für ihre Bildung nicht mehr gegeben.

ArchaikumBearbeiten

Das Archaikum umfasst etwa den Zeitraum von vor 3,8 bis vor 2,5 Milliarden Jahren. Die tektonische Situation dieser frühen Epoche wird durch zwei Grundelemente geprägt: die hochmetamorphen „Migmatit-Gneis-Granulit-Bereiche“, die die ersten festen Kerne der sich bildenden Lithosphäre darstellen, sowie die sie umgebenden mobilen „Grünsteingürtel“. Während in ersteren Bereichen nur einige wenige geschichtete Chromit-Lagerstätten von Bedeutung sind, finden sich viele bedeutende Lagerstätten in den Grünsteingürteln, z. B.:

  • Orthomagmatische Lagerstätten von Nickel- und Kupfersulfiden, die an basische und ultrabasische Laven gebunden sind (Kalgoorlie-Gürtel im südwestlichen Australien, Abitibi-Gürtel in Kanada, im Baltischen Schild, und in Simbabwe). Da diese metallogenetischen Provinzen klar begrenzt sind, stammen die Metalle und ihre Muttergesteine wahrscheinlich aus lokalen Anomalien im Oberen Mantel.
  • In den Randzonen der Grünsteingürtel, nahe bei den angrenzenden Granitintrusionen, finden sich viele goldführende Ganglagerstätten. Tatsächlich war die Suche nach Gold früher der Hauptgrund für die Untersuchung und Kartierung der Grünsteingürtel.
  • Vulkanogene Massivsulfidlagerstätten von Kupfer und Zink, besonders im Abitibi-Orogen.

ProterozoikumBearbeiten

Im frühen und mittleren Proterozoikum (etwa 2,5 bis 1,6 Milliarden Jahre vor heute) entwickelten sich die ersten stabilen, wenn auch nur kleinen, Lithosphärenplatten. Hiermit wurde die Grundvoraussetzung für Krustenbewegungen im Sinne der Plattentektonik geschaffen. Jetzt kam es zum ersten Mal zur Bildung von sedimentären Becken, Ablagerungen von Plattformsedimenten und zur Bildung von Geosynklinalen an den Kontinentalrändern. Charakteristisch für diese Epoche sind sedimentäre und sedimentär-exhalative Lagerstätten, die sich nur unter reduzierenden Bedingungen, bei fehlendem Sauerstoff in der Atmosphäre, bilden konnten:

  • Die einzigartigen Gold-Uran-Konglomerate vom Witwatersrand in Südafrika.
  • Die ersten Gebänderten Eisenformationen stammen bereits aus dem Archaikum, aber ihre weiteste Verbreitung fanden sie in der Zeit von 2,6 bis 1,8 Milliarden Jahren. Man vermutet, dass eisenfällende Bakterien eine wichtige Rolle bei ihrer Ablagerung in intrakontinentalen Becken und in den Schelfgebieten der jungen Kontinente hatten.
  • Verschiedene sedimentäre, oder sedimentär-exhalative Lagerstätten von Mangan, Blei und Zink (z. B. Mount Isa in Australien).
  • Diamantführende Kimberlite und Lamproite treten zum ersten Mal auf. Zuvor war die Krustendicke nicht ausreichend, um die enormen Drücke zu erzeugen, die für die Bildung von Diamanten nötig sind.
  • Das Vorhandensein von Lithosphärenplatten ermöglichte ebenfalls die Bildung regionaler Bruchsysteme, an denen riesige gangartige Körper und magmatische Komplexe aufsteigen konnten. Die Bildung der großen geschichteten Chromit-Lagerstätten im südlichen Afrika geht wahrscheinlich auf Chromanomalien im Oberen Mantel zurück. Auch die Intrusionen vieler Anorthosit-Plutone mit Ilmenit-Vererzungen in Norwegen und Kanada stellen ein magmatisches Ereignis dar, dass sich so nie mehr wiederholt hat.
  • Das weitgehende Fehlen von orthomagmatischen Sulfidlagerstätten in späteren Zeiten wird auf eine Verarmung des Oberen Mantels an Schwefel im Laufe von plattentektonischen Prozessen zurückgeführt.

Für das mittlere und späte Proterozoikum vermuten viele Forscher bereits die Existenz eines Superkontinents. Diese Zeit ist gekennzeichnet durch eine ungewöhnlich hohe Kupferkonzentration in Sedimentgesteinen, wie den „Red-Bed“-Lagerstätten von Katanga. In Afrika bildeten sich außerdem drei ausgeprägte Gürtel von Zinnlagerstätten, ein weiterer in Brasilien. Die Bildung von BIFs ging immer weiter zurück, was man auf die Entstehung einer sauerstoffreichen Atmosphäre durch pflanzliche Photosynthese zurückführt.

PhanerozoikumBearbeiten

Gegen Ende des Proterozoikums hatte sich in etwa die plattentektonische Situation eingestellt, wie sie noch heute besteht. Durch die Verschiebung der Kontinente kam es zur Subduktion von ozeanischer Kruste und zur Bildung von Faltengebirgen. Hier kommt es besonders in den kontinentalen Faltengürteln und den vorgelagerten Inselbögen zur Bildung der „Kupferporphyre“, die zu den größten Metallanreicherungen des Phanerozoikums gehören (0,57 Milliarden Jahre bis heute). Ein Beispiel ist Chuquicamata in Chile, der größte Tagebau der Welt. Salzlagerstätten zeigen weltweit eine auffällige Häufung in bestimmten geologischen Epochen, wie in der Zeit vom Perm bis zur Trias, oder im Tertiär. D. h., sie folgen bevorzugt auf die großen Gebirgsbildungsphasen, wenn genügend Teilbecken existieren, die Reliefunterschiede jedoch nicht mehr so groß sind, dass die Senken einfach mit Abtragungsschutt aus den Bergen aufgefüllt werden. Kohlelagerstätten gehen hingegen auf Zeiten mit gesteigerter Produktion von Biomasse zurück, wie das namengebende Karbon-Zeitalter.

LiteraturBearbeiten

  • Anthony M. Evans: Erzlagerstättenkunde, Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart 1992. ISBN 3-432-99801-5
  • Walter Pohl: Mineralische und Energie-Rohstoffe. Eine Einführung zur Entstehung und nachhaltigen Nutzung von Lagerstätten. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung 2005. ISBN 3-510-65212-6
  • Walter Pohl, Wilhelm Petrascheck, Walther E. Petrascheck: Lagerstättenlehre – Eine Einführung in die Wissenschaft von den mineralischen Bodenschätzen. Schweizerbart, Stuttgart 1992, ISBN 3-510-65150-2.
  • J. K. Warren: Evaporites. Sedimentology, Ressources and Hydrocarbon Springer, Berlin, 2005. ISBN 3-540-26011-0
  • Gerhard H. Eisbacher, Jonas Kley: Grundlagen der Umwelt und Rohstoffgeologie Spektrum Akademischer Verlag, 2001. ISBN 3-8274-1231-5
  • F.W. Prokop, W. Streck, M. Sagher, R.W. Tschoepke, H.W. Walther, H. Pietzner, G. Stadler, H. Vogler, H. Werner: Untersuchung und Bewertung von Lagerstätten der Erze, nutzbarer Minerale und Gesteine (Vademecum 1). 2. Aufl., Geologisches Landesamt Nordrhein-Westfalen, Krefeld, 1981.
  • Martin Okrusch, Siegfried Matthes: Mineralogie. Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde. (1. Aufl., ohne Martin Okrusch, 1983) 8. Auflage. Springer-Verlag, Berlin u. a. O. 2009, ISBN 978-3-540-78200-1.
  • F. Neukirchen, G. Ries: Die Welt der Rohstoffe: Lagerstätten, Förderung und wirtschaftliche Aspekte, Springer Spektrum, Berlin 2014, ISBN 978-3-642-37738-9.

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. Hans Schneiderhöhn. Lehrbuch der Erzlagerstättenkunde Gustav Fischer, Jena, 858 S., 1941
  2. J.M Guilbert, C.F. Park. The Geology of Ore Deposits. W. H. Freeman and Company, New York, 1986, 985 S.
  3. a b c d e N. Arndt et al. Future mineral resources, Chap. 2, Formation of mineral resources, Geochemical Perspectives, v6-1, p. 18-51. p. 18-51, 2017.
  4. Waldemar Lindgren. Mineral deposits 4. Aufl.Mc Graw-Hill, New York, 930 S., 1933
  5. R.H. Sillitoe, J.W. Hedenquist Linkages between volcanotectonic settings, ore-fluid compositions, and epithermal precious-metal deposits. In: Society of Economic Geologists Special Publication 10, 315–343, 2003
  6. , J.L. Muntean, J.S. Cline, A.C Simon, A.A. Longo Magmatic-hydrothermal origin of Nevada’s Carlin-type gold deposits. In: Nature Geoscience .4, 122–127, doi:10.1038/ngeo1064.
  7. J.M Franklin, H.L. Gibson, A.G. Galley, I.R. Jonasson, 2Volcanogenic massive sulfide deposits. In: J.W. Hedenquist, J.F.H. Thompson. R.J. Goldfarb, and J.P. Richards (Eds.) Economic Geology One Hundredth Anniversary Volume. Society of Economic Geologists, Inc., Littleton, S. 523–560, 2005
  8. a b C.E.J. de Ronde, S.L. Walker, R.G. Ditchburn, S.G Merle, The anatomy of a buried submarine hydrothermal system, Clark Volcano, Kermadec Arc, New Zealand In: Economic Geology 109, 2261–2292, 2014
  9. a b D.L. Leach, D.F. Sangster, K.D. Kelley, et al. Sediment-hosted lead-zinc deposits: A global perspective. In: J.W. Hedenquist, J.F.H. Thompson. R.J. Goldfarb, and J.P. Richards (eds.) Economic Geology 100th Anniversary Volume 1905–2005 Society of Economic Geologists,Littleton, CO. p. 561–607, 2005
  10. D. Leach et al. Sediment-hosted lead-zinc deposits in Earth history. In: Economic Geology, v. 105, p. 593–625, 2010.
  11. a b J. Jochum. Variscan and post-Variscan lead±zinc mineralization, Rhenish Massif, Germany: evidence for sulfide precipitation via thermochemical sulfate reduction. In: Mineralium Deposita,B. 35, S. 451–464, 2000
  12. R.H. Sillitoe, J. Perello, R.A. Creaser, J. Wilton, A.J. Wilson und T. Dawborn. Reply to discussions of “Age of the Zambian Copperbelt” by Hitzman and Broughton and Muchez et al.In: Mineralium Deposita, B. 52 p. 277–1281, doi:10.1007/s00126-017-0769-x, 2107.
  13. R.J. Goldfarb, T. Baker, B. Dube, et al. "Distribution, character and genesis of gold deposits in metamorphic terranes. In: J.W. Hedenquist, J.F.H. Thompson. R.J. Goldfarb, and J.P. Richards (Eds.) Economic Geology One Hundredth Anniversary Volume. Society of Economic Geologists, Inc., Littleton, 407–450, 2005.
  14. A. Bekker, J.F. Slack, N. Planavsky, B. Krapez, A. Hofmann, K.O. Konhauser, O.J. Rouxel. Iron formation: the sedimentary product of a complex interplay among mantle, tectonic, oceanic, and biospheric processes In: Economic Geology, B. 105, S. 467–508
  15. D.P. Cox, D.A. Singer. Mineral deposit models. In: U.S. Geological Survey Bulletin 1693, 379 S., 1986.
  16. Mineralienatlas: Supergen
  17. a b c d e * Hansjust W. Walther, Kurt von Gehlen (BGR), unter Mitarb. von J. Georg Haditsch, Hansjosef Maus (GDMB): Lagerstättenkundliches Wörterbuch der deutschen Sprache. mit Übersetzungen der Hauptstichwörter in Englisch, Französisch, Italienisch, Russisch und Spanisch. Hrsg.: GDMB-Informationsgesellschaft mbH. GDMB-Informationsgesellschaft mbH, Clausthal-Zellerfeld 1999, ISBN 3-9805924-8-0 (704 S.).