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Lagerstätten

Beispiel hydrothermaler Lagerstätten
Beispiel hydrothermaler Lagerstätten

Tektonisches Setting von porphyrischem Kupfer und epithermalen Erzlagerstätten

USGS Public Domain


Hydrothermale Erz- und Minerallagerstätten



Was bedeutet hydrothermal ?

Hydrothermal bezeichnet den Bildungsbereich von Mineralien aus gas- und salzhaltigen wässrigen Lösungen zwischen deren kritischem Punkt (ca. 374,5°C) bis zum Absinken der Temperatur bis ca. 30°C. Hydrothermen können magmatischer, metamorpher oder transmagmatischer Herkunft sein. Hydrothermale Lösungen enthalten häufig große Mengen gelöster vulkanischer Gase und Minerale.

Hydrothermale Erzlagerstätten sind Lagerstätten, bei denen die Erze aus wässrigen metallhaltigen Lösungen ausfallen. Der Übergang vom pneumatolytischen Stadium ist fließend. Unterschiede sind ausschließlich von den Zustandsbedingungen Temperatur, Druck und Konzentration abhängig, denen das System unterliegt. Zum hydrothermalen Stadium wird das Ausscheidungsgebiet unterhalb der kritischen Temperatur des Wassers (400°) bis zu seinem Siedepunkt (100°) gerechnet. Erze sind metallhaltige Minerale.

Nach der Ausscheidung aller gesteinsbildenden Mineralien aus den Restschmelzen bleiben nur noch heiße, mineralgesättigte lagerstättenbildende Substanzen in ionarer oder komplexer Form (Metallhydrokomplexe) zurück, die so genannten hydrothermalen Solen, oder Fluide. Wegen der extremen Bedingungen und der äußerst variablen Zusammensetzung dieser Fluide sind ihre Eigenschaften im Labor nur schwer nachzuahmen. Man nimmt aber an, dass sie in der Lage sind, die verschiedensten Stoffe zu lösen, zu transportieren, und an anderer Stelle wieder auszuscheiden. Sie tragen damit wesentlich zur Bildung der meisten Ganglagerstätten und Erzstöcke bei.

Die Lösungen, mit meist hohem Anteil an

  • Ionen (Na+ F-, Cl-, Ca+, K+, SO42, HCO3)
  • Gelösten Gasen (CO2, H2S, SO2)
  • Metallen und Nichtmetalle (Fe, Ni, Co, Mn, Ag, Au, Mo, Cu, Pb, Zn, Bi, U, Sb, Hg, Ba, As, S)

werden in Gänge, Klüfte und Spalten gepresst und kristallisieren dort unter sehr langsamer Abkühlung als Mineral im eigenen Sinne, aber auch gediegen aus (As, Bi, S, Cu, Ag, Au). Bedingt durch eine tw. optimale Isolation der Lösungen, welche selbst in tausenden von Jahren nur um wenige Grade abkühlt, bilden sich oft sehr große und idiomorphe Kristalle. Die wichtigsten hydrothermalen Lagerstätten sind in der Regel gangförmig.

Zu den häufigsten hydrothermal gebildeten Mineralen gehören: Fluorit, Baryt, Calcit, Quarze, Galenit, Chalkopyrit, Sphalerit, Pyrit, Siderit, Löllingit, Nickelin, Beryll, Spodumen;

Am Ende der Kristallisationsfolge eines Magmas bleiben überhitzte hydrothermale Lösungen übrig, die durch Gänge ins Nebengestein eindringen. Während des Abkühlens werden in den hydrothermalen Gängen typische Gangmineralien abgeschieden. Gesteine mit freien Porenvolumen (z.B. Sandsteine) können hydrothermale Lösungen wie einen Schwamm aufsaugen, dadurch enstehen Imprägnationsgesteine. (Imprägnationsvererzungen (Imprägnationslagerstätten) und Stockwerksvererzungen (Stockwerkerz) von oft riesigen Dimensionen von Kupfersulfiden, häufig mit wichtigen Gold- oder Molybdänbeimengungen, und Molybdänsulfiden, z.T. mit Zinn- und Wolframbeimengungen (porphyrische Kupferlagerstätten, Molybdänlagerstätten), in kleineren Dimensionen auch von Zinn- und Zinn-Wolframvererzungen (Zinnlagerstätten).


Abkühlungsverhalten

Die Abkühlung der hydrothermalen Lösungen beim Austritt aus dem Gestein führt zur Abscheidung dieser Minerale auf den angrenzenden Bodenschichten. Sie werden je nach Bildungstemperatur in vier Kategorien eingeteilt:

  • katathermal: Bei „Hochthermalen Lösungen“ fällen die Minerale zwischen einer Temperatur von etwa 375 bis 300 °C,
  • mesothermal: Im „mittelthermalen Bereich“ zwischen 300 und 200 °C,
  • epithermal: In „niedrigthermalen Lösungen“ zwischen 200 und 100 °C
  • telethermal: Im „telethermalen Bereich“ unterhalb von 100 °C aus.

Hydrothermale Erz- und Minerallagerstätten

Der Übergang vom pegmatitischen / pneumatolytischen zum hydrothermalen Stadium ist fließend, da es pysikalisch-chemisch betrachtet, keine Unterschiede zwischen der Lösungsfähigkeit H2O-reicher Schmelzen, überkritischer Fluide oder unterkriticher Lösungen gibt. Die Unterschiede hängen von den Zustandsbedingungen Temperatur, Druck sowie Konzentratiion der leichtflüchtigen Komponenten in den betreffenden Systemem ab. Hydrothermal Lagerstätten entstehen in der Erdkruste in Form von

  • hydrothermalen Erz- und Mineralgängen
  • hydrothermalen Imprägnationen
  • hydrothermal-metasomatischen Verdrängungen

welche jedoch auch in Kombinationen auftreten können. Darüberhinaus gibt es hydrothermal gebildete Lagerstätten

  • am Meeresboden (submarin-exhalativ)
  • an der Erdoberfläche (subaerisch Produkte der Fumarolen oder Ausscheidungen von Thermalquellen

Einteilung der hydrothermalen Erzlagerstätten

Man unterscheidet zwischen intrakrustalen (Bildung in der Erdkruste) und epikrustalen (Bildung an der Erdoberfläche) Lagerstätten.

  • Intrakrustale Lagerstätten

    • Erz- und Mineralgänge als Gangfüllungen mit temperatur- und tiefenabhängigen Mineralparagenesen und Zonierungen (Au, Ag, Cu, Fe, As, Ni, U, Pb, Zn, Sn, Bi, Mn, Ba, F, Co...)
    • hydrothermale Imprägnationslagerstätten: Mineralisierung in Hohlräumen und auf Klüften (Cu, Mo, Au, Sn)
    • hydrothermale Brekzien-Typ-Lagerstätten: Brekzie, abgeschieden aus hydrothermalen Lösungen, meist die Folge einer hydrothermalen Fragmentierung (hydrothermale Brekziierung): IOCG und IOCG-U-lagerstätten
    • hydrothermal-metasomatische Verdrängungslagerstätten; meist in Kalken und Dolomiten; z.B. Mississippi-Valley-Typ(Fe, Mn, Pb, Zn, Hg, Mg)
  • Epikrustale Lagerstätten
  • Produkte der Fumarolen (Gas-Dampf-Exhalation an der Erdoberfläche mit HCl, SO2-Gas). Anreicherung von Salzen, Borsäure, Schwefel. Sinterbildung (Karbonat, Opal, Chalcedon/Achat)
  • VHMS-Lagerstätten, lagige Sulfiderzkörper in Vulkaniten nahe den Riftzonen (Fe, Cu, Pb, Zn...)
  • SHMS-Lagerstätten, an Sedimente gebunden ( Fe, Cu, Pb, Zn...) z.B. Rammelsberg

Literatur

  • Barnes, H. L.,1997; Geochemistry of Hydrothermal Ore Deposits, New York, John Wiley and Sons
  • Guilbert, J.M., Park, C.F.,1986; The Geology of Ore Deposits, Freeman, p. 302 ISBN 0-7167-1456-6
  • Lindgren,W., 1933, Mineral Deposits, McGraw Hill, 4th ed.
  • Okrusch, M., Matthes, S., 2005; Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, ISBN 3-540-23812-3.
  • Wimmenauer, W., 1985; Petrographie der magmatischen und metamorphen Gesteine. Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart. ISBN 3-432-94671-6, S. 345-346.


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