Spurenelementverteilung in hydrothermalem Magnetit

Hydrothermale Erzlagerstätten sind bedeutende geogene Ressourcen an Eisen sowie Bunt-, Edel-, und kritischen Metallen. Das Verständnis der komplexen Prozesse der Erzbildung erhöht die Möglichkeit, unerforschte geologische Zonen zu identifizieren, in denen möglicherweise noch unbekannte Erzvorkommen existieren. Das häufig vorkommende Erzmineral Magnetit ist zu einem wichtigen Untersuchungsobjekt bei der Suche nach neuen Erzlagerstätten geworden, da seine chemische Zusammensetzung ein sensitives Abbild von jenen Erzbildungsprozessen darstellt. Die Konzentration bestimmter Spurenmetalle in Magnetit kann Aufschluss über Temperatur, Druck und Chemie des Fluids aus dem das Mineral ausgefällt wurde geben - allerdings nur, wenn das Verhalten der Verteilung eines Metalls zwischen Flüssigkeit und Mineral unter verschiedenen Bedingungen bekannt ist. Dieses Grundlagenwissen fehlt jedoch weitestgehend, weshalb eine Untersuchung der mineralogisch-geochemischen Mechanismen und kontrollierenden Faktoren des Element-Einbaus in Magnetit in Bezug auf die Erzbildungsbedingungen dringend erforderlich ist. In diesem Projekt werden wir die Verteilung von Spurenmetallen im Mineral Magnetit aus einer heißen Lösung (hydrothermales Fluid), aus der Magnetit ausgefällt wird, untersuchen und quantifizieren. Der Forschungs-Ansatz ist dual, das heißt, wir gewinnen Daten aus perfekt kontrollierten, dennoch simplifizierten Laborexperimenten und komplexen natürlichen Erzproben. Dies ermöglicht ein wichtiges Informationsfeedback und eine Datenvalidierung beider Ansätze. Um die Verteilung von Spurenmetallen im Mikro- bis Nanomaßstab zu erfassen und die Spurenmetallchemie von Mineralien und Flüssigkeiten zu quantifizieren, wenden wir ein multianalytisches Programm an. Zu den Analysetechniken gehören modernste Elektronenstrahl-, Raman-, Röntgenstrahl-, und Laserablations-Mikroanalysen, die räumlich kontrollierte mineralogische und chemische Analysen von Mineralien und Flüssigkeiten ermöglichen (letztere sind als winzige Einschlüsse in Mineralien zu finden). Die gewonnenen Datensätze werden es Erdwissenschaftlern ermöglichen, aus der Magnetitchemie quantitative Indikationen der Erzgenese zu gewinnen und die Spurenelement-Anreicherungen eines bestimmten Erz-Fluids der Erdgeschichte (Paläofluid) abzuschätzen. Das Projekt kann zu einer wichtigen Studie in der hydrothermalen Erzgenese werden, da das experimentelle Verfahren den Weg für ähnliche Studien an anderen Mineralen und Fluiden ebnen kann. An diesem Projekt hauptsächlich beteiligte Forscher sind Dr. Thomas Angerer, PI bei GeoSphere Austria, ein/e Postdoc-Wissenschaftler/in bei GeoSphere Austria, Ao. Prof. Ronald Bakker und Prof. Frank Melcher, beide Co-PI an der Montanuniversität Leoben (Flüssigkeitseinschlüsse und Laserablations-Massenspektrometrie an Mineralen). Kooperierende Forscher sind Prof. Liane Benning und Dr. Vladimir Roddatis, GFZ (Transmissionselektronenmikroskopie), Max Wilke, Uni Potsdam (Synchrotron-Röntgenstrahlanalytik), Prof. Etienne Deloule, CRPG-CNRS (Sauerstoff-Isotopie), Dr. Tobias Fußwinkel, RWTH Aachen (Laserablations-Massenspektrometrie an Flüssigkeitseinschlüssen), Bastian Joachim-Mrosko (alternative experimentelle Setups), Prof. Robert Marschik, LMU München und Dr. Christin Kehrer, TU Freiberg (Forschungssammlungen). Dieses Projekt ist thematisch mit dem DFG-Sonderforschungsprogramm SPP 2238 Dynamik der Erzmetallanreicherung (DOME) verknüpft und Projektmitglieder werden in DOME Workshops und Konferenzen aktiv mit der Forschergruppe interagieren.