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Rubrik: Science Life |
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Mittels Mikroproben Erzlagerstätten besser verstehen Die Golderzgräber der ETH | |
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Das Wort "Gold" klingt vielleicht nicht mehr so verlockend wie auch schon, doch bei den grundlegenden Prozessen, wie Metall-Lagerstätten entstehen, gibt es noch Klärungsbedarf. ETH-Forschende verstehen aufgrund neuer Studien jetzt besser, wie es zur Anreicherung von Metallen wie Kupfer und Gold kommt. Solche Resultate könnten bedeutend werden für das Auffinden neuer Erzlagerstätten und deren wirtschaftliche Ausbeutung. Von Christoph Meier Eine goldene Nase verdienen sie sich nicht, auch wenn sie den Edelmetall- und anderen Erzlagerstätten auf der Spur sind. Das ist auch nicht verwunderlich, denn die Proben, welche die ETH-Geologen der Gruppe von Prof. Christoph Heinrich, Werner Halter und Thomas Pettke, untersuchen, sind auch nur einige Tausendstelmillimeter gross. Die Forscher analysieren nämlich Schmelzeinschlüsse in magmatischen Gesteinen. Kürzlich ist es ihnen anhand von Proben aus der Kupfer-Gold-Mine Bajo de la Alumbrera in Argentinien gelungen zu zeigen, dass eine direkte Verbindung besteht zwischen dem Metallinhalt von Sulfid-Schmelzeinschlüssen und der Zusammensetzung von Erzlagerstätten. Erstmals in natürlichem System Da Konzentrationen und Zusammensetzung der Erze entscheidend sind für die Abbauwürdigkeit einer Lagerstätte, könnte sich die angewandte Methode eignen, um wirtschaftliche Minen aufzuspüren. Doch das eigentliche Ziel der Zürcher Forschung liegt nicht in einer direkten Anwendung, sondern im Verstehen, wie Lagerstätten entstehen. Werner Halter erachtet darum etwas anderes als das wichtigste in ihrer Science-Publikation (1) : "Wir konnten in einem natürlichen System zum ersten Mal zeigen, dass sich Metalle wie Kupfer oder Gold zuerst in den Sulfidanteilen des Magmas aufkonzentrieren, bevor sie in eine erzbildende Lösung übertragen werden." Bisher war die bevorzugte Anreicherung dieser Metalle in Sulfidphasen nur aus Laborversuchen bekannt.
Aufschlussreiche Einschlüsse Die Forscher schildern zum Verständnis auch den Vorgang bei der Entstehung einer Lagerstätte: Mehrere Kilometer unter der Erdoberfläche befänden sich in vulkanisch aktiven Gebieten Magmakammern. Diese geben pulsartig Magma in die darüberliegende Erdkruste ab und bilden so Vulkane oder Gesteinskörper, die in der Tiefe stecken bleiben, Intrusionen genannt. Im intrudierenden Magma befinden sich ebenfalls Kristalle, welche aus der Magmakammer mitgeschleppt wurden. Diese Kristalle enthalten sogenannte Schmelzeinschlüsse, in diesem Falle zwei unterschiedliche Typen, namentlich Sulfid- und Silikatschmelzen (an Schwefel-Eisen reiche und kieselsäurereiche Schmelzen). Solche Einschlüsse stellen eine nur wenige hundertstel Millimeter grosse, direkte Probe der Schmelzen in der Magmakammer dar. Somit geben sie Aufschluss über die chemische Zusammensetzung in der Magmakammer zu der Zeit, in der sich in der überliegenden Erdkruste die Lagerstätte gebildet hat. Die Zürcher Forscher fanden, dass in diesen Sulfid-Schmelzeinschlüssen die Metalle hochgradig angereichert sind, während die Silikatschmelze an Metallen verarmt ist. Daraus schliessen sie, dass die Metalle auch grossräumig bereits in der Magmakammer in einer Sulfidschmelze angereichert werden.
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Diese Sulfidschmelze wird dann durch eine später freigesetzte wässrige, salzreiche Flüssigkeit, das hydrothermale Fluid, in der gesamten Magmakammer aufgelöst. Beträchtliche Mengen an Metallen wie Kupfer und Gold reichern sich dadurch in diesem Fluid an. Solche Fluide steigen zusammen mit dem Magma auf und fällen nach Abkühlung und Wechselwirkungen mit dem umgebenden Gestein Metalle in einem hochkonzentrierten Erzkörper aus. Dieser erneute Schritt einer Anreicherung führt im Idealfall zu einer wirtschaftlich abbaubaren Kupfer-Gold Lagerstätte. Der dazu benötigte Anreicherungsgrad beträgt ein hundert- bis tausendfaches gegenüber dem Ausgangsmagma. Neue Analysemethode Damit Halter und Pettke die kleinen Einschlüsse überhaupt analysieren konnten, benötigten sie eine an der ETH Zürich entwickelte Analyse-Methode. Diese besteht zuerst aus einem hochenergetischen Ultraviolett-Laser-"Bohrer", der die Einschlüsse aufschiesst. Das Probenmaterial wird dann als kleinste Partikel in Gas schwebend direkt in ein induktiv gekoppeltes Plasma-Massenspektrometer überführt und analysiert. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass der gesamte chemische Inhalt der Einschlüsse untersucht werden kann und nicht nur lokale Ausschnitte davon wie mit anderen Methoden. Das kommt vor allem dann zum Tragen, wenn der Einschluss inhomogen ist. Die Richtigkeit der Resultate, getestet anhand unterschiedlicher Kontrollexperimente, erwies sich als sehr überzeugend. Die neue Methode erfordert noch weitere Entwicklungs- und Testarbeiten und hat über die Erdwissenschaften hinaus viele potentielle Anwendungen. "Ausser den beiden ETH-Gruppen von Prof. C. Heinrich und Prof. D. Günther hat weltweit momentan noch niemand das entsprechende Analysegerät und gleichzeitig die grosse Erfahrung in der Anwendung auf Einschlüsse in Mineralien", meint Pettke. Rohstoffe: Grundlage der Zivilisation Über das rein wissenschaftliche Interesse hinaus beschäftigt die Zürcher Forscher die globale Problematik mineralischer Rohstoffe. Obwohl sie sich bewusst sind, dass ihre Forschung finanziell (noch) keine Goldgrube darstellt, ärgert sie das weltweit mangelnde Bewusstsein für nicht erneuerbare Rohstoffe und deren gesellschaftlicher Bedeutung. Weil fast unsere gesamte Zivilisation auf Rohstoffen aufbaut, ist die Grundlagenforschung zur Geologie dieser Resourcen von langfristiger Bedeutung - ganz besonders auch für die Schweiz, die bei Rohstoffen vollständig vom Ausland abhängt. Dank technischem Know-how und dem Fokus auf geologischer Grundlagenforschung hofft die ETH einen wesentlichen Beitrag zur langfristigen Versorgung mit essentiellen Resourcen leisten zu können.
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