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Mineralogische und geochemische Untersuchungen an Cu - Erzproben aus dem Stanzer Tal/Arlberg, Tirol


1. Fragestellung

Im Zuge dieser Arbeit sollten die betreffenden Proben des Instituts für Archäologie mit den verschiedensten Möglichkeiten, wie etwa Röntgenfluoreszenz, Elektronenstrahlmikrosonde und Auflichtmikroskopie genau untersucht werden und, wenn möglich, eine Eingrenzung von in Frage kommenden Lagerstätten vollzogen werden. Es sollte hierbei bereits erworbenes Wissen aus der Lagerstättenkunde sowie der Auf- und Durchlichtmikroskopie praktisch angewandt werden. Auch die Probenvorbereitung an sich sollte, soweit möglich, vom Bearbeiter selbständig erfolgen.

Nicht zuletzt sollten auch ein ausführliches Literaturstudium, sowie allfällige Geländebegehungen vor Ort zum Gelingen der Arbeit beitragen.


2. Einleitung

Bergbau spielte im Alpenraum seit alters her eine bedeutende Rolle, im Mittelalter beherbergte das Land einige der bedeutendsten Abbaue jener Zeit, wie etwa die reichen Gruben von Schwaz-Brixlegg oder die Bleiglanzabbaue in der Umgebung von Nassereith oder im Gurgltal.

Doch zusätzlich zu diesen Bergwerken, von teilweise weltweiter Bedeutung, gab es zahlreiche kleinere Abbaue auf Kupfer und Silber die, über ganz Tirol verteilt, zur blühenden Bergbaukultur beitrugen. Mit oftmals unmenschlichen Methoden wurde den Bergen das Erz abgerungen und dann in aufwendigen Schmelzverfahren die begehrten Metalle gewonnen.

Aber auch schon vor dem Mittelalter fanden Bergleute hier Erze, die sie unter noch einfacheren Umständen, etwa der Technik der Feuersetzung, dem Gebirge entrissen.

So verwundert es nicht, dass heute noch bedeutende Bergbaue in Österreich zu finden sind, etwa der steirische Erzberg oder der Wolframabbau im Felbertal/Salzburg, und dieses reiche kulturelle, wie technologische, Erbe auch das Interesse der modernen Naturwissenschaften weckt. Allen voran und international bedeutend ist hier das Programm HiMat, das an der Universität Innsbruck unter Einbeziehung der verschiedensten Disziplinen das prähistorische, sowie mittelalterliche Bergbaugeschehen näher untersucht.

Die vorliegende Arbeit soll hierzu ebenfalls einen kleinen Beitrag leisten und die Ergebnisse des bisherigen Programms nutzen.


3. Lage des Bergbaureviers

Nach ersten Untersuchungen unter dem Mikroskop konnten die Haupterzminerale bald festgestellt werden und eine Einschränkung der in Frage kommenden Lagerstätten konnte durchgeführt werden. Auch die Zusammensetzung des teilweise vorhandenen Muttergesteins auf den Erzproben konnte die Lokalität näher eingrenzen. Nach Rücksprachen mit Hobbyarchäologen und Heimatforschern der Region Landeck, konnte schließlich mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Bergbauregion im Tiroler Oberland, genauer im Stanzertal am Arlberg, als Ursprungsort der Proben bestimmt werden. Es handelte sich um einen kleinen Abbau nahe der Flirscher Skihütte (1872 m ü.Nn.) an den Abhängen der Eisenspitze zwischen den Orten Flirsch und Strengen. Erreichbar ist die Fundstelle über einen Forstweg, der zur Skihütte führt und einen kurzen Abstecher durch Wald bzw. Wiesengelände.

Das Auffinden der Fundstelle wurde durch die detaillierten Informationen der engagierten Heimatforscher sowie durch Verwendung des Lagerstättenverzeichnisses IRIS der Geologischen Bundesanstalt GBA unterstützt und wesentlich erleichtert.


4. Geschichtlicher Hintergrund der Bergbauregion Stanzertal

Über die genauen Anfänge des Bergbaus im Stanzertal gibt es keine genauen Angaben. Nach SRIBIK (1929) sollen erste Versuche des Abbaus aber schon um das Jahr 1000 n. Chr. Stattgefunden haben. Besser dokumentiert ist das Bergbaugeschehen seit der Erlassung der Imster Bergordnung im Jahre 1208, wobei aber ein Abbau im Stanzertal noch fehlt.

Erst im Jahre 1582 finden im Steißbachtal, einem Seitental des Stanzertals nahe St. Anton am Arlberg, Berbautätigkeiten statt. Die Bergbaue Gand und Kohlwald finden sich ab Beginn des 14. Jahrhunderts in den Aufzeichnungen. Das Fehlen des Abbaus an der Flirscher Skihütte in der ältesten Literatur lässt darauf schließen, dass es sich um etwas jüngere Anlagen handelt, eventuell auch um einen Freischurf.

Die Anfangs erwähnten Abbaue befinden sich teilweise noch im Wettersteinkalk der Lechtaler Decke (Steißbachtal), die weiter östlich befindlichen, weisen eine Vererzung im Quarzit bzw. im Bereich der Siliciklastika (Alpiner Verrucano) auf. Verhüttungsanlagen fanden sich ebenfalls in der Nähe der Bergwerke. Der alten Literatur nach im Westen von St. Jakob am Arlberg.

Zu allen Abbauen ist zu sagen, dass sie von beschränkter Abbautätigkeit gekennzeichnet sind, zum einen auf Grund von zu armen Vererzungen aber auch verursacht durch verheerende Naturkatastrophen, allen voran Lawinen- und Murgänge (z.B. Bergbaue Kohlwald und Feli).


5. Geologie

5.1 Geologischer Hintergrund der Region Stanzertal

Der Bereich des Stanzertales zwischen dem Arlberg im Westen und Landeck im Osten ist durch das Auftreten von Permoskythischen Abfolgen gekennzeichnet. Diese liegen auf den Kristallin der Verwallgruppe auf, dass sich in Form des Landecker Quarzphyllits als unterste Abfolge zeigt, abgegrenzt durch eine ausgeprägte Störung. Nach Norden hin wird das Perm von den Nördlichen Kalkalpen überlagert. Der schmale permoskythische Streifen im Stanzertal setzt sich aus Basisbreccie (schlecht aufgeschlossen bzw. teilweise abwesend) sowie silbrig-glänzenden Phylliten im unteren Bereich, sowie aus Gesteinen, die als Alpiner Verrucano bezeichnet werden (TOLLMANN, 1972), und Quarziten im oberen Bereich zusammen. Der Alpine Verrucano wird nach MOSTLER et al. (1982) in eine Liegend (Basisbreccie) und eine Hangend Einheit (Sandsteine des Verrucano etc.) unterteilt. Der Quarzit, anhand seiner Färbung in rote sowie weiße bis graue Typen unterschieden, schließt sich am Top an. Daneben befinden sich in dieser Abfolge auch Rauhwacken. Bei den Quarziten handelt es sich im Allgemeinen um subgerundete bis gerundete Quarzarenite/Quarzite und Sublitharenite. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal der Quarzite ist jenes, das nur die hellen Partien eine Vererzung aufweisen (disseminierte Vererzung). Der Erzgehalt des Verrucano tritt hingegen in Form von Gangvererzungen auf (ursprüngliche Vererzung). Des Weiteren ist dieses Gestein durch seinen Gehalt an Siliciklastika gekennzeichnet. Hauptsächlich handelt es sich hier um tonige Anteile, sowie Quarzgerölle. Zusätzlich findet sich auch Aufarbeitungsmaterial der umgebenden Gesteine, wie etwa Kristallingerölle mit deutlichen Anteilen an Glimmern des Altkristallins der Verwall- bzw. Silvrettagruppe (siehe hierzu auch die Mikroskopische Untersuchung der Nebengesteinskomponenten).


5.2 Tektonik

Abbildung 3: Profilschnitt mit eingezeichneter Vererzung im Verrucano, KRAINER (1982)
Abbildung 3: Profilschnitt mit eingezeichneter Vererzung im Verrucano, KRAINER (1982)

Mineralogische und geochemische Untersuchungen an Cu - Erzproben aus dem Stanzertal/Arlberg, Tirol

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Die Epoche des Permoskyths wird zur Zone des Landecker Quarzphyllits hin durch eine, saiger bis steil nach Süden einfallende, Störung abgegrenzt. Diese streicht als Klostertalstörung vom Arlbergpass ins Steißbachtal und wird in östlicher Richtung als Stanzertalstörung fortgesetzt. Begleitet wird sie auf dieser Strecke von cm bis m mächtigen Myloniten.

Charakteristisch für das Stanzertal Permoskyth ist ein komplexer Faltenbau, wobei es in Zonen starker Einengung zu steilen Isoklinalfalten und Verschuppungen kommt. Das E-W Streichen der Faltenachsen ist für den von S stattgefundenen Anschub des Altkristallins kennzeichnend. Dieser Mechanismus ist auch Ursache für die, im Arlberggebiet vorherrschenden, Überkippungserscheinungen. Gleithorizonte in diesem Bereich stellen die Rauhwacken am Top der Quarzite und die silbernen Phyllite an der Basis des Alpinen Verrucano dar. Im Bereich der Klastika sind die Tonschiefer als Schwächestellen zu benennen. Im östlichen Bereich des Stanzertals, kam es auch zu einer Hebung, da hier Quarzite und Rauhwacken tektonisch an Wettersteinkalke der Nördlichen Kalkalpen anschließen (FELLERER, 1964).



6. Arbeitsmethoden

6.1 Vorbereitungen

Zur Untersuchung der einzelnen Erzproben, mussten diese einer vorherigen Aufbereitung unterzogen werden die sich, je nach angewandtem Analyseverfahren, unterschied:

6.1.1 Auflicht- und Durchlichtmikroskopie

Hierbei wurden die Proben zerteilt und interessante Bereiche ausgewählt. Aus diesen wurden dann Polituren und Dünnschliffe für die Ansicht im Mikroskop erstellt.

6.1.2 Röntgenfluoreszenzanalyse

Für diese Methode wurden Teile der Probe zu Pulver zermahlen (Achatschalen) und anschließend in normierte Dubletten gepresst. Hierbei war ein genaues Arbeiten mit Waage und Vorsichtiger Umgang beim Pressvorgang oberste Priorität.

6.1.3 Elektronenstrahlmikrosonde

Die Verwendung dieses hochempfindlichen Gerätes verlangte die Anfertigung von speziellen Sondenschliffen.


6.2 Gerätschaften

6.2.1 Auflicht- und Durchlichtmikroskopie

Mit diesen Arbeitsmethoden wurden die Dünnschliffe (Durchlichtmikroskopie) sowie Erzpolituren (Auflichtmikroskopie) auf ihren Mineralgehalt untersuch. Aufgrund von absolvierten Vorlesungen und Übungen wurde dieser Teil selbstständig vom Verfasser erarbeitet und mittels Fotos dokumentiert (siehe Mineralbeschreibung). Nachfolgend eine kurze Erläuterung der Funktionsweise der unterschiedlichen Mikroskope:

6.2.2 Durchlichtmikroskopie

Bei der Durchlichtmikroskopie wird Licht durch ein Präparat (Dünnschliff) hindurch geleitet, bevor es vom Objektiv des Mikroskops aufgefangen wird. Das vom Objekt kommende Licht wird durch eine Kombination von mindestens zwei Linsensystemen, dem Objektiv und dem Okular, optisch abgebildet. Hierbei wird vom Objekt mittels Objektiv ein reelles Zwischenbild erzeugt, welches durch das Okular, analog zur Lupe, vergrößert betrachtet wird. Die Vergrößerung des Mikroskops setzt sich zusammen aus Objektivvergrößerung und Okularvergrößerung. Die Objektive sind wechselbar, so dass die Vergrößerung der jeweiligen Aufgabenstellung angepasst wird. Ein Objektivrevolver ermöglicht den schnellen Objektivwechsel durch Drehen des jeweils gewünschten Objektivs in den Strahlengang. Die Fokussierung erfolgt durch Höhenverstellung des Tubus oder des Objekttischs, welcher häufig auch mit einem verschiebbaren Objekthalter ausgestattet ist, um das beobachtete Objekt vor dem Objektiv zu positionieren. Bei der Verwendung eines Durchlichtmikroskopes in der Mineralogie zeichnen sich die Geräte auch dadurch aus, dass mit ihrer Hilfe nicht nur Präparate (Dünnschliffe) unter starker Vergrößerung betrachtet werden können, sondern auch durch die Verwendbarkeit von polarisiertem Licht und der damit verbundenen Möglichkeit Minerale unter gekreuzten Polarisatoren zu studieren. So können die verschiedenen optischen Eigenschaften von Mineralen bestimmt werden. Diese Merkmale erlauben somit eine eindeutige Mineraldiagnose mit relativ einfachen Mitteln.

6.2.3 Auflichtmikroskopie

Zur Bestimmung der unterschiedlichen Erzmineralphasen, wurde dieses Verfahren angewendet, da man sich nun mit der Bestimmung von opaken, undurchsichtigen Objekten befassen musste Wichtigster Unterschied zur Durchlichtmikroskopie ist die Benutzung einer speziellen Auflichteinrichtung, d.h. die Benutzung von senkrecht auf die Oberfläche eines polierten Anschliffes einfallendem, linear polarisierten Lichtes. Die daraus resultierenden Phänomene können zur Bestimmung der Mineralphasen herangezogen werden, welche da sind: der Farbeindruck, die ungefähre Höhe des Reflexionsvermögens, die Art und Stärke der Bireflektanz (Reflexionspleochroismus und Bireflexion), die Art und Stärke der Anisotropieeffekte bei schrägen Polarisatoren, Innenreflexe, Verzwillingungen, Spaltbarkeit, Schleif- und Polierhärte sowie die Paragenese mit anderen Mineralen.

6.2.4 Röntgenfluoreszenzanalyse

Bei dieser Technik wurden die entsprechenden Präparate mit Hilfe von Daniel Bechter und Matthias Krismer erstellt. Die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) ist eine Methode aus der Materialanalytik. Sie ist eine der am häufigsten eingesetzten Methoden zur qualitativen und quantitativen Bestimmung der elementaren Zusammensetzung einer Probe, da die Proben durch die Messung nicht zerstört werden (wobei das Erstellen eines Pulvergemisches mit anschließender Pressung im konkreten Fall eine gewisse Zerstörung voraussetzt, Anm.) und keine Aufschlüsse benötigt werden. Besonders breite Anwendung findet sie in der metallverarbeitenden Industrie, bei der Untersuchung von Glas, Keramik und Baustoffen sowie bei der Analyse von Mineralproben. Die Nachweisgrenze liegt etwa bei einem Mikrogramm pro Gramm (ppm).

Hierbei wird mit der Technik der Fluoreszenzspetroskopie auf Röntgenstrahlung gearbeitet. Die Materialprobe wird dabei entweder durch polychromatische Röntgenstrahlung, Gamma- oder Ionenstrahlung angeregt (Anregung mit Elektronenstrahl ? EDX). Dabei werden kernnahe Elektronen von inneren Schalen des Atoms auf weiter außen gelegene gehoben. Dadurch können Elektronen aus höheren Energieniveaus zurückfallen. Die so freiwerdende Energie wird in Form von elementspezifischer Fluoreszenzstrahlung abgegeben. Diese Strahlung kann von einem Strahlungsdetektor ausgewertet werden. Die Röntgenfluoreszenzanalyse ermöglicht eine Identifizierung und Konzentrationsbestimmung aller Elemente ab Ordnungszahl Z = 9 (Fluor) in den unterschiedlichsten Zusammensetzungen. Besonders leistungsfähig ist der Nachweis von geringen Verunreinigungen, wie beispielsweise Schwermetallen, die eine hohe Ordnungszahl haben.

6.2.5 Elektronenstrahlmikrosonde

Die entsprechenden Präparate, sprich Sondenschliffe, wurden im Präparationsbereich des Institutes für Mineralogie angefertigt. Die Messung an sich wurde in Zusammenarbeit mit Daniel Bechter und Martina Tribus vorgenommen.

Die Elektronenstrahlmikrosonde ist ein Gerät zur hoch ortsauflösenden (im Bereich von Mikrometern), zerstörungsfreien Messung von Elementkonzentrationen in Festkörpern (z.B. Mineralen, Gläsern, Werkstoffen). Alle Elemente ab Ordnungszahl 5 (Bor) bis 92 (Uran) können detektiert werden. Ein hochenergetischer (10-50 kV) Elektronenstrahl wird auf eine polierte Probenoberfläche fokussiert und ruft dort physikalische Wechselwirkungen hervor, die mit unterschiedlichen Detektoren aufgefangen und in Information umgewandelt werden. Das analysierte Volumen ist sehr klein (wenige Pm³).

Mit Multilayerkristallen können auch leichte Elemente mit Z<11 gemessen werden. Höhere Intensitäten und damit bessere Nachweisgrenzen werden durch große Analysatorkristalle erzielt. Die Analyse von Spurenelementen im ppm-Bereich ist durch optimierte Geräte- und Softwarekonfiguration möglich (Bsp.: Nachweisgrenzen von 20 ppm Pd in Sulfidmatrix).


7. Mineralogische Untersuchung der Proben

In diesem Kapitel werden die Erkenntnisse der Auf- und Durchlichtmikroskopie, sprich die verschiedenen identifizierten Mineralphasen näher beschrieben. Die Identifizierung erfolgte vom Autor auf Grund von erworbenem Wissen in vorangegangenen Vorlesungen und Übungen. Die phototechnischen Aufnahmen wurden tlw. an mit Ölinversion präparierten Proben durchgeführt, eine nähere Erläuterung ist in den entsprechenden Bildunterschriften gegeben.

Mineralliste der Lagerstätte Flirscher Skihütte im Stanzertal/Arlberg:

Diese Liste erhebt keinerlei Anspruch auf Vollständigkeit und beruht auf den mikroskopischen sowie makroskopischen Untersuchungen des Autors an den ihm zur Verfügung gestellten, sowie im Zuge der Geländebegehung selbst gesammelten Stücken.

Fahlerz - Tetraedrit-Tennantit Mischreihe

(Cu,Ag,Fe,Zn)12As4S13-(Cu,Fe,Ag,Zn)

Chalkopyrit (Kupferkies)

CuFeS2

Arsenopyrit (Arsenkies

FeAsS

Covellin

CuS; Cu1,2 bis 1,4S

Digenit

(FeCu)9S5

ged. Wismut

Bi

Malachit

Cu2(CO3)(OH)2

Azurit

Cu3[(OH)/CO3]2

Erythrin

Co3(AsO4)2—8 H2O

Tirolit

CaCu5(AsO4)2(CO3)(OH)4—6H2O

Goethit

alpha-Fe3+O(OH)

Quarz

SiO2

Apatit

Ca5(PO4)3F



7.1 Hauptgemengteile

7.1.1 Fahlerz

(Cu,Ag,Fe,Zn)12As4S13-(Cu,Fe,Ag,Zn)12Sb4S13

Abbildung 6
Abbildung 6

graues Fahlerz (Fahl) mit kräftig gelbem Chalkopyrit (Chp) und idiomorphem Arsenopyrit (Asp), Chp; teilweise von Fahl verdrängt, blauer Covellin (Cov) als Spaltenfüllung, Sondenschliff Auflicht in ...

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Allgemeine Bestimmungsmerkmale:

Farbe

grau bis olivbraun

Strichfarbe

schwarz

Glanz

fahl

Kristallsystem

kubisch

Mohshärte

3,5 - 4


Fahlerz bildet das Haupterzmineral dieser Lagerstätte. Im Bereich der Flirscher Skihütte kommt es in den hellen bis grauen Quarziten des Skyths vor. Seine Ausbildung erscheint in Form von feinstverteilten Tröpfchen im mm Bereich bis hin zu max. cm großen Putzen von grauer Farbe mit typisch fahlem Glanz (disseminierte Vererzung). Selten konnte es als Spaltenfüllung im Quarzit beobachtet werden.

Laut STRASSER (2009) bildet Fahlerz in Hohlräumen auch glänzende Kristalle in Tetraederform. Im unterlagernden Alpinen Verrucano kommt das Erz laut MOSTLER et al. (1982) als Gangförmiger Erzkörper von mm bis cm bzw. dm Größe vor. Die Analysierten Proben stammen ebenfalls aus diesem Bereich. Neben seinem niedrigen Reflexionsvermögen ist auch die fehlende Anisotropie ein sicheres Bestimmungsmerkmal dieses Minerals im Zuge der Auflichtmikroskopie. Fahlerz ist stets eng mit Chalkopyrit verwachsen und es scheint auch gegenseitige Verdrängungserscheinungen der beiden Sulfide zu geben.


Abbildung 7
Abbildung 7

isotropes Fahlerz (Fahl) mit leicht anisotropem Chalkopyrit (Chp) und stark anisotropem Arsenopyrit; (Asp), Chp teilweise von Fahl verdrängt, Covellin (Cov) als Spaltenfüllung mit kräftiger Anisotr...

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Weitere Analysen der Erzproben lieferten das Ergebnis einer Zonierung (hellgrau – dunkelgrau) innerhalb der einzelnen Erzkörner. Diese sind meist mit Arsenkies vergesellschaftet und die Zonierung rührt von einer As Armut am Rand des Fahlerzes bzw. am Kontakt zum Arsenkies und einem vergleichsweisen As Überschuss im Zentrum des Erzfragmentes her. Erkennungsmerkmale im Zuge der Auflichtmikroskopie:

Schleifhärte: mittel, ähnlich Bournonit, > edle Ag - Erze, < Sphalerit

Spaltbarkeit: keine, spröde

Reflexionsvermögen: mittel; Luft: 31-33 Y%, Öl: 16-18 Y%

Reflexionsfarbe: Grauweiß mit schwach olivgrünem Stich

Struktur: hypidiomorph - bis xenomorphkörnig

Textur: oft in Tröpfchenform in anderen Sulfiden (PbS, der bei höheren T gebildet wurde) eingelagert Myrmekitbildungen durch Zerfall zu Pyrargyrit Ag3SbS3 + Chp + Sphalerit Verdrängung durch Miargyrit AgSbS2, Rotgültigerze, Chp, Galenit u.a. Fahlerze verdrängen aber auch ihrerseits Chp, Galenit, Bornit Cu5Fe4S4, Antimonit Sb2S3 u.a.


7.1.2 Kupferkies, Chalkopyrit

CuFeS2

Abbildung 8
Abbildung 8

kräftig gelber Chalkopyrit (Chp) mit teilweise verdrängtem Fahlerz (Fahl) und idiomorphem; Arsenopyrit (Asp), blauer Covellin (Cov) als Spaltenfüllung, Sondenschliff Auflicht in Öl, 1Nic.

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Allgemeine Bestimmungsmerkmale:

Farbe

messinggelb, honiggelb,
häufig Anlauffarben schwarz, rot, lila, blau

Strichfarbe

grünlich-schwarz bis schwarz

Glanz

Metallglanz

Kristallsystem

tetragonal

Mohshärte

3,5 - 4


Anders als die Ergebnisse der bisherigen Literatur, konnte in den von mir untersuchten Proben ein beträchtlicher Anteil Kupferkies gefunden werden. Er tritt zusammen mit Fahlerz und Arsenopyrit auf.

Bei der Analyse mittels Auflichtmikroskop konnten auch Zwillingslamellen zweifellos festgestellt werden, das Vorhandensein von Umwandlungslamellen muss unbestätigt bleiben. Ähnlich wie beim Fahlerz soll auch dieses Mineral laut STRASSER (2009) in Form von kleinen Kristallen auftreten. Anzumerken ist das Verdrängungsverhalten von Kupferkies zu Fahlerz und umgekehrt, sowie eine Verdrängung durch Limonit (MOSTLER et al., 1982) und das Auftreten von Cu-Oxidationsmineralen wie Malachit, Tirolit und Azurit.

Erkennungsmerkmale im Zuge der Auflichtmikroskopie:

Schleifhärte: mittel, weicher als Pyrrhotin/Pentlandit, härter als Galenit

Spaltbarkeit: selten nach (1 1 1)

Reflexionsvermögen: Hoch; Luft: 44-45 Y%, Öl: 33 Y%

Reflexionsfarbe: Gelb; kräftiger als Pyrit

Anisotropie: schwach - unter starker Beleuchtung sichtbar

Struktur: xenomorph – körnig mit oftmals auftretenden feinlamellaren, polysynthetischen Wachstumszwillingen, auch Deformationszwillinge; Oleanderblattförmige, lanzettartige Umwandlungslamellierung – kub. Hoch T (> 500 °C) Kupferkies mit S-Defizit geht, bei Abkühlung, in tetrag. Tief T Modifikation über; Textur: Beim Abkühlen kann es zum Entmischen von versch. Mineralphasen kommen ?

  • Sternchenförmige Sphalerit Entm. ? ca. 500 °C
  • Sternchenförmige Stannit Entm. ? ca. 460 °C
  • Lamellare Cubanit Entm. ? ca. 200 °C
  • Flitterförmige Mackinawit Entm. ? ca. 150 °C
Abbildung 9
Abbildung 9

leicht anisotroper Chalkopyrit (Chp) mit isotropem Fahlerz (Fahl) und stark anisotropem Arsenopyrit; (Asp), Covellin (Cov) mit kräftigen orangen AE, Sondenschliff Auflicht in Öl, X Nic.

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Abbildung 10
Abbildung 10

Chalkopyrit (Chp) mit Sekundärmineralen und typischen Zwillingslamellen, weiters Rekristallisationsgefüge mit 120° Winkel, Sondenschliff Auflicht in Öl, X Nic.

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7.2 Nebengemengteile

7.2.1 Gersdorffit

Abbildung 12
Abbildung 12

Bildtafel Mapping; 1 – BSE Aufnahme, 2 – As: Gersdorfitt, 3 – Ni: Gersdorfitt, 4 – Cu: Fahlerz und; Digenit/Covellin, 5 – Fe: Arsenopyrit, 6 – Sb: Fahlerz, Elektronenstrahlmikrosonde Elementverteil...

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NiAsS

Allgemeine Bestimmungsmerkmale:

Farbe

weiß

Strichfarbe

gräulich-schwarz

Glanz

Metallglanz

Kristallsystem

kubisch

Mohshärte

5,5


Als Besonderheit zeigte sich dieses seltene Ni – Mineral in den untersuchten Proben. Es trat in Form extrem idiomorpher Körner von wenigen µm Größe auf. Auffallend war die teilweise deutlich ausgeprägte Zonierung des Minerals. Diese entstand auf Grund von Pseudomorphose und Verdrängungserscheinungen der Minerale Fahlerz, Digenit/Covellin und Arsenopyrit. Um die einzelnen Phasen besser auseinanderhalten zu können wurde an diesem Korn ein Mapping mittels Elektronenstrahlmikrosonde erstellt. Mittels Auflichtmikroskopie konnte dieses Mineral nicht bestimmt werden.

Abbildung 11
Abbildung 11

Gersdorfittkorn mit starkem Zonarbau in Gangart, weiters Chalkopyrit (Chp), Covellin (Cov) und; Arsenopyrit (Asp), Fahlerz im Kern des Gersdorfittkorns, Sondenschliff Auflicht in Öl, 1Nic

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7.2.2 Arsenkies, Arsenopyrit

Abbildung 13
Abbildung 13

idiomorpher Arsenopyrit (Asp) neben Apatit (Ap) Gangart, Sondenschliff Auflicht in Öl, 1Nic.

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FeAsS

Allgemeine Bestimmungsmerkmale:

Farbe

Zinkweiß bis Stahlgrau,
dunkel anlaufende
oder auch bunte Anlauffarben

Strichfarbe

grauschwarz bis schwarz

Glanz

metallisch

Kristallsystem

monoklin

Mohshärte

5,5-6


Dieses Mineral tritt in den Proben der Flirscher Skihütte als weiteres Erzmineral recht häufig in Erscheinung, wobei sich die Größe der Körner in Grenzen hält. Charakterisiert sind sie durch ihre ideal, idiomorphe Form. Als weiteres Erkennungsmerkmal sei der starke Farbunterschied bei schrägen Polarisatoren zu nennen.

Besonders erwähnenswert ist der As Austausch zwischen Arsenkies und Fahlerz. Durch diesen Austausch kommt es zu einer optisch erkennbaren Farbzonierung im Tetraedrit bzw. Tennantit. Generell ist zu erkennen, dass dunklere Partien As reicher sind als hellere (siehe Diagramm Fahlerz). Ebenfalls interessant sind die Werte an Fe (? Limonit) und Co (? Erythrin).


Abbildung 14
Abbildung 14

idiomorpher, verzwillingter, stark anisotroper Arsenopyrit (Asp) neben limonitdurchstäubtem Apatit (Ap) Gangart, Sondenschliff Auflicht in Öl, X Nic.

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Erkennungsmerkmale im Zuge der Auflichtmikroskopie:

Schleifhärte: hoch, weicher als Pyrit, härter als Löllingit/Pyrrhotin

Spaltbarkeit: selten

Reflexionsvermögen: Hoch; Luft: 53–54 Y%, Öl: 38-39 Y%

RP: kaum feststellbar

Anisotropie: deutlich; schnittlagenabhängig, blau bis bräunlich in Diagonalstellung

Struktur: meist idiomorph bis hypidiomorph mit rautenförmigen Querschnitten (-c) bzw. Stengelige Kornformen (//c), Mimetische Zwillingsbildung mit „Sanduhrstruktur“ häufig, weiters Auftreten von Drillingen (pseudohexagonal)

Paragenetische Stellung: Durchläufermineral; in intrusiv-magmatischen Abfolgen in Graniten bis hin zu sedimentären Erzanreicherungen (anaerobe Bedingungen). Hauptverbreitung in späten, pegmatisch-pneumatolytischen, und in frühen, hochtemperierten hydro-thermal gebildeten, Paragenesen. Oft zusammen mit Galenit, Löllingit, Gold, Pyrrhotin, Stannit, Wolframit, Sphalerit u.a.


7.2.3 Wismut ged.

Abbildung 15
Abbildung 15

BSE Aufnahme von ged. Wismut neben Arsenopyrit (Asp) und Fahlerz (Fahl), Elektronenstrahlmikrosonde

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Bi

Allgemeine Bestimmungsmerkmale:

Farbe

rötlichweiß

Strichfarbe

bleigrau

Glanz

metallisch

Kristallsystem

trigonal

Mohshärte

2,0–2,5


Als Besonderheit lieferte die Analyse mittels RFA einen ungewöhnlich hohen Bi Gehalt. Dieses ged. Metall kommt in der probe als winzigste Tröpfchen vor. Eingebettet in die restliche Paragenese. Die Bi Atome könnten aber auch teilweise der Fahlerzstruktur entspringen, da diese einem Einbau von Fremdatomen offen gegenübersteht. Mittels Auflichtmikroskopie konnte dieses Mineral nicht bestimmt werden.



Abbildung 16
Abbildung 16

Fahlerz mit randlicher Verdrängung von; Digenit und Covellin, Sondenschliff Auflicht in Öl, 1Nic.

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Abbildung 17
Abbildung 17

Fahlerz mit randlicher Verdrängung von; Digenit und Covellin, Sondenschliff Auflicht in Öl, X Nic.

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Abbildung 18
Abbildung 18

Zwillingslamellierter Arsenopyrit mit; randlicher Verdrängung durch Digenit, Sondenschliff; Auflicht in Öl, X Nic

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Abbildung 19
Abbildung 19

Zwillingslamellierter Arsenopyrit mit; randlicher Verdrängung durch Digenit, Sondenschliff; Auflicht in Öl, 1 Nic.

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7.3 Sekundärminerale

7.3.1 Covellin und Digenit

CuS; Cu1,2 bis 1,4S; (FeCu)9S5

Allgemeine Bestimmungsmerkmale: Covellin

Farbe

indigoblau, blauschwarz

Strichfarbe

dunkelblau

Glanz

halbmetallisch

Kristallsystem

hexagonal

Mohshärte

1,5-2,5


Allgemeine Bestimmungsmerkmale: Digenit

Farbe

blauschwarz

Strichfarbe

grauschwarz

Glanz

halbmetallisch

Kristallsystem

trigonal

Mohshärte

2,5-3,0


Hierbei handelt es wohl um die optisch auffälligsten Erzmineral der Paragenese. Seine leuchtend blaue Farbe ist ein sicheres Erkennungsmerkmal für den Covellin. Der Digenit unterscheidet sich durch seine eher blaugraue Farbe. Covellin tritt immer in Vergesellschaftung mit Kupferkies und Digenit auf. Mengenmäßig ist der Digenit jedoch weitaus häufiger anzutreffen. Beide Minerale bilden die randliche Begrenzung des Chalkopyrit und treten in Form von Lanzettartigen bis nadeligen Kristallen auf. Es ist anzunehmen, dass zwischen Kupferkies und Covellin/Digenit ein Verdrängungsprozess von Statten geht.

Erkennungsmerkmale im Zuge der Auflichtmikroskopie: Covellin

Schleifhärte: nieder, etwa gleich Chalkosin

Spaltbarkeit: nach (0001) häufig

Reflexionsvermögen: gering; Luft: 7-24 Y%, < Digenit

Reflexionsfarbe: kräftig blau bis graublau, auffälligste Erscheinung in der Erzmikroskopie

Anisotropie: sehr deutlich, orange in Diagonalstellung

Struktur: idiomorph – heterometrisch, tafelige bis lappige Kornformen

Textur: Verdrängungen sehr häufig

Erkennungsmerkmale im Zuge der Auflichtmikroskopie: Digenit

Spaltbarkeit: manchmal

Reflexionsvermögen: gering; Luft: 21 Y%, > Digenit, < Chalkosin

Reflexionsfarbe: blaugrau bis grau, mit zunehmendem CuS Gehalt deutlicher blau

Textur: isostruktural mit kub. Hochtemp. – Chalkosin, daher mit diesem > 435°C vollkommen mischbar.

Bei Abkühlung entmischen:

Auf Cu – Seite: < 420°C hex. Chalkosin lamellar nach {111}, der bei 103°C in rhb. Chalkosin übergeht

Auf S – Seite:Covellin bzw. blaubleibender Covellin und seltener Bornit, die in einer Grund-masse aus Restdigenit eingebettet sind.


7.3.2 Blaubleibender Covellin bzw. Spionkopit oder Yarrowit

Cu1,4S oder Yarrowit Cu1,12S

Covellin besitzt eine extrem hohe Lichtdispersion in Richtung n? für rotes Licht: 1,0 für blaues: 1,9). Je nach Brechungsindex des Mediums zwischen Objektiv und Präparat werden dabei Wellenlängenanteile des reflektierten Lichts herausgefiltert. Betrachtete man das Mineral im Medium Luft (n=1,0) so werden die Rotanteile gefiltert ? blauer Farbeindruck, im Medium Öl (n=1,516) werden hingegen die Blauanteile herausgenommen ? rotvioletter Farbeindruck (vgl. Abb. 25). Covelline, die einen Cu Überschuss aufweisen (Spionkopit und Yarrowit) zeigen diesen Effekt nicht. Man nennt sie deshalb blaubleibende Covelline.

Abbildung 20
Abbildung 20

Chalkopyrit wird verdrängt von Digenit und blaubleibendem Covellin, Politur Auflicht in Öl, 1Nic.

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Abbildung 21
Abbildung 21

Chalkopyrit wird verdrängt von Digenit und blaubleibendem Covellin, Politur Auflicht in Öl, X Nic.

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Abbildung 22
Abbildung 22

Wie Abb. 20 jedoch um 90° gedreht. die; Schwingungsrichtungen von ω und ε zeigen keinen Farbumschlag nach Violett bzw. Rosa sondern bleiben blau -I Blaubleibender, nicht stöchiometrischer...

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Abbildung 23
Abbildung 23

Wie Abb. 21 jedoch um 90° gedreht. die; Schwingungsrichtungen von ω und ε zeigen keinen Farbumschlag nach Violett bzw. Rosa sondern bleiben blau → Blaubleibender, nicht stöchiometri...

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Abbildung 24
Abbildung 24

Stöchiometrischer Covellin: ω → dunkelblau, ε → hell – bis blaugrau, Politur Auflicht, 1Nic.

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Abbildung 25
Abbildung 25

wie Abb.24 jedoch in Öl: Farbumschlag ω → violett ε → rosa, Politur Auflicht, 1Nic.

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7.3.3 Malachit

Cu2(CO3)(OH)2

Allgemeine Bestimmungsmerkmale:

Farbe

grün

Strichfarbe

blass grün

Glanz

diamantglänzend, seidenglänzend

Kristallsystem

monoklin

Mohshärte

3,5-4,0


Aufgrund der Cu-Mineralisation ein oft auftretendes Mineral an der Lagerstätte Stanzertal. Das Mineral bildet in seiner typisch grünen Farbe, Anflüge und Überzüge auf dem hellen Quarzit. In Hohlräumen des Gesteins bildet er mitunter attraktive mehrere mm messende Kristallgarben. Malachit kommt immer in Gesellschaft der anderen Cu-Oxidationsmineralien (Azurit, Tirolit) und dem feinverteilten Fahlerz vor.

Erkennungsmerkmale im Zuge der Auflichtmikroskopie:

Reflexionsvermögen: heller als Gangartminerale

RP: deutlich

Anisotropie: von IR überstrahlt

Innenreflexe: grün, schon an Luft deutlich

Abbildung 26
Abbildung 26

Malachit (Mal) mit grünen Innenreflexen neben Goethit (Goe) mit roten Innenreflexen, Sondenschliff Auflicht, X Nic.

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Abbildung 27
Abbildung 27

sphärolithischer Goethit (Goe) mit roten Innenreflexen neben Fahlerz (Fahl), Sondenschliff Auflicht, X Nic.

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7.3.4 Eisenhydroxide (Goethit)

alpha-Fe3+O(OH)

Allgemeine Bestimmungsmerkmale:

Farbe

lichtgelb bis schwarzbraun

Strichfarbe

braungelb bis gelb

Glanz

diamantglänzend, seidenglänzend

Kristallsystem

orthorhombisch

Mohshärte

5,0-5,5


Ein weiteres äußerst farbenprächtiges Oxidationsmineral der Paragenese stellt der Goethit dar. Er ist in der Politur unschwer durch seine charakteristische rotbraune Färbung bzw. die roten Innenreflexe zu erkennen. Auch die typische kugelige (sphärolitische) Form kennzeichnend für das Mineral. Es handelt sich hierbei um ein typisches Produkt der Oxidationszone vieler Erzlagerstätten.

Erkennungsmerkmale im Zuge der Auflichtmikroskopie:

Schleifhärte: je nach Korngröße und Porosität stark schwankend

Spaltbarkeit: selten

Reflexionsvermögen: gering; Luft: 16-18 Y%, von Poliergüte abhängig

Reflexionsfarbe: weißgrau bis blau-braungrau

Anisotropie: deutlich

Innenreflexe: massenhaft, lichtgelb bis rotbraun

Textur: meist kolloidale, traubig nierige, krustenförmige Gefüge von kristallin gewordenen Gelen („Brauner Glaskopf“), mit stengeligen, radialfaserigen oder palblattartigen Kristallen, oft bei Verwitterung Bildung von Pseudomorphosen

7.3.5 Azurit:

Cu3[(OH)/CO3]2

Allgemeine Bestimmungsmerkmale:

Farbe

lasurblau, dunkelblau

Strichfarbe

hellblau

Glanz

glasig

Kristallsystem

monoklin

Mohshärte

3,5-4,0


Dieses leuchtend blaue Mineral kommt massenhaft an dieser Lokation vor. Es bildet Überzüge von mehreren cm² bis dm². Kristalle wurden vor Ort ebenfalls in kleinen Drusen des Quarzits zusammen mit Bergkristall beobachtet. Azurit wird auch von den anderen Cu-Oxidationsmineralen und Fahlerz begleitet. Anzumerken ist, dass dieses Mineral nicht in den Polituren nachgewiesen wurde, sondern auf den Handstücken, die bei der Begehung der Lagerstätte aufgesammelt wurden, gefunden wurde. Azurit ist deshalb auch nicht auf Material der Siliciklastika sondern im hellen Quarzit aufgetreten.

7.3.6 Erythrin – Kobaltblüte

Co3(AsO4)2·8 H2O

Allgemeine Bestimmungsmerkmale:

Farbe

violett rosa, blassrosa

Strichfarbe

rosa, weiß

Glanz

diamantglänzend

Kristallsystem

monoklin

Mohshärte

1,5-2,5


Dieses wunderbar violett gefärbte Mineral fand sich, ebenso wie Azurit, in der Gesteinszone der hellen Quarzite, welche die Siliciklastika bzw. den Alpinen Verrucano überlagern. Es tritt immer in Vergesellschaftung mit Quarz auf und bildet in Drusen des Gesteins kleine Kristallaggregate mit teils lebhaftem Glanz. Die Aggregate erreichen Größen von einigen mm.

7.3.7 Tirolit

CaCu5(AsO4)2(CO3)(OH)4·6H2O

Allgemeine Bestimmungsmerkmale:

Farbe

hellgrün, blaugrün

Strichfarbe

hellgrün

Glanz

glasig

Kristallsystem

monoklin

Mohshärte

2,0


Als weiteres, makroskopisch anhand von gesammelten Handstücken bestimmtes, Mineral ist der Tirolit zu nennen. Er bildet auf den hellen Quarziten regelrechte „Tirolitsonnen“ mit typisch seidigem Glanz. In Hohlräumen des Gesteins sind auch frei gewachsene Kristalle zu finden. Die, oft größere Gesteinsbrocken überziehenden, Aggregate können mehrere cm Größe erreichen.

7.4 Nebengesteinskomponenten

Die untersuchten Polituren und Anschliffe enthielten durchwegs Quarz al Gangart, Eisenkarbonate, wie sie von früheren Autoren nachgewiesen wurden konnten in den von mir analysierten Proben nicht nachgewiesen werden. Jedoch trat eine auffällige Anhäufung von Apatitidioblasten auf, und die Bestandteile der Siliciklastika konnten ebenfalls näher untersucht werden. Hierauf soll im Folgenden näher eingegangen werden:

7.4.1 Apatit

Dieses Schwermineral fand sich in den untersuchten Proben sehr häufig. Anzunehmen ist dass es sich hierbei um eine Seifenähnliche Ausbildung handelt, bestätigt wird dies auch durch die Erkenntnisse früherer Autoren (KRAINER 1982), die ebenfalls Apatitseifen in den umgebenden Gesteinsschichten feststellten. Weitere Schwerminerale, wie etwa Turmalin wurden bei den von mir untersuchten Proben nicht festgestellt.

7.4.2 Siliciklastika

Sie bilden den mengenmäßig größten Anteil an den Proben und spiegeln in ihrer Zusammensetzung tlw. Aufgearbeitetes Material wieder. Hierbei sind vor allem Gesteinsbruchstücke aus dem heute im Süden angrenzenden Altkristallin der Stubaier und Ötztaler Alpen zu nennen. Hierbei handelt es sich um Gneise sowie Glimmerschiefer, die mittels Durchlichtmikroskopie identifizier werden konnten. Als weiterer Bestandteil sind größere Quarzgerölle zu finden. Diese wurden ebenfalls mittels Durchlichtmikroskopie anhand ihrer niedrigen IF und dem charakteristischem undulösen Auslöschen erkannt.

Abbildung 28
Abbildung 28

BSE-Aufnahme von Apatit-Porphyroblasten (grau), Quarz (schwarz) und Sulfiden (weiß), Elektronenstrahlmikrosonde

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Abbildung 29
Abbildung 29

Glimmerschiefer bunte IF, Quarzit undulös, Sulfide und Limonit schwarz Sondenschliff Durchlicht, +Nic.

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8. Erzgenese

Bei den Vererzungen, die sich im Bereich der Hangendserie (Alpiner Verrucano/Siliciklastika), also dem für diese Arbeit relevanten Bereich, befindet, handelt es sich ausschließlich um eine gangförmige Mineralisation. Die vererzten Klüfte durchziehen sowohl grobe Sandsteinen auch als tonreichere Partien, was aus der Lage der Einbaue vermutet werden kann, und sind sehr selten. Laut STINGL (1982) handelt es sich um bis zu 20 cm mächtige Lagen, die durchschnittliche Mächtigkeit liegt aber im Bereich einiger cm. Anzumerken ist, dass es bei den schmäler werdenden Gängen zu einer Konzentrierung des Fahlerzes kommt. Der Erzinhalt im Allgemeinen schwankt sehr stark und somit sind Aussagen über Tiefgang und laterale Erstreckung nicht möglich, aber ist davon auszugehen, dass e3s sich um eine kleinräumige Anreicherung handelt. Die Genese an sich erfolgte auf hydrothermalem Weg, wobei es später noch zu einer Reaktivierung kam, aus der sich die disseminierte Vererzung der aufliegenden Quarzite bildete (STINGL, 1982; MOSTLER et al., 1982; KRAINER, 1982).



9. Literaturverzeichnis

HADITSCH J.; KRAINER K. (1993): Permoskythische Sandsteinvererzungen aus den Ost- und Südalpen Österreichs – Arch. F. Lagerst. forsch. Geol. B.-A., Band 16; S. 13-28; Wien

STINGL V. (1982): Sedimentologie und Vererzung des Alpinen Verrucano im Stanzertal (Tirol) – Geol. Paläont. Mitt. Innsbruck; Band 12; S. 71-80; Innsbruck

KRAINER K. (1982): Zur Sedimentologie und Vererzung der „Hangendquarzite“ im Stanzertal/Arlberggebiet (Tirol) – Geol. Paläont. Mitt. Innsbruck; Band 12; S. 81-94; Innsbruck

MOSTLER H.; KRAINER K.; STINGL V. (1982): Erzlagerstätten in der postvariszischen Transgressionsserie im Arlberggebiet – Arch. F. Lagerst. forsch. Geol. B.-A., Band 2; S. 131-136; Wien

HADITSCH J.G.; MOSTLER H. (1986): Jungalpidische Kupfervererzungen im Montafon (Vorarlberg) – Geol. Paläont. Mitt. Innsbruck; Band 13; S. 277-296; Innsbruck

NOWOTNY A.; PESTAL G.; ROCKENSCHAUB M. (1992): Die Landecker Quarzphyllit- und Phyllitzone als schwächer metamorpher Anteil des Silvrettakristallins – Jb. Geol. B.-A.; Band 135; Heft 4; S. 867-872; Wien TISCHLER S. (1977): Die Verrucano- und Buntsandsteinvererzungen in Nordtirol, Innsbruck

digitale Quellen:

IRIS – Lagerstättenverzeichnis der GBA, Wien

AV – Karten digital, gesammeltes Kartenwerk des Österreichischen Alpenvereins, CD-Rom, Wien

Weiterführende Literatur:

EXEL R. (1993): Die Mineralien und Erzlagerstätten Österreichs, Wien

AGRICOLA G. (1557/2007): De re metallica libri XII – zwölf Bücher vom Berg-und Hüttenwesen; Nachdruck 2.Auflage; Matrixverlag; Wiesbaden

AMMANN G.(1990): Silber,Erz und weißes Gold, Innsbruck


Danksagung

Die vorliegende Arbeit wäre ohne die tatkräftige Unterstützung meines Betreuers, Herrn Prof. Franz Vavtar – Institut für Mineralogie an der Universität Innsbruck, nicht in dieser Art möglich gewesen. Stets stand er mir mit Rat und Tat zur Seite und es konnten auftretende Probleme auf Grund seines Fachwissens und seinem stetem Entgegenkommen rasch geklärt werden. Mein weiterer Dank gilt auch dem Institutspersonal für die Unterstützung im Bereich der Probenpräparation sowie bei der Bedienung der verschiedenen Gerätschaften. Besonders hervorgehoben seien hier Herr Daniel Bechter und Frau Martina Tribus, die mir beim Umgang mit der Elektronenstrahlmikrosonde halfen, sowie Herr Matthias Krismer, der mir im Zuge der Probenaufbereitung für die RFA mit Rat und Tat zur Seite stand.

Des Weiteren sei auch noch Herrn Dr. Schöpf und seiner Familie gedankt, die bei der Geländebegehung im Stanzertal große Dienste leisteten.

Nicht zuletzt möchte ich auch meiner Familie und meiner Freundin für aufmunternde Worte und gutgemeinte Ratschläge während dieser Zeit herzlichst danken.


Lexikonverweise


Quellangaben

  • Bachelorarbeit 1 - Leopold-Franzens Universität Innsbruck - stone87