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Neue Erkenntnisse zur Entstehung der Metall-Lagerstätten in den zentralen Anden

07.04.2000 - (idw) Technische Universität Clausthal

Wie kommt es zur Anreicherung wertvoller Metalle wie Kupfer, Molybdän, Gold, Zinn und Silber in den berühmten porphyry-Erz-Lagerstätten von Bolivien und Chile? Wer diese Fragen im Detail beantworten kann, wird die entscheidenden Prozesse der Bildung von Rohstoffen genauer verstehen und so erfolgreicher im Aufspüren neuer Lagerstätten sein. Die Arbeitsgruppe um Professor Dr. Bernd Lehmann, Institut für Mineralogie und Mineralische Rohstoffe der TU Clausthal, konnte nun an winzigen Schmelzeinschlüssen in Quarzkristallen die Frühzeit der Bildungsgeschichte bolivianischer porphyry-Lagerstätten rekonstruieren. In der Fachzeitschrift "Economic Geology" legen A. Dietrich, B. Lehmann und A. Wallianos ihre Ergebnisse vor. Der Beitrag wird im April diesen Jahres erscheinen.


Schmelzeinschluß von der Silber-Zinn-Lagerstätte Cerro Rico de Potosi, Bolivien: Der Einschluß hat die negative Kristallform des Wirtsminerals Quarz und besteht aus silikatischem Glas und einer dunklen Gasblase. Kleinere Einschlüsse im Umfeld.
Schematische Skizze zum Prozeßablauf in Porphyry-Lagerstätten Mikrometergroße Schmelzeinschlüsse, entstanden beim Wachstum von Quarz in subvulkanischen Magmenkammern, sind die frühesten geochemischen Zeugen der Lagerstättenbildung. Unter Beschuß mit Elektronen und Protonen (in sogenannten Elektronen- und Protonensonden) geben sie ihre Elementzusammensetzung preis, nicht nur im Nanogrammbereich der Konzentration, sondern zugleich mit einer räumlichen Auflösung des Volumens im Mikrometerbereich.

Die Schmelzeinschlüsse unterscheiden sich chemisch stark von ihrem Wirtsgestein. Von Quarz wie mit einem (chemisch inerten und mechanisch stabilen) Panzer umgeben, konservieren sie die Zusammensetzung der flüssigen Gesteinsschmelze zum Zeitpunkt der Quarz-Kristallisation und berichten damit ohne spätere überlagernde chemische Prozesse aus der Frühzeit der Lagerstättenbildung. Ihr Elementspektrum zeigt an, dass sich die Schmelze aus einer Mischung von basaltischem Mantelmaterial und kontinentaler Kruste gebildet at. Hierzu wurde bereits im vergangenen Jahr in der Zeitschrift "Naturwissenschaften" berichtet (Dietrich et al., 1999, Naturwissenschaften 86: 40-43).
Eine spektakuläre Entdeckung sind sehr hohe Kupfer- und Silbergehalte in den Schmelzeinschlüssen. Die Schmelzeinschlüsse sind systematisch an Zinn, Bor und diversen anderen Elementen angereichert, während Kupfer und Silber Streuverteilungen bei anomal hohen Gehalten zeigen. Damit kann nun der Prozeß der Lagerstättenbildung erstmals im Detail erfaßt werden: Kalte, wasserhaltige Ozeankruste taucht an den Kontinentalrändern, den Anden, in den heißen Erdmantel ab. In rund 100 Kilometern Tiefe schmilzt die ozeanische Kruste auf. Es bilden sich Magmenkörper, bestehend aus einer Schmelze aus dem Erdmantel und der aufgeschmolzenen ozeanischen Kruste, die in die kontinentale Kruste intrudieren. Hierbei wird wiederum die kontinentale Kruste aufgeschmolzen und es entstehen vertikal geschichte Magmensysteme, die im oberen Teil granitisch (Kruste), in den Wurzelzonen basaltisch (Mantel) zusammengesetzt sind. Bei Abkühlung kommt es zur langsamen Kristallisation der Schmelzen, wobei aus den Wurzelzonen wässrige Fluide freigesetzt werden, die volatile Metalle wie Kupfer und Silber in den oberen granitischen Schmelzbereich transportieren. Diese Metall-reichen Fluidphasen sammeln sich in den Dachbereichen an, wo gleichzeitig auch durch fortschreitende Kristallisation der granitischen Schmelze andere Metalle wie etwa Zinn in Restschmelzen angereichert werden.

Kommt es nun bei zunehmendem Druckaufbau zum "Platzen" des überlagernden Deckgebirges und zu Vulkanismus, tritt, wie beim Öffnen einer Champagnerflasche, eine plötzliche Druckentlastung in der unterlagernden Magmenkammer ein, und die mit Metallen befrachteten wässrigen Fluidphasen perlen nach oben. Die Vulkanschlote bieten die geeigneten Aufstiegsbahnen und im oberflächennahen Bereich wird die Metallfracht entsprechend des starken Druck-Temperatur-Gradienten ausgefällt.

Die Schmelzeinschlüsse sind die Boten der unterlagernden Magmenkammern, die nach dem heutigen Erosionsniveau nicht aufgeschlossen sind, deren komplexe Entwicklung sich aber aus den Schmelzeinschlüssen verfolgen lässt.

Die vollständige Bildlegende zur Prinzipskizze lautet:
Schematische Skizze zum Prozessablauf in porpyry-Lagerstätten:
(1) Mischung von mafischer Mantelschmelze mit rhyolitischer (granitischer) Krustenschmelze; Frühe Volatilphasen transportieren Kupfer und Silber in Dachbereiche der Magmenkammer.

(2) Fraktionierte Kristallisation und magmatische Anreicherung von inkompatiblen Komponenten wie Sn, W, As, B, etc; Entmischung einer wässrigen Fluidphase, die an Cu, Ag, Sn, W, As, B, etc angereichert ist. Die Fluidphasen folgen den durch Vulkanismus vorgegebenen Schwächezonen und
fällen Erz-Komponenten im PTX-Gradienten oberflächennah aus (=Lagerstätte)

Weitere Informationen:
Professor Dr. Bernd Lehmann
Institut für Mineralogie und Mineralische Rohstoffe
Tel. ++49-5323-722776
Fax ++49-5323-722511
eMail: lehmann@min.tu-clausthal.de
Adolph-Roemer-Straße 2A
38678 Clausthal-Zellerfeld
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