3 - Geo TUM

Diplomvortrag Arbeitsgebiet
Milos, Griechenland
Beiträge von
Georg Nätscher und Maximilian Riehl
Betreuer: Dr. H.A. Gilg
Geologische Einführung und Stratigraphie
Stratigraphie der Insel Milos
Stratigraphie der Insel Milos
Stratigraphie der Insel Milos
• Bentonite
Hydrothermalsysteme
cvv
cvv
Nach Hedenquist et al., 1996
Untersuchung von Alunitkonkretionen im
epithermalen Umfeld der Kykladeninsel Milos
1.
Aufgaben- und Fragenstellung
2.
Was ist Alunit ?
3.
Analytische Methoden
4.
Ergebnisse der Alunituntersuchungen
5.
Zusammenfassung
Maximilian Riehl, Diplomvortrag 2008
1. Aufgaben und Fragestellung
2.1 Was ist Alunit – Definition
Hydratisiertes Kalium-Aluminum-Sulfat
Summenformel KAl3(SO4)2(OH)6
– Mischkristallsystem zwischen K und Na (Natroalunit)
– weiterer Kationen Austausch möglich , z.B. Al-Fe
– Minerale zusammengefaßt in Alunitgruppe
2.1 Bildungsbedingungen
• Bildungsmillieu:
– Verwitterung von sulfidhaltigen K-Al-reichen Gesteinen
– Hydrothermale Alteration
Bildungsbedingungen
– saures (pH: 2-3) und oxidierendes Milieu (H2SO4)
– aus Feldspäten und Glimmern
• Wofür wichtig?
– Indexmineral für saure Sulfat-Alteration (Au-Lagerstätten)
– mit K-Ar datierbar
2.2 Strukturmodell Alunit
• Gitterparameter:
Alunit
a = 6.98Å, c = 17.32Å
oder
Natroalunit
a = 6.97Å, c = 16.74Å
Zusammensetzung des
Mischkristalls mittels RDA
möglich
3. Analytische Methoden
• RDA (Röntgendiffraktometrie)
• Phasenbestimmung (TUM)
• Gitterparameterbestimmung (LMU)
• RFA (Röntgenfluoreszenzanalyse)
• Hauptelemente und Spurenelemente
• REM/EDX (Rasterelektronenmikroskop/
Enenergiedispersive Röntgenspektometrie)
4.0 Geländebeobachtungen
4.1 Phasenbestimmung mit XRD
(Pulverprobe)
4.1. Ergebnisse XRD AlunitKonkretionen
• Hauptkomponenten
– Alunit-Natroalunit Mischkristall
Ø 67 %, 98 – 26% Nebenanteil
– Halloysit, Kaolinit
Ø 16 %, 43-3%
– Opal, Quarz, Cristobalit
Ø 12 %, 22%-1%
• Akzessorien < 2 %
– Hämatit, Jarosit
4.1. Ergebnisse XRD Alunit-Matrix
• Hauptkomponenten
– Opal (amorphes Silika)
Ø 72,7 %, range: 99 – 54%
– Quarz, Cristobalit
• Nebenanteil
– Kaolin, Alunit-Natroalunit
Ø 15,8 %, range: 45-8%
• Akzessorien < 2%
– Hämatit / Anatas
4.2 RDA: Bestimmung des Na-Anteils
Für viele Mischkristallreihen gilt die Vegardsche Regel
Lineare Gesetzmäßigkeit zwischen den Gitterkonstanten und
der Mischkristallzusammensetzung (Mab)
Mab = aA(1 - XB) + aB . XB
4.2 Na/(Na+K) Bestimmung (XRD)
17,4
17,3
Parker, 1967
Stoffregen et. al.,1992
17,2
Alpers, 1992
c-Achse in Angström
17,1
Drouet et al., 2004
17
16,9
Manchetti 1976
16,8
Kubisz
16,7
XNa = (17.331-cmes)/0,635
16,6
Wang, 1965
16,5
0,1
0,2
0,3
Brophy, 1965
Kashkay
Nach Stoffregen et al.,1992
0
Podratz, 2006
0,4
0,5
XNa
0,6
0,7
0,8
0,9
1
17,4
17,3
Parker, 1967
Stoffregen et. al.,1992
17,2
Alpers, 1992
c-Achse in Angström
17,1
17
Drouet et al., 2004
Podratz, 2006
Manchetti 1976
16,9
Kubisz
16,8
Brophy, 1965
16,7
Kashkay
W ang, 1965
16,6
Riehl,2008
16,5
0
0,2
0,4
0,6
XNa
0,8
1
2µm
5µm
M004 ProfilA
5. REM-Aufnahmen
3µm
M023 Profil B
1µm
M020 ProfilB
4. REM/EDX Auswertung
4.3 Chemische Anomalie
Alunitkonkretionen aus Aspro Chorio sind nicht mit Cr mit angereichert.
T = 90°C
pH =1.5
1.3-3 µmol Cr
Nach Valsami-Jones et al, 2005
1cm
Photo:H.A. Gilg
6. Zusammenfassung
• Ca. 70% der Konkretionen bestehen aus AlunitNatroalunit
• Mischkristallzusammensetzung variiert zwischen
0.01 -0.6 XNa
• Bildungsort: phreatischer Bereich unter Beteiligung
von bereits oxidierten magmatischen Dämpfen
Hydrothermalsysteme
Danksagung
Ich möchte mich vielmals bei:
Katja Holzhauser, für die Hilfe bei der Probenaufbereitung und RDA
Messungen
Dipl. Ing Susanne Winter, ZWL Lauf für REM Aufnahmen und EDX Messungen
Dr. Julius Schneider, LMU, Sektion Kristallographie für die Hilfe bei der
Gitterparameterbestimmung
Dr. Heinrich Taubald, Universität Tübingen
Institut für Geowissenschaften, für die Anfertigung der RFA Analysen
…..und ihre Unterstützung und Tatkraft bedanken
Literaturverzeichnis:
•
Christidis, G.E., Scott, P.W., Marcopoulos, T. (1995): Origin of the bentonite deposits of eastern
Milos, Aegean, Greece: Geological, mineralogical and geochemical evidence.- Clay and Clay
Minerals, Vol. 43, No. 1, p. 63-77.
•
Decher, A. (1997): Bentonite der Insel Milos/Griechenland. Mineralogie, Geochemie und
Entstehung sowie ihre geotechnische Verwendung.- Aachener Geowissenschaftliche Beitr age,
Vol. 23.
•
Fytikas, M., Innocenti, P., Kolios, N., Manetti, P., Mazzuoli, R., Poli, G., Rita, F., Villari, L.
(1986): Volcanology and petrology of volcanic products from the island of Milos and neighboring
inlets.- Journal of Volcanology and Geothermal Research, Vol. 28, No. 3-4, p. 297-317.
•
Höller, H. (1967): Experimentelle Bildung yon Alunit-Jarosit durch die Einwirkung von
Schwefelsäure auf Mineralien und Gesteine.- Contributions to Mineralogy and Petrology, Vol. 15,
pp.302-329.
•
Kornprobst, J., Kienast, J-R, Vilminot, J-C. (1979): The High-Pressure Assemblages at Milos,
Greece. A Contribution to the Petrological Study of the Basement of the Cyclades Archipelago.Contributions to Mineralogy and Petrology, Vol. 69, pp.49-63.
•
Parker, R.L. (1962): Isomorphous subsitution in natural and synthetic alunite.- The American
Mineralogist, Vol. 47, pp 127-136.
Literaturverzeichnis:
•
Stoffregen, R.E., Alpers, C.N. (1992): Observations on the unit-cell dimensions, H2O contents,
and D values of natural and synthetic alunite.- The American Mineralogist, Vol. 77, pp. 10921098.
•
Stoffregen, R.E., Rye, R.O., Wassermann, M.D. (1994): Experimental studies of alunite: 18O16O and D-H fractionation factors between alunite and water at 250-450°C.- Geochimica et
Cosmochimica Acta, Vol. 58, No. 2, pp. 903-916.
Bestimmung der Kristallinität von
Kaolinit mit Hilfe von
Dimethylsulfoxid (DMSO)
Diplomvortrag von
Georg Nätscher
Juli 2008
Gliederung
1.
2.
3.
4.
5.
Kaolinit
- Struktur
- Kristallinität: Einflüsse und Bestimmung
Fragestellung
Einlagerung von DMSO
Eigene Versuche
- XRD und REM Untersuchungen
- Ergebnisse
Zusammenfassung
1.1 Kaolinit-Struktur
Oktaeder-Schicht
Tetraeder-Schicht
7,14 Ǻ
1.2 Kristallinität von Kaolinit
Beeinflussung durch:
•
Translationsfehlordnung:
Verschiebung einer
Zwischenschicht entlang der bAchse um ±nb/3
•
Substitutionsfehlordnung:
Austausch der Al3+-Ionen
durch Fe3+ -Ionen
Diagenetischer Kaolinit (120°C)
Gute Kristallinität
Georgia Kaolinit,
Verwitterungskaolin (20°C)
Schlechte Kristallinität
Abb.: Giese, R. F. (1988)
1.2 Kristallinitätsindex nach Hinckley
> 0,90 Hohe Kristallinität
0,50-0,90 Mittlere Kristallinität
< 0,50 Niedrige Kristallinität
Abb.: Hinckley, D. N. (1963)
1.2 Kaolinit und Cristobalit
R-2
1600
Cristobalit
1400
1200
Intensität
1000
800
600
400
200
0
19.000
20.000
21.000
22.000
° 2θ
23.000
24.000
25.000
26.000
2. Fragestellung
• Unterscheidung von Verwitterungs- und Hydrothermal
Kaolinit:
2. Fragestellung
Gelingt die Unterscheidung von Hydrothermal- und
Verwitterungskaolinen über die Bestimmung der
Kristallinität?
3. Einlagerung von DMSO
Abb.: Letaief S. & Detellier C. (2005)
4.1 DMSO-Einlagerung Probe SPC-0
7,14 Ǻ
Intensität
11 Ǻ
Textur
DMSO 2h
DMSO 24h
5
7
9
11
2°θ
13
15
4.2 DMSO-Einlagerung/Zeit
Intensitätsvergleich
1
0,8
16-6
I1/(I1+I2)
FUR-1
0,6
FUR-2
FUB
0,4
SPC-0
PK-0
0,2
0
0
50
100
Zeit (h)
150
200
4.3 Hinckley Index gegen Einlagerungsgrad
4.4 Hinckley Index Probe 16-6
Hinckley Index =
0,88
Mittlere
Kristallinität (?)
4.4 DMSO-Einlagerung Probe 16-6
7,14 Ǻ
11 Ǻ
Intensität
Textur
DMSO 2h
DMSO 24h
5
6
7
8
9
10
°2θ
11
12
13
14
15
5. Zusammenfassung
• DMSO-Einlagerungsgrad (24h) ist negativ
korreliert mit der Kristallinität
• DMSO-Einlagerungsmethode gut anwendbar
auf „unreine“ Proben
• Kürzere Einlagerungszeiten für Kaoline mit
geringer Kristallinität (Sedimentärer Bereich)
Ich bedanke mich herzlich bei:
• Frau Katja Holzhäuser für die Unterstützung
bei der Laborarbeit
• Dipl. Ing. Susanne Winter (ZWL-Lauf) für die
REM und EDX Aufnahmen
• Dr. Werner Häusler für das professionelle Fitten
einiger Röntgendiffraktogramme
Verwendete Literatur
• Brigatti, E. F., Galan, E. & Theng, B.K.G. (2006): Structures and
mineralogy of clay minerals. – In: Bergaya, F., Theng, B.K.G. &
Legaly, G. (2006) [ed.] Handbook of Clay Science, S. 26-33;
• DeLuca, S. & Slaughter, M. (1985): Existence of multiple kaolinite
phases and their relationship to disorder in kaolin minerals. –
American Mineralogist, 70 (1985), 149-158;
• Giese, R. F. (1988): Kaolin Minerals: Structures and stabilities. – In:
Bailey, S.W. (1988) [ed.] Hydrous phyllosilikates, S. 29-48;
• Letaief S. & Detellier C. (2006): Reactivity of kaolinite in ionic liquids.
– Journal of Materials Chemistry,15 (2005), 4734-4740;
• Ruiz Cruz, M. D. (2007): Genesis and evolution of the kaolin-group
minerals during the diagenesis and the beginning of metamorphism.
– In: Nieto, F. and Jiménez-Millán, J. (2007) [ed.] Diagenesis and
Low-Temperature Metamorphism. Theory, Methods and Regional
Aspects. Seminarios de la Sociedad Española de Mineralogía. 3, S
41-52;