Sedimentäre erzbildende Prozesse - KIT
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Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe BIF (Itabirit), Musée d'histoire naturelle, Fribourg Sediment äre Sedimentäre erzbildende Prozesse Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Themengebiete Sedimentäre Lagerstätten = Anreicherung während/ in Folge der Ablagerung allochthone Lagerstätten - Anreicherung durch Transport (fließendes Wasser/ Wind) Steine u. Erden: Tone, Sande, Kiese, Konglomerate Metallerze (Seifen) autochthone Lagerstätten - Anreicherung vor Ort durch chemische/biologische Prozesse Präzipitate: Eisen-/Manganerze, Karbonate, Phosphate (residuale Ablagerungen: Laterite, Bauxite) organogene Ablagerungen : Kohle, Braunkohle, Ölschiefer (Sedimentär-exhalative Rohstoffe /SEDEX) - Anreicherung aus hydrothermalen Lösungen und Ablagerung mit Sedimenten nach Anreicherungsmechanismus - mechanisch, chemisch, biogen Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Seifenlagerstätten Seifenlagerstätten (placer deposits) Seifen: mechanische Anreicherung nutzbarer Schwerminerale durch Sortierungsprozess Voraussetzungen: mechanische/chemische Zerkleinerung des Wirtsgesteins chemische/mechanische Beständigkeit (u.a. Härte, schlechte Spaltbarkeit, geringere Löslichkeit, etc.) gegenüber Verwitterung und Transportabrieb höhere Dichte als umgebende Minerale Verfrachtung/ Transport der Wertminerale oder der Gangminerale (residuale Seifen) Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Seifenlagerstätten Einflussgrößen: Natur der Primärgesteine Primärgestein Mineral Mafische, ultramafische Gesteine PGE-Minerale Granitische Gesteine + Pegmatite Cassiterit, Monazit, Zircon, Rutil, Gold Syenite + Pegmatite Zircone, SE-Minerale Plateau Basalte Magnetit, Ilmenit Kimberlite Diamanten Hoch metamorphe Gesteine Gold, Rutil, Zirkon, Edelsteine MacDonald, 1983 Einflussgrößen: Dichte der Minerale Mineral Formel Spez. Dichte Härte Ablagerung Magnetit Fe3O4 5.2 5.3-6.3 Strandseife Ilmenit FeTiO3 4.5-5.0 5-6 Strandseife Rutil TiO2 4.2 6-6.5 Strandseife Monazit (Ce,La)PO4 4.9-5.0 5-5.5 Strandseife Zirkon ZrSiO4 4.6-4.7 7.5 Strandseife Diamant C 3.5 10 Strand, fluviatil, eluvial marin Leichte Schwerminerale (2.89 – 6.8 g/cm³) Schwere Schwerminerale (> 6.8 g/cm³) Gold Au 15..5-19.4 2.5-3 fluviatil, eluvial Platin Pt 14-19 4-4.5 fluviatil Cassiterit SnO2 6.8-7.1 6-7 eluvial, fluviatil, marin terrestrisch Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Seifenlagerstätten Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Seifenlagerstätten Einflussgrößen: Transport- und Ablagerungseigenschaften (Ausnahme residuale und eluviale Seifen) Hjulström Diagramm Zusammenhänge zwischen Transport und Ablagerung in Abhängigkeit der Korngröße des transportierten Materials und der Fließgeschwindigkeit des Wassers Robb, 2005 Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Seifenlagerstätten Einflussgrößen: Transport- und Ablagerungseigenschaften Transport-Sortierung = Trennung der Minerale während Transport Ablagerungsgeschwindigkeit ist Funktion der Dichte u. Durchmesser (Stoke‘sches Gesetz) hydraulische / Ablagerungs-Equivalenz: vereinigt Dichte und Partikelgröße Berücksichtigt nicht Form, Konzentration der Partikel, Hydraulik (turbulente Strömung), daher Zusätzlich zu berücksichtigen sind: Aufnahme-Äquivalenz chem.-min. Zusammensetzung Oberflächeneigenschaften hydraulische Bedingungen Rauheit/ Morphologie des Untergrunds Randbedinungen: Form des Flusslaufes, Pflanzenbewuchs, Wasserfälle, Morphologie etc. Weitere Einflussgrößen: Topographie, Klima, etc. Robb, 2005 Klassifikation von Seifenlagerstätten residuale Seifen In-situ-Anreicherung durch Verwitterung Verwitterungslagerstätten • eluviale Seifen Konzentration in einem sich bewegenden festen Medium (Lockerschuttmassen) • • • Flussseifen (alluvial) Strandseifen marine (offshore) Seifen • • äolische Seifen Konzentration in einem sich bewegenden flüssigen Medium (Wasser) Konzentration in einem sich bewegenden gasförmigen Medium (Luft) fossil Bildungsmechanismus oder Klassifizierung rezent Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Seifenlagerstätten Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse residuale und eluviale Seifenlagerstätten Residuale Seifen Rubinabbau in Kashmir Entstehung: infolge der Verwitterung und mechanischer Abfuhr der leichteren, wirtschaftlich nicht relevanten Komponenten (Verwitterungslagerstätten chemische Veränderung) bilden sich direkt auf anstehender Primärlagerstätte nur auf flacher Erdoberfläche Beispiele: Apatitlagerstätte in Finnland (Sokli) Eluviale Seifen Entstehung: Bodenfließen hangabwärts der primären Lagerstätte Schwerminerale sammeln sich am Hang, leichte Komponenten werden durch Wasser abgeführt/ ausgeblasen Anreicherung infolge von Volumenreduzierung keine aktive mechanische Aufbereitung stark abhängig von Klima und Relief Beispiele: - Cassiteritlagerstätten in Malaysia - Diamantlagerstätten in Bakwanga, Kongo Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse fluviatile Seifenlagerstätten Fluviatile/ alluviale Seifen wirtschaftlich wichtigster Seifenlagerstättentyp Entstehung: meist im Mittellauf von aktiven Gewässerläufen; in Bereichen, wo sich die hydraulischen Bedingungen (Strömungsgeschwindigkeit, Sedimentfallen) ändern tektonisch aktive Gebiete (Hebungsprozesse begünstigen die Abtragung) auch auf älteren Flussterrassen anzutreffen (hier vor Abtragung geschützt) Auch Lösungs- und Fällungsreaktionen (z.B. Gold) oft mehrfache Aufbereitung der Seifen Diamantabbau in Sierra Leone Gold Nugget Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Seifenlagerstätten Übersicht über die verschiedenen Seifentypen in einem Flusstal Pohl, 2005 Schnitt durch ein Flusstal nahe einer primären Lagerstätte Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse fluviatile Seifenlagerstätten Bildungsorte fluviatiler Seifenlagerstätten (Sedimentfallen) plötzliche Änderung der Fliessgeschwindigkeit Skript H.-G. Stosch Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse fluviatile Seifenlagerstätten Diamant Seifenlagerstätten des Orange River, Südafrika/Namibia Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse fluviatile Seifenlagerstätten Diamant Seifenlagerstätten des Orange River, Südafrika/Namibia Im Oberlauf sind die Diamanten v.a. dort abgelagert, wo der Fluss über harte Gesteine fließt. Hier bilden sich vermehrt Fallen, wie z.B. Kolke Im Unterlauf sind sie in kiesigen Terrassen zu finden, abgelagert in ehemaligen Flussläufen Bis zu 5 Terrassen können identifiziert werden 97% Edelsteinqualität, 0.85 -1.30 Karat Höchste Konzentrationen im tiefsten Bereich des Kiesprofils Robb, 2005 Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Seifenlagerstätten Alluviale PlatinSeifen-Lagerstätte Wirtsgestein: Gabbro-DunitKlinopyroxen-Komplex primär schon abbauwürdig gediegen oder an Fe-Minerale Weitere Beispiele Zinn: - Kinta Valley, Malaysia; - Brasilien Uran: - Elliot Lake (Blind River Delta), Ontario, Kanada (+Th,Ti; fossil) Gold: - Klondike/ Yukon, Canada - Fairbanks, Alaska - Jenissei/Lena, Russland Levtyrinvayam Fluss, Koryak, Kamtschatka Gold im Witwatersrandgebiet Schuttfächer Guilbert & Park, 1986 Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Fossile Seifen Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Fossile Seifen Gold im Witwatersrandgebiet Ø Gehalt: 7 g Au/t Abbau: 52,000 t bis 2004 (40 % der globalen Produktion) West Wits Gold field (Western Deep Levels Mine): • (2-4): Transvaal Supergroup • (5-9): Witwatersrand Supergroup • Gold in M1: Ventersdorp Contact Reef M2: Carbon Leader Reef (less gold) Laznicka, 2006 Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Strand Seifen Strandseifen rel. dünne linsenförmige, streifenartige oft ausgedehnte Schichten mit scharfe Untergrenze und inverser Gradierung beim Rückfließen der Brandung wird die oberste Sandlage in Suspension gebracht innerhalb dessen die kleinen Teilchen mit rel. hohe Dichte auf den Grund der Lage sinken. Die darüber liegende, schwermineralarme Fraktion wird von der nächsten Welle fortgespült. • Meist im Brandungsbereich von morphologisch stabilen Küsten (wenig Erosion und Sedimentation). Oft auch Anreicherung durch Wind. • Entstehung: Wellen bringen Material an den Strand, zurückziehende Welle nimmt nur die leichteren Körner wieder mit, die dann durch Küstenströmung abtransportiert werden Anreicherung der Schwerminerale an den Stränden Liefergebiet: Flüsse, Gesteine im Küstenbereich oder am Meeresboden (präkambrische Metamorphite, Magmatite) weitere Einflussfaktoren: Stürme, laterale Strömungen, Gezeiten inverse Gradierung http://www.pitt.edu/~cejones/GeoImages/5SedimentaryRoc ks/SedStructures/GradedBedding.html Monazit Wertminerale: Cassiterit, Diamant, Gold, Ilmenit, Magnetit, Monazit, Rutil, Xenotim, Zirkon Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Strand Seifen Fossile Strandseifen Konservierung durch • Meeresspiegelschwankungen (überschwemmt/ trockengelegt) • Landhebung (aus dem Einfluss der Brandung gehoben) • Strandwachstum Aus überschwemmten Strandseifen entstehen marine (offshore) Seifen Nach Selley, 1976 in Evans, 1992 Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Fossile Strand-Seifenlagerstätten Beispiele: • Zirkonlagerstätte: Yoganup, Eucla Becken, Australien • Monazitlagerstätten: vor Ostküste Indiens • Titanlagerstätten: Südafrika (Richards Bay, St. Lucia) • Diamantlagerstätten: Namibia • Eucla Becken, Australien: - Zirkon - Ilmenit - Rutil - Leucoxen Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Marine und äolische Seifenlagerstätten Marine (offshore) Seifen (Küstenferne Lagerstätten) meistens innerhalb von ca. 5 km vom Strand Entstehung: Überflutung von alluvialen Seifen oder Strandseifen (ertrunkene Seifen) durch Unterwasserströmungen Beispiele: Diamantlagerstätten (Diamond Area I) vor Namibia Zinnlagerstätten (Bangka Island) vor Indonesien Äolische Seifen Entstehung: Aufbereitung von Strandseifen durch Windsichtung Beispiele: Diamantlagerstätten in Namibia (Diamond Area II) Titanomagnetit-Lagerstätte (Taharoa) in Neuseeland Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Autochthone Lagerstätten Autochthone Eisenund Manganerzlagerstätten BIF, Temagami greenstone belt in Ontario, Kanada, Alter: 2.7 Mrd. Jahre Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Autochthone Lagerstätten Autochthone Eisen- und Manganerzlagerstätten Großteil der weltweiten Ressourcen an Fe und Mn sind sedimentär gebildet entstehen in Folge chemisch/biologischer Prozesse meist in marinen/ flachmarinen Bereichen entscheidende Einflussfaktoren: Redox-Verhältnisse (Eh-Wert) pH-Wert Klima (humid/arid) Atmosphäre Mikrobiologie Jaspilit (BIF) Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Banded Iron Formation Banded Iron Formation (BIF) Allgemeine Charakteristika Synonyme: Itabirit (metamorph überprägt, Brasilien) Jaspilit (gering metamorph, sehr feinkörnig) Taconit (Magnetit-BIF, USA) Specularit (Spiegelerz), Canga (sekundär angereichertes, blockiges Erz) stratiform, flächenmäßig z.T. sehr ausgedehnt (10-100*103 km2) und mehrere zehn Meter mächtig; oft deformiert, fein geschichtet (< 3 cm), laminiert (< 1 mm) Wechsellagerung von Fe-Mineralen und Quarz (Chert) Erzminerale: vorwiegend Hämatit, < Magnetit, Siderit, z.T. Fe-Silikate, sekundär Limonit, Martit hoher Fe-Gehalt (Anreicherung durch Auslösung von Chert >30 - 60%) Alter: Spätarchaikum – Paläoproterozoikum (Kratone) (Blüte: 3.5-3.0; 2.5-2.0; 1.0-0.5 Ga) Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Banded Iron Formation Entstehung: aus sauerstoffarmem Ozean und sauerstofffreier Atmosphäre Herkunft von Fe und Si im Ozean: • starke Verwitterung auf dem Kontinent • Verwitterung von submariner Lava (jedoch zu große Mächtigkeiten) • HT: SEE-Muster deutet auf abklingende submarine vulkanische Tätigkeit hin (von Algoma- zu Rapitan-Typ) Transport und Fällungsmechanismus von Fe-Mineralen und Quarz • Transport vom Kontinent als Bikarbonat-Komplex (kann nur Fe, nicht aber Al) erklärt die niedrigen Al-Gehalte • upwelling-system im Ozean • Fällung: oxidativ, an der Grenzfläche zwischen reduzierenden Tiefenwässern und oxischen oberflächennahen Wässern - O2 Produktion von photosynthetisierenden Mikroorganismen - Photo-Oxidation Bänderung des Erzes • Saisonale Anlieferung von Si (trockene) und Fe (Regenzeiten) • Änderung der Zusammensetzung vulkanischer Emanationen Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Banded Iron Formation Modell zur Erklärung der Bildungsbedingungen von BIFs aufgrund von Upwelling und Oxidation von Fe(II) mariner Herkunft Robb, 2005 Gelöstes Fe(II) und Si Fe aus vulkanischen Emanationen Upwellingsysteme in Proterozoikum < O2 in der Atmosphäre reduzierende Ozeane; Abwesenheit von Al und Silikate Chemisches Prezipitat Oxidation und Ausfällung von Fe an einem diffusen Redoxinterface Oberflächennahe O2 –Bildung UV-Strahlung induzierte photo-oxidation / photosynthetisierende Bakterien Laterale Zonalität Siderit – Magnetit - Hämatit Bänderung Fe: - diurnale/ saisonale Variationen in mikrobiologischer Aktivität oder - periodische Exhalation von Fe durch vulkanische Tätigkeit Si: - kein Verbrauch durch Organismen Anreicherung durch Evaporation/ period.Fällung Faziestypen: Oxidisch - Hämatit und Magnetit, zunehmend reduzierend Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Banded Iron Formation selten auch Karbonate - Flachwasserbildung - Fe-Gehalt: 30 - 35% Karbonatisch - Siderit - bildet sich eher in Hanglage Silikatisch - Eisensilikate (Greenalit, Chamosit, Stilpnomelan), alternierend mit Magnetit und Siderit - Fe-Gehalt: 25 - 30% Sulfidisch - pyritführend (37%), organikreich (7 - 8%) - Bildung unter anoxischen Bedingungen Robb, 2005 Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Banded Iron Formation Übersicht über die Bildungsmilieus und zeitliche Einordnung der drei BIF-Typen • Algoma • Superior • Rapitan Robb, 2005 Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Banded Iron Formation BIF: Algoma-Typ Vorkommen: archaische Inselbögen, Greenstone Belts (3.5-3.0 Ga) Vergesellschaftung mit Grauwacken und Vulkaniten Fe wahrscheinlich vulkanischer Herkunft oxidische (vorwiegend Magnetit), karbonatische, sulfidische Fazies geringe Ausdehnung geringe wirtschaftliche Relevanz Beispiel: Abitabi Greenstone Belt, Kanada Pohl, 2005 Stratigraphisches Profil durch das MichipicotinBecken, Kanada Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Banded Iron Formation BIF: Superior-Typ Entstehung: in Schelfgebieten; flache epikontinentale Becken während Transgressionsphasen, diskordant über Grundgebirge kein direkter vulkanischer Einfluss Vergesellschaftung mit Quarziten, Schwarzschiefer, Konglomeraten, Dolomiten, Tonen etc. dünn gebändert, v.a. oxidische, karbonatische, silikatische Fazies Fe2O3/SiO2 = 0.98 – 1.26 höhere Gehalte durch sekundäre Anreicherungsprozesse großflächige Ausdehnung (10-100 m x hunderte km) größte wirtschaftliche Relevanz Ablagerung v.a. im Proterozoikum (2500 – 2000 Ma) BIF, Kuruman Südafrika Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Banded Iron Formation Superior Type Fe-Lagerstätten, Beispiele Lake Superior Iron Province, USA (70 bt/26% Fe) • namensgebende Provinz für den Superior-Typ • ~ 220.000 km², gebildet vor 2.2 – 1.85 Ga • wichtigste Regionen: Mesabi Range (12.9 bt Fe), Marquett Range (11.75 bt), Gogebic Range (170 mt) Hamersley Province, Australien (5.2 bt/22.5% Fe) Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais, Brasilien (Itabirit; 150 bt/40% Fe) Krivoi Rog Becken, Ukraine (> 100 bt/25% Fe) bt= 1012 t Mesabi Range Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Banded Iron Formation BIF: Rapitan-Typ Vergesellschaftung mit eiszeitlichen Ablagerungen Ausfällung unter eisbedeckten Meeren („Snowball Earth“) Lösung von Fe durch stagnierende Bedingungen im Glazial Ausfällung in Interglazialen Ablagerung: 800 – 600 Ma (Neoproterozoikum) geringe wirtschaftliche Relevanz Beispiel: Braemar ironstone Facies; Nahe Adelaide, Australien (magnetit-reich) BIF, Ishpeming, Michigan, USA Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Oolitische Eisenerze Oolithische Eisenerze (Bohnerz, Trümmereisenerz, „iron stones“) Bedeutung • zur Zeit der Industrialisierung wichtigste Fe-Quelle (England, Elsass-Lothringen); • heute geringe wirtschaftliche Relevanz (< Fe-Gehalt, Verunreinigungen, kleinflächig) Bohnerz, Lothringen, Merkmale: Ooide: meist in Matrix aus Quarz, Karbonat, Hämatit, Siderit etc. Si nicht als Chert, sondern als Fe-reiche Silikate Minerale: - Hämatit (=Blutstein, Eisenglanz, Specularit, Iserin, Roteisenstein/ -erz, Rötel) - Limonit (Brauneisenerz, -stein): Gemisch aus Goethit, Lepidokrokit, Fe-Ox-Hx keine Fazies-Zonierung wie bei BIF stratiform, kleinflächig (Ausnahme: z.B. sibirisches Becken: 300 mt mit 39% Fe), Entstehung: direkte chemische/ biochemische Ausfällung in bewegtem Wasser Herkunft des Fe: synsedimentäre Zufuhr (Fe2+ oder kolloidal) entweder kontinental aus Verwitterung oder versunkenem Laterit Ablagerung im Flachwasserbereich (Schelf, Inlandmeere etc.) während bedeutenden marinen Transgressionsphasen Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Oolitische Eisenerze Minette-Typ Vorkommen: Mesozoische Schelfsedimente (Lias, Malm) oft in Verbindung mit Schwarzschiefern Minerale: oolitisch ausgebildete Chamosit, Goethit, Limonit, Glauconit, Siderit in tonig-mergeliger Matrix (Bohnerze: Fe 30%, SiO2 >20%, CaO 5-20%, rel. P-reich) Beispiele Lothringen, Luxemburg (ca. 6*109 t Erz, stillgelegt) Salzgitter (Schacht Konrad), Harzvorland, BRD (Eisentrümmererz: marine Seifen?) West-Sibirischer Becken Laznicka, 2006 Minette –Typ in Dudelange-Tétange, Luxemburg; (M: Minette-Erz: Goethit, Hämetit, Leptochlorite) Robb, 2005 Modell zur Entstehung von oolitischen Fe-Erzen Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Oolitische Eisenerze Clinton-Typ Kambrium bis Devon des nördlichen USA Minerale: Hämatit, Chamosit, Siderit Chemismus: Fe: 40 - 50%, relativ hohe Gehalte an Al und P Beispiele Kentucky, Alabama, USA Wabana, Neufundland, Kanada Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Marin-sedimentäre Mn-Lagerstätten Marin-sedimentäre Mn- Lagerstätten Charakteristika wichtigster Mn-Lagerstättentyp weltweit Stratimforme Ablagerungen (<50 m X <50 km): pisolitisch-oolitisch, lamellarisch Schelf (ästuarin oder flachmarin), intrakontinentale Becken, Randbereich von Kratonen als transgressive Abfolgen in Wechsellagerung mit Dolomit, Kalkstein, Schieferton, Tone etc. Manchmal assoziiert mit BIF, Barit, Phosphorit Fazies: Oxisch (küstennah): Manganit (MnOOH), Pyrolusit (MnO2), Psilomelan (Oxid-Mischung), Karbonatisch (landfern): Rhodochrosit (MnCO3), Kutnohorite [Ca(Mn,Mg,Fe2+)(CO3)2], Manganocalcit (Mn,Ca)CO3 hochgradige Erze: 37-52% Mn, oft supergen angereichert. Breite Ablagerungsalter: Proterozoikum, Jura, Kreide Kalahari Manganfeld, Südafrika Pisolitisches Mn-Erz Groote Eylandt, AUS Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Marin-sedimentäre Mn-Lagerstätten Entstehung Marin-sedimentäre Mn- Lagerstätten ähnlich den BIF oder oolitischen Fe-Erzen: Lösung des Mn in anoxischen Becken und landnahe Fällung (Schelfbereich) durch Mischung und Oxidation, bei niedrigen Sedimentationsraten Mn ist Fe chemisch sehr ähnlich, aber Fe wird leichter (bei niedrigerem Eh) oxidiert Quelle: aus kontinent. Verwitterung; Alteration ozean. Kruste oder hydrothermal/ vulkanisch Oolite: primär auf dem Land gebildet und eingeschwemmt oder Trennung von Fe und Mn: im Herkunftsgebiet oder während der Diagenese. Faktoren: • Eh-pH Stabilität / Löslichkeit - bei <Eh, Fe entfernt als Pyrit, - Mn noch in Lösung bei pH um 6-7, Fe wird bereits bei viel < Eh oxidiert/ entfernt • Ionenpotential - da fMn<fFe, Mn wird vor Fe gelöst (Trennung bereits im Herkunftsgebiet) • Konzentration - Thermalquellen: [Mn]>[Fe], da Fe bereits ausgeschieden Fe Mn Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Sedimentäre Mn-Lagerstätten Rezentes Analogon: Schwarzes Meer >200 m euxinisch - Pyritfällung entfernt Fe aus der Wassersäule, Mn bleibt gelöst - Mn2+ reichert sich in tieferem, anoxischem Wasser an <200 m oxisch Mn fällt als Pyrolusit aus, löst sich jedoch beim Absinken wieder auf Liegt die Redoxgrenze im Flachwasserbereich, bleiben die Mn-Oxide erhalten! höchste Anreicherung Minimale Verdünnung durch klastische Sedimentation Robb, 2005 Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Marin-sedimentäre Mn-Lagerstätten Kalahari Manganfeld, Südafrika Transvaal-Becken, präkambrisch größte sedimentäre Mn-Lagerstätte auf dem Festland (>1000 m²) 22 Mn-Lagen, in 3 Zyklen abgelagert Unterlagert von BIF (Superior-Typ); Übergang in Ovoide, Braunit und Kutnohorite 80% der Weltressourcen (4,194 mt /31%) hydrothermale Überprägung führt zu zusätzlicher Anreicherung (20 - 80% Mn) Weitere Beispiele Nikopol, Ukraine Groote Eylandt, Nord-Australien Molango, Mexico (Rhodocrosit) Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Mangan-Knollen Mangan-Knollen der Tiefsee Charakteristika: ovoidal/ kartoffelförmig (Ø 1 - 10 cm), Wachstum: 1-6 mm/Ma, schaliger Aufbau um Kern klastisch/biogenen Ursprungs Hauptminerale: Todorokit (mit Ca, Mg), Birnessit (mit Na), Vernadit (Fe, Ca, Mg) Mn-Gehalt: < 35%; relativ hohe Konzentrationen an Ni (<1.6%), Cu (<1.2%,) Co (<1.0%) (abbauwürdig) Entstehung: an Kontinentalhängen oder nahe dem Mittelozeanischen Rücken (MOR), unterhalb der CCD, geringe Sedimentationsraten gelöstes Mn2+ wird durch O2 in kaltem Tiefenwasser oxidiert (evt. bakteriell), zuerst als Gel, dann Diagenese Mn-Quelle: HT/ vulkanische Exhalationen, Verwitterung, Formations-/Porenwässer, Auflösung von karbonatischen Kalkschalen Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Mangan-Knollen Verbreitung von Mangan-Knollen in der Tiefsee Wt% Mn 25 Fe 7 Ni 1.1 Cu 1.1 Co 0.2 Zn 0.1 Beispiel • Pazifik, W von Mexiko (Clarion & Clipperton Bruchzone, 5000-6000m) 5.76 bt Mn, 240 mt Ni, 180 mt Cu Möglichkeiten der Offshore-Diamantgewinnung Berner/Eiche - Entstehungsprozesse mineralischer Rohstoffe - Sedimentäre Prozesse Marine Seifenlagerstätten
