Ziel dieses Projekts ist es, die 176Lu-176Hf und 238U-230Th Methodik für die Anwendung an Evaporitmineralen (Karbonat, Anhydrit, Gips, Bassanit) zu entwickeln. In Kombination würden diese Methoden das gesamte zu erwartendene Alterspektrum in der Atacama Wüste abdecken (einige Zehntausend bis Zehnermillionen Jahre).
Unser Projekt zielt auf die Untersuchung der detaillierten Transportmechanismen von Erzmetallen inklusiver ihrer Aufstiegswege und Träger in akalinen porphyrisch-epithermalen Systemen. Die Studie fokussiert sich auf die Ladolam-Lagerstätte auf Lihir (Papua-Neuginea), die eine der größten und repräsentativsten Lagerstätten dieses Typs darstellt. Südlich von Lihir befindet sich ein junges, submarines Vulkanfeld, das als mögliches Analog zu einer Frühphase des Vulkansystems von Ladolam angesehen wird. Nur hier finden sich weniger entwickelte Gesteine und die Eruptionsbedingungen in >1 km Wassertiefe erlauben es den Metalltransport in magmatischen Sytemen zu studieren, die möglichst wenig durch magmatische Differentiation und Entgasung in flachen Krustenstockwerken beeinflusst sind. Epithermale Mineralisationen ähnlich zu Ladolam treten am Conical Seamount auf und Mantel- und Krustenxenolithe, die magmatische Prozesse von der Mantelquelle bis zur Eruption aufzeichnen, sind in den Laven des nahen Tubaf Seamounts häufig. Unser Forschungsprojekt fokussiert sich auf die detaillierte Rekonstruktion der thermobarometrischen Entwicklung während des Aufstiegs der Schmelzen und wie diese sich auf den Oxidationszustand sowie die Fähigkeit Metalle zu transportieren auswirkt. Hierfür planen wir mit einer grundlegenden petrologischen und geochemischen Charakterisierung der Gesteinsproben zu beginnen und diese mit hochauflösender Analyse von Volatilen und Spurenmetallen sowie Mikrothermobarometrie anhand von Fluid- und Glas-(vormals Schmelz-)einschlüssen zu kombinieren. Mit Hilfe dieser Daten wollen wir zu einem verbesserten Verständnis der Steuermechanismen für subvulkanische Intrusionen oder vulkanische Eruptionen in diesem speziellen Setting beitragen. Die Integration unserer Erkenntnisse zu den magmatischen Prozessen im Untergrund mit der Entwicklung der Silizium-untersättigten, hoch alkalinen Magmen, die nachweislich sehr fertil für die Entstehung ökonomisch relevanter porphyrischer Lagerstätten sind, ist daher von bedeutender Relevanz. Darüber hinaus werden unsere Abschätzungen zum lithostatischen Druck der Schmelzstagnation, der Aufstiegsraten, Eruptionsauslösern und möglicherweise zur Tiefe der Entmischung von Fluid und Schmelze als Datengrundlage direkt in das von PD Dr. Philipp Weis geführte Projekt zur Modellierung der physikalischen Bedingungen der Porphyrbildung in Ladolam eingehen. Weitere Anknüpfungspunkte innerhalb des SPP 2238 DOME ergeben sich zum Projekt von Dr. Andreas Audétat, das sich auf petrologische Experimente in Verbindung zu alkalinen Porphyren in kontinentalen Settings fokussiert.
Im Sb-Hg-Gürtel in SW Kirgisien befinden sich rund 10 größere und kleinere, z. T. im Weltmasssstab ökonomisch bedeutende Sb- oder Hg-Lagerstätten, die einige interessante mineralogische und geochemische Besonderheiten aufweisen. Manche dieser Lagerstätten enthalten beispielsweise überwiegend bis ausschließlich Stibnit als Erzmineral, manche überwiegend Zinnober und mehrere enthalten beide. Ob es sich dabei um einen Effekt von "Telescoping" handelt oder andere Ausfällungsmechnismen die Ursache darstellen, ist unklar. Auch weisen manche der Lagerstätten komplexe Hg-Sb-(Pb-Cu)-Sulfosalze auf (auch als ökonomisch wichtige Erzmassen), die möglicherweise Remobilisierungsprodukte der primären Erze mit späteren hydrothermalen Lösungen darstellen. Manche der Erze enthalten signifikante Goldgehalte, andere nicht. Schließlich ist Fluorit neben Quarz - im Gegensatz zu allen anderen weltweiten Vorkommen dieses Typs - eine wichtige Gangart. Der vorliegende Antrag untersucht mittels Mineraltexturen und Mineralchemie die Mineralabfolge und Bildungsbedingungen der Lagerstätten, mittels Flüssigkeitseinschlüssen die Art und Zusammensetzung der an der Bildung dieser Lagerstätten beteiligten hydrothermalen Lösungen, versucht die Herkunft und Bedeutung des Fluors für die Lagerstättenbildung abzuschätzen, untersucht vergleichend die Ausfällungsmechanismen für Sb, Hg und Au in verschiedenen Erzassoziationen über verschiedene Lagerstätten hinweg (district scale) und wird versuchen, auch mittels geochemischer Modellierungen ein Modell für die Entstehung der SW-kirgisischen Sb-Hg-Lagerstätten zu erarbeiten. Das Projekt ist eng mit dem Schwesterprojekt von Prof. Wagner (Aachen) verzahnt.
Molybdän (Mo) ist ein sogenanntes “High-Tech” Metall, das durch seine technologischen Anwendungen, z.B. als Schmiermittel, Katalysator, Heizelement oder als Bestandteil von sogenannten Super Alloys ökonomische Bedeutung erlangt hat. Es ist seit langer Zeit bekannt, dass Molybdänlagerstätten aus hydrothermalen Fluidsystemen tief in der Erdkruste gebildet werden. Allerdings ist nur wenig bekannt über die Struktur und die Zusammensetzung der erzbildenden wässrigen Fluide. Deswegen werden wir systematisch die Löslichkeiten von Mo-haltigen Mineralen in hydrothermalen Fluiden bei hohem Druck und hohen Temperaturen mit einer neuen experimentellen Apparatur und Synchrotronstrahlung untersuchen. Außerdem werden wir die Struktur der Fluide charakterisieren, indem wir die Stabilität von Mo-Komplexen in wässrigen Fluiden bei unterschiedlichen Drücken und Temperaturen, und aber auch in verschiedenen chemischen Zusammensetzungen, untersuchen.
Magmatisch-hydrothermale Prozesse bzw. Hochtemperaturfluide magmatischen Ursprungs (T > 400 °C) werden mit der Metallanreicherung in der Erdkruste in Verbindung gebracht. Dies schließt auch die Bildung von Cu-Au-Mo-Ag Porphyr, epithermalen, Sn-W-Mo Greisen oder Seltenerdelement- (REE-) Lagerstätten ein.Die Modellierung von magmatisch-hydrothermalen Prozessen und ihrer Rolle bei der Anreicherung von Cu, Au, Sn, W oder REE erfordert ein besseres Verständnis darüber, wie Metalle aus abkühlenden Magmakörpern extrahiert und später zu ihrem Lagerstättenhorizont/Erzhorizont/ihrer Lagerstätte transportiert werden. Dafür ist insbesondere eine Quantifizierung sowohl der ursprünglichen Zusammensetzung, als auch der Veränderungen durch Druck, Temperatur, pH oder Redoxbedingungen notwendig, da diese die ursprüngliche Zusammensetzung und die Eigenschaften der Fluidphase stark beeinflussen können (z. B. F- und B-Gehalt; Speziation von C und S usw.). Dies kann wiederum die Elementverteilung im Fluid bzw. der Schmelze, sowie den hydrothermalen Transport von Erzmetallen kontrollieren. Es wurden bereits erhebliche Anstrengungen unternommen, um Elementverteilung für Fluide bzw. Schmelzen, sowie die Löslichkeiten und Speziation bestimmter Metalle (Cu, Au, REE) zu beschreiben. Jedoch gibt es nur eine sehr geringe Zahl an Experimenten, die sich mit der Zusammensetzung der Volatilen Elemente oder der Stabilität von Metallkomplexen in F, B, P-reichen Fluiden im Zusammenhang mit der hydrothermalen Anreicherung von Sn, W und Mo auseinandersetzt. Dieser grundsätzliche Mangel an experimentellen Referenzdaten ist ein großes Hindernis für die Weiterentwicklung thermodynamischer Modelle zur Bildung von Adern- und Greisen (Sn, W, Mo) in Erzlagerstätten.Dieser Projekt möchte ein besseres Verständnis des Sn- und W-Transports in magmatisch-hydrothermalen Systemen durch neuartige experimentelle in-situ Ansätze zu entwickeln. Insbesondere schlage ich dazu die Installation eines neuen Raman-Setups an der WWU Münster für die Charakterisierung von Volatilen Element Speziationen in H2O-CO2-NaCl (+F, B, P, S) Fluiden bei bis zu 700 °C und 150 MPa vor. Zusätzliche in-situ Röntgenabsorptionsspektroskopie(XAS)-Messungen an den DESY- und ESRF-Synchrotrons werden verwendet, um die Auswirkungen von Fluidzusammensetzung, Druck und Temperatur auf Sn- und W-Hydrothermalkomplexe zu identifizieren.
Trotz intesiver Untersuchungen an Karbonatiten und assozierten Gesteinen (ultrabasisch, basisch, alkalin) durch verschiedene geologische Untersuchungsmethoden und Disziplinen ist ihre Genese und Evolution immer noch nicht verstanden. Mehr noch, es gibt keinen Konsens, was die kritischen Voraussetzungen und Prozesse sind, die zur Mobilisierung, zur Metall-Anreicherung und Erz-Bildung führen. Hiermit schlagen wir eine Studie vor, die petrologische, geochemische, geochronologische und auch experimentelle Untersuchungen kombiniert, um die frühesten Metallanreicherungs-Prozesse in magmatischen Karbonatiten und assozierten Gesteinen zu verstehen. Der Hauptfokus liegt darin, die Zusammensetzung der primären magmatischen Schmelzen zu untersuchen und ihre Veränderung mit der Zeit zu verstehen. Dies wollen wir erreichen, indem wir mehrere ultrabasisch-basisch-alkaline-karbonatititsche Komplexe (UBAK) der Kola-Halbinsel untersuchen, die eine klassische und gut untersuchte Region dieser Gesteinen darstellt. Insbesondere wollen wir Antwort auf folgende Fragestellungen finden:1) Die Entwicklung mit der Zeit, a) innerhalb der Kola-Halbinsel (gibt es eine zeitabhängige Intrusionsrichtung, durch einen plume ausgelöst?), b) innerhalb ausgewählter Karbonatit-Massive (gibt es einen Altersunterschied zwischen den frühesten und späten Schmelzen?). Wir werden dafür hoch-präzise Datierung an frühen Gesteinen (z.B. durch Datierung von Perovskiten aus Pyroxeniten) und an späten Schmelzen (z.B. Datierung von Baddeleit und Zirkon aus Phoskoriten und Karbonatiten) durchführen.2) Wie war die Zusammensetzung der frühen Schmelzen, die heute nur noch in Einschlüssen von Kumulat-Mineralen vorhanden sind? Untersuchungen an Einschlüssen von sehr früh gebildeten Mineralen (Perowskit, Olivin, Pyroxen) werden uns die chemische Zusammensetzung dieser Schmelzen und deren Bedingungen (P, T, X, fO2) liefern.3) Geochemische Entwicklung der Gesteine und Minerale: welche Minerale (bzw. deren verschiedene Generationen) konzentrieren SEE, Nb und andere potentielle Erz-Elemente? Welche Rolle spielen Kumulate für Fraktionierungs- und Anreicherungs-Prozesse? Wir werden Kathodolumineszenz an Dünnschliffen anwenden, um verschiedene Mineralgenerationen zu erkennen, aber auch Mineralchemie (LA-ICP-MS), Isotopen (Sr, Nd, Pb) für ausgewählte Minerale (z.B. Karbonate, Apatite, Perowskite).Die frühesten Gesteine (Olivinite, Pyroxenite) enthalten häufig Perowskit und werden als Kumulate interpretiert. Das Studium der Schmelzeinschlüsse der Perowskite wird uns die Zusammensetung der Schmelzen liefern, aus denen sie gebildet wurden. Diese Information hilft uns, die an Perowskiten bestimmten Alter diesen Schmelzen zuzuordnen. Andererseits werden geochemische Untersuchungen an früh gebildeten (Olivinite, Pyroxenite) und spät gebildeten Gesteinen (Phoskorite, Karbonatite) die Rolle von Fraktionierungen, Mischungen und Entmischungen für Erzanreicherungs-Prozesse in Schmelzen im Laufe der Zeit aufzeigen.
Wässrige Fluidphasen sind die bedeutendesten Transportmittel auf der Erde, und die reaktive Fluidströmung durch die Lithosphäre ist häufig für die Mobilisierung, den Transport und die Ausfällung von Metallen in Form wirtschaftlicher Anreicherungen verantwortlich. Der Stofftransport sowie die hydrodynamische Modellierung erfordern eine einheitliche und konsistente Grundlage für die thermochemischen und Transporteigenschaften der einzelnen Komponenten und dienen als Modell- oder Prozessparameter. Im Vergleich zu den flüssigkeitsähnlichen Fluiden mit hoher Dichte sind die thermodynamischen Daten für gelöste Stoffe in Fluiden mit niedriger Dichte viel fragmentarischer, inkonsistent, und es gibt keinen einheitlichen thermodynamischen Formalismus, um die Nahfeldwechselwirkung der Hydratisierung darzustellen und die Löslichkeit, Vertielung und Spezierung von Metallkomponenten zu interpretieren. Dieses Projekt wird ein neues thermodynamisches Modell und einen neuen Datensatz für wässrige Spezies in Flüssigkeiten mit niedriger Dichte entwickeln. Wir werden uns auf die Ableitung und Bewertung der wichtigsten Funktionsformen und Terme konzentrieren, die die variable Struktur und Komprimierbarkeit der Hydratationshülle darstellen. Die neue Zustandsgleichung wird anhand der verfügbaren experimentellen und molekulardynamischen Simulationsdaten für repräsentative gelöste Stoffe kalibriert. Dieser Ansatz wird die Kapazität von bisherigen thermodynamischen Modellen wesentlich erweitern, den Metalltransport in Flüssigkeiten mit niedriger Dichte prediktiv zu simulieren ermöglichen, und soll seine Aufwendung bei magmatischer Entgasung und in expandierenden oder siedelnden hydrothermalen und geothermalen Systemen finden.
In diesem Projekt soll die Speziation von seltenen Erden in hydrothermalen Fluiden mit molekularen Simulationsmethoden untersucht und quantifiziert werden. Aus den Simulationen werden Stabilitätskonstanten abgeleitet, die wichtige Parameter für die thermodynamische Modellierung der Bildung hydrothermaler Lagerstätten darstellen. Diese Parameter sind bislang weitgehend unbekannt oder wurden von Niedrigtemperatur-Experimenten mit großen Unsicherheiten extrapoliert. Insbesondere geben die Speziationsmodelle Auskunft darüber, unter welchen Bedingungen seltene Erden in hydrothermalen System mobilisiert (und konzentriert) werden. Methodisch sollen in diesem Projekt neue Wechselwirkungspotenziale entwickelt werden, die mit Algorithmen des maschinellen Lernens trainiert werden. Die neuen Potenziale werden in Molekulardynamik-Simulationen eingesetzt, wo sie durch ihre höhere Effizienz bei gleichbleibender Genauigkeit quantenmechanische ab initio Simulationen ersetzen können. Der Fokus der Untersuchungen liegt auf den Elementen Yttrium und Lanthan, die als Vertreter der schweren und leichten seltenen Erden dienen. Für die Komplexbildung sollen vor allem gemischte Chlorid/Fluorid-Hydroxid-Liganden als auch Sulfat- und Carbonat-Liganden untersucht werden.
Hydrothermale Erzlagerstätten stellen grosse Metallanreicherungen in der Erdkruste dar und die Bildung von weltweit bedeutenden Lagerstätten erfordert Extraktion von Metallen aus grossen Gesteinsvolumina, effizienten Transport durch hydrothermale Fluide und lokalisierte Metallabscheidung. Fluid-Mineral-Interaktionen sind hierbei wesentliche Prozesse, die zur Bildung von weltweit bedeutenden Lagerstätten wie magmatisch hydrothermale porphyrische Cu-Au-Mo und epithermale Ag-Au-As-Sb Lagerstätten, und sedimentgebundene Pb-Zn Lagerstätten. Geochemische Modellierung von Fluidprozessen ist eine wesentliche Methode, um konzeptionell neue Modelle für erzbildende hydrothermale Systeme zu entwickeln. Dies setzt robuste thermodynamische Daten voraus, um zuverlässig Metall- und Mineralöslichekeiten und Fluid-Mineral-Reaktionen zu simulieren. Das beantragte Projekt beinhaltet daher die Entwicklung eines intern-konsistenten thermodynamischen Modells für den hydrothermalen Transport von Pb-Zn Ag-Au-As-Sb, was unseren vorhandenen Datensatz wesentlich erweitern wird. Der neue Datensatz wird in numerischen Simulationen der für die Bildung von sedimentgebundenen Pb-Zn und epithermalen Ag-Au-As-Sb Lagerstätten kritischen Prozesse zur Anwendung kommen. Die Modellierung wird wichtige Fragestellungen zur Bildung weltweit bedeutender Lagerstätten-Typen beantworten, wie die relative Rolle von reduzierenden sauren und oxidierenden Fluiden in sedimentgebunden Pb-Zn Systemen, die Verbindung zwischen exhalativen und carbonatgebundenen Pb-Zn Lagerstätten, und die Bedeutung der Metalloide As und Sb für den hydrothermalen Transport von Cu, Pb, Zn, Ag und Au. Das Projekt besteht aus 3 Modulen, die gemeinsam zu einem fundamental besseren Verständnis der Bildung von hydrothermalen Pb-Zn und Ag-Au-As-Sb Lagerstätten führen werden. Modul A beinhaltet die Entwicklung eines intern-konsistenten thermodynamischen Modells für den hydrothermalen Transport von Pb-Zn-Ag-Au-As-Sb. Unter Anwendung einer neuen globalen Regressionsmethode werden alle Standard-Gibbsenergien der wässrigen Metallspezies aus kritisch ausgewählten experimentellen Löslichkeits- und Spektroskopie Daten simultan abgeleitet. In den Modulen B und C werden mittels geochemischer Modellierung mit der GEM3 Software die wesentlichen Prozesse simuliert, die zur Bildung von sedimentgebundenen Pb-Zn Lagerstätten und intrusionsgebundenen epithermalen Ag-Au-As-Sb Lagerstätten führen. Das Projekt wird wesentlich zu den Zielen des DOME Schwerpunktprogramms beitragen, durch Kooperation mit einem Partnerprojekt, das die Bildung epithermaler Lagerstätten untersucht, durch Erstellung des thermodynamischen Datensatzes, der für andere DOME-Projekte direkt anwendbar ist, und durch Modellierungsergebnisse, die unmittelbar in geländebasierten Studien anderer DOME Projekte getestet werden können.
Alkalimagmatische Systeme sind bekannt für ihr außergewöhnlich hohes Potential zur Fraktionierung und Anreicherung inkompatibler Elemente sowie Bildung von Lagerstätten seltener Metalle. Dabei besteht im Hinblick auf Art und Dynamik der Metallanreicherung Forschungsbedarf zur Rolle magmatischer Faktoren einschließlich der in unterkühlten und volatilienreichen Systemen stattfindenden Prozesse im Vergleich zur Rolle von Schmelz-Fluid-Wechselwirkungen. Bei letzteren haben Ligandenkonzentration und Entwicklung der Fluidzusammensetzung einen wesentlichen Einfluss auf den Magma-Fluid-Metalltransfer und fluidkontrollierten Metalltransport. Im finnischen Iivaara-Komplex, in dem der Dachbereich einer alkalimagmatischen Intrusion sowie die umgebende Fenitaureole aufgeschlossen sind und der in verschiedenen Bereichen eine Ti-dominierte Anreicherung der „high-field-strength-Elemente“ zeigt, ergeben sich optimale Bedingungen zur Untersuchung des Einflusses dieser Prozesse im hochthermalen Übergangsbereich von magmatischen zu hydrothermalen Systemen. Dabei wird die Untersuchung im Wesentlichen auf der unmittelbaren mikrothermometrischen und umfassenden chemischen in-situ-Analyse von Schmelz- und Flüssigkeitseinschlüssen aufbauen, die ein vollständiges Bild aller magmatischer und post-magmatischer Schmelzen und Fluide ergibt. Mit Hilfe nachweisstarker und hoch ortsauflösender Verfahren (Laserablations-ICP-Massenspektrometrie, Raman-Spektroskopie) werden „high-field-strength-Spurenelemente“ sowie ligandenbildende Volatilien (C, O, P, S, Cl, Br, I) erfasst. Chlorisotopensignaturen erlauben eine Differenzierung magmatischer, krustaler oder meteorischer Fluidquellen und werden durch Sekundärionen-Massenspektrometrie an Apatit bestimmt, der in allen Bereichen des Komplexes auftritt und als Produkt magmatischer Prozesse sowie von Fluid-Gesteins-Wechselwirkungen erkannt werden kann. Der hier generierte Datensatz wird genutzt, um die Anreicherung von „high-field-strength-Elementen“ im Dachbereich des als natürliches Labor dienenden Iivaara-Komplexes und damit auch die Rolle von magmatischen und Schmelz-Fluid-, bzw. Fluid-Gesteins-Wechselwirkungsprozessen zu unterscheiden und zu bewerten. Dieses Projekt adressiert damit Schlüsselforschungsfragen in Themenbereich A des SPP DOME und liefert gleichzeitig hilfreiche Rahmendaten für experimentell wie numerisch modellierend ausgerichtete Forschungsvorhaben des SPP.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 43 |
| Land | 4 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 41 |
| unbekannt | 4 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 2 |
| offen | 41 |
| unbekannt | 2 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 39 |
| Englisch | 31 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 1 |
| Keine | 11 |
| Webdienst | 1 |
| Webseite | 33 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 43 |
| Lebewesen und Lebensräume | 30 |
| Luft | 7 |
| Mensch und Umwelt | 45 |
| Wasser | 12 |
| Weitere | 45 |