DFG-SPP 2238 „Dynamik der Erzmetallanreicherung“ (DOME: Dynamics of Ore Metals Enrichment)
Beschreibung:
Die Bildung wirtschaftlich nutzbarer Lagerstätten erfordert in der Regel eine 1000-fache Anreicherung von Metallen in räumlich begrenzten Erzkörpern. Das DFG-Schwerpunktprogramm (SPP) „Dynamik der Erzmetallanreicherung“ (DOME: Dynamics of Ore Metals Enrichment) zielt darauf ab, die grundlegenden Entstehungsprozesse zu verstehen, um effizientere und nachhaltigere Wege zu entwickeln, die künftige Metallversorgung sicherzustellen. Substitution und Recycling spielen im "Ressourcen-Mix" eine immer größere Rolle. In naher Zukunft wird jedoch die Nachfrage nach Primärressourcen für viele Metalle steigen, insbesondere zur Unterstützung von Technologien, die für die Energiewende benötigt werden. Die Projekte kombinieren Feldstudien zur Erzbildung, Laborexperimente zu physikalischen und chemischen Eigenschaften, die für Metalltransport und –ablagerung relevant sind, sowie thermisch-mechanische Modellierungen zur Umsetzung dieser Ergebnisse in überprüfbare geologische Modelle (siehe https://www.uni-potsdam.de/en/spp2238/).
DOME wird an der Universität Potsdam von Prof. Max Wilke gemeinsam mit einem Komittee aus Wissenschaftlern von deutschen Universitäten (Freiburg und Münster) und aus der Sektion 3.1 des GFZ Potsdam (Sarah Gleeson, Robert Trumbull, Philipp Weis) koordiert. Die Sektion 3.1 ist auch in neun individuellen Projekten innerhalb des DOME-SPP involviert:
Beschreibung:
Das Forschungsprojekt wird den Ursprung und die Genese der lagerstättenbildenden Fluide und die Enstehungsprozesse der riesigen („world-class“) Neves Corvo Mine in Portugal anhand von Fluid- und Schmelzeinschlüssen in Kombination mit numerischen Modellierungen untersuchen. Die Neves Corvo Lagerstätte ist eine der führenden Produzenten von Cu- und Zn-Konzentraten innerhalb der Europäischen Union. Sie sticht aus den Lagerstätten des Iberischen Pyritgürtels durch ihre Größe, Cu-Zn-Gehalte und -Tonnagen sowie dem Vorkommen von beträchtlichen Sn-Mineralisationen heraus. Die Assoziation der Lagersätte mit Schwarzschiefersedimenten und Metavulkaniten und die Komplexität der räumlich zonierten Metallvorkommen erschweren die Interpretationen zur Entstehung der Mineralisation. Das Ziel dieser integrierten Studie ist das Verständnis der wichtigsten chemischen und physikalischen Prozesse für die Metallanreicherung sowie der günstigsten geodyamischen Bedingungen, die einen für die Bildung solch einer riesigen Lagerstätte notwendigen Wärme- und Fluidflüsse gewährleisten können.
Projektinformationen:
Projektlaufzeit: 2021 - 2025
Finanzierung: DFG
PIs: Prof. Sarah Gleeson, Dr. Robert Trumbull, Dr. Philipp Weis
Link: https://www.uni-potsdam.de/en/spp2238/
Beschreibung:
In diesem Projekt geht es um das Verständnis der Bildung von Erzlagerstätten, die mit Graniten und Pegmatiten assoziiert sind, insbesondere welche Rolle der magmatisch-hydrothermaler Übergang hierbei spielt. Theoretische und empirische Studien deuten auf eine signifikante Verschiebung der Bor-Isotopenverhältnisse bei diesem Prozess hin. Weil Bor-haltige Minerale wie Turmalin und Hellglimmer in natürlichen Erzvorkommen weit verbreitet sind, können deren Bor-Isotopenverhältnisse als Indikatoren für den magmatisch-hydrothermalen Übergang dienen. Zur Validierung dieser Idee fehlen allerdings Informationen über das Maß der B-Isotopen Fraktionierung zwischen granitischen Schmelzen und wässrigen Fluiden. In diesem Projekt soll diese Isotopenfraktionierung experimentell bestimmt werden.
Projektinformationen:
Projektlaufzeit: 2020 - 2022
Finanzierung: DFG
PIs: Dr. Robert Trumbull, Dr. Bernd Wunder (3.6), Prof. Max Wilke (Uni Potsdam), Prof. Sandro Jahn (Uni Köln)
Beschreibung:
Zukünftige Explorationen für metallische Ressourcen werden auf größere Tiefen und untermeerische Bereiche abzielen, was kostspielig und technisch herausfordend ist. Für diese Entwicklung benötigen wir belastbare Vorhersagemodelle, welche die entscheidenden Prozesse innerhalb ganzer lagerstättenbildender Systeme abbilden können. Magmatisch-hydrothermale Lagerstätten bilden unsere größten Ressourcen für Cu, Mo, Sn und W und entstehen durch Fluidentmischung aus magmatischen Intrusionen in ein Hydrothermalsystem im Umgebungsgestein. Das Potential, riesige („world-class“) Lagerstätten bilden zu können, hängt wesentlich von Fluidflüssen über diese magmatisch-hydrothermale Grenzschicht hinweg ab, welche jedoch die größte Unbekannte in unserem derzeitigen Verständnis dieser Lagerstätten darstellten und bislang in numerischen Simulationen lediglich parameterisiert werden können. Um diese Grenzprozesse abbilden zu können, benötigt es einen neuen Modellieransatz mit einem Kontinuum, das über die Tiefenbereiche von Hydrothermalsystemen hinaus reicht und die Lücke zwischen Fluidfluss und Magmadynamik überbrückt. Außerdem simuliert das Modell dynamische Permeabitätsänderungen und fokussiertes Fliessen entlang von Störungsbahnen.
Projektinformationen:
Projektlaufzeit: 2021 - 2025
Finanzierung: DFG
PI: Dr. Philipp Weis
Beschreibung:
Metallanreicherungen durch hydrothermale Systeme in Sedimentbecken entstehen durch das perfekte Zusammenspiel von chemischen und physikalischen Prozessen auf unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Skalen, welche quantitativ nur mit Untersuchungen erklärt werden können, die über die Größe einer Lagerstätte hinausgehen. Numerische Prozessmodelle bieten die Möglichkeit, entscheidende Faktoren der Lagerstättenbildung zu identifizieren und physikalische und chemische Grundvoraussetzungen für die Bildung von weltweit bedeutenden Lagerstätten zu untersuchen, welche für die Exploration hilfreich sein könnten. In diesem Projekt werden wir ein reaktives Transportmodell für Erzlagerstättenbildung in Sedimentbecken entwickeln, welches das geochemische Modell GEMS3 und das Fluidflussmodel CSMP++ nutzt. Dieses gekoppelte Modell wird 1) die Wechselwirkungen zwischen chemischen und physikalischen Prozessen während der Mobilisierung, des Transports und der Ausfällung von Metallen, und 2) die relevanten räumlichen und zeitlichen Skalen für die wirtschaftliche Anreichung von Metallen abbilden können. Dadurch werden wir den Einfluss von Parametern wie Fluidsalinität, Oxidationszustand, pH, Verfügbarkeit von Metallen und Schwefel, Wärmefluss im Sedimentbecken, Topographie, Lithologie, Porenraum und permeable Fließwege auf die Dynamik der Metallanreicherung quantitativ untersuchen.
Projektinformationen:
Projektlaufzeit: 2024 - 2027
Finanzierung: DFG
PI: Dr. Philipp Weis, Thomas Wagner (RWTH Aachen)
Beschreibung:
Es ist etabliertes Wissen, dass fraktionierte Kristallisation granitischer Schmelzen essentiell für die Bildung primärer Zinnerze ist, wobei spät-magmatische Prozesse und die Nebengesteine im Platznahme-Niveau den Typ and die Form des Erzes bestimmen. Es ist jedoch der Typ der Quellengesteine der bestimmt ob ein Erz überhaupt gebildet werden kann, da diese und ihre Schmelzbedingungen bestimmen ob Zinn in die Schmelze geht und ob Zinn bei der fraktionierten Kristallisation von fraktionierenden Phasen aufgenommen wird (und deshalb verloren geht). Es ist von besonderem Interesse ob die Bildung großer granit-gebundener Zinnerzlagerstätten eine Voranreicherung von Zinn bei der Sedimentation und späterer prograder Metamorphose der Quellengesteine erfordert. Das Projekt METATIN untersucht ein natürliches System (Zinvererzungen in den Aue and Bockau Distrikten, Erzgebirge) um zu zeigen (i) dass metamorphe Mobilisierung von Zinn existiert und zu kleinen Vererzungen, aber auch zu signifikanter Zinnanreicherung in großen Gesteinsvolumen, führen kann, (ii) dass metamorphe Zinnvererzung nur in bestimmten tektonischen Zonen innerhalb eines Orogens auftritt, und (iii) dass das Schmelzen von Gesteinen mit metamorpher Zinn Anreicherung zur Bildung gigantischer Zinnerze führen kann.
Projektinformationen:
Projektlaufzeit: 2024 - 2027
Finanzierung: DFG
PIs: Priv-Doz. Dr. Johannes Glodny, Prof. Rolf L. Romer, Priv.-Doz. Dr. Uwe Kroner (TU Bergakademie Freiberg)
Beschreibung:
Die Verfügbarkeit von reduziertem Schwefel ist bekanntermaßen ein entscheidender Faktor für die Erzbildung in sedimentären Umgebungen. Es ist allgemein bekannt, dass Sulfat im Meerwasser die primäre Schwefelquelle ist, dieses jedoch zunächst durch biologische oder nicht-biologische Prozesse reduziert werden muss. Traditionell wurde die Fraktionierung von 32S und 34S verwendet, um mikrobielle Aktivität während der Sulfatreduktion zu identifizieren, aber dieser Ansatz ist eingeschränkter, wenn man versucht, verschiedene Wege der mikrobiellen und abiotischen Sulfatreduktion in dynamischen erzbildenden Umgebungen einzugrenzen. In diesem Projekt wollen wir untersuchen, wie minore Schwefelisotope (33S, 36S) verwendet werden können, um tiefere Einblicke in die mikrobielle Aktivität und die Bildung von reduziertem Schwefel in alten sedimentären Lagerstätten zu gewinnen. Diese Daten könnten dazu beitragen, verschiedene Wege der diagenetischen und hydrothermalen Sulfatreduktion aufzuklären und ein umfassendes Verständnis der Metallfalle in der thermischen Architektur von klastisch dominierten (CD) Lagerstätten in metallogenen Gebieten von Weltklasse zu entwickeln.
Projektinformationen:
Laufzeit: 2024–2027
Förderung: DFG
PIs: Dr. Joseph Magnall, Prof. Sarah Gleeson, Prof. Harald Strauss
Beschreibung:
Vulkanogene Massivsulfid-Lagerstätten (VMS) enthalten wirtschaftlich bedeutende Metallvorkommen und werden weltweit aktiv abgebaut. Diese Lagerstätten liegen jedoch häufig in marinen sedimentären Vulkaniten, die einer ozeanischen Metasomatose bei niedrigen Temperaturen, hydrothermalen Umwandlungen, Deformationen und Metamorphosen unterworfen waren. Diese komplexe Entstehungsgeschichte stellt eine Herausforderung für die regionale Exploration mit gängigen geochemischen Methoden dar, sodass effektivere Werkzeuge erforderlich sind. Begleitmineralien (z. B. Apatit, Monazit, Xenotim, Rutil, Zirkon) sind die primären Träger von unbeweglichen und konservativen Elementen (Seltenerdelemente und Elemente mit hoher Feldstärke). Sie können geochemische Informationen über die Mineralisierungsprozesse auch in alterierten Wirtsgesteinen speichern und kommen in mineralisierten, hydrothermal alterierten (proximalen) und unalterierten (distalen) Gesteinen innerhalb von VMS-Provinzen vor. Dieses Projekt zielt darauf ab, das Potenzial von akzessorischen Mineralien als Aufzeichner von Mineralisierungsprozessen und als Wegweiser für Mineralisierungen in VMS-Gebieten mit komplexer geologischer Geschichte zu bewerten.
Projektinformationen:
Projektlaufzeit: 2024 – 2027
Förderung: DFG
PI: Prof. Sarah Gleeson
Beschreibung:
Lagerstätten von Nb, Zr und Seltenen Erden in SiO2-untersättigten peralkalischen magmatischen Gesteinen stellen die weltgrößten Reserven dieser Elemente dar (Chibiny und Lovozero, Kola-Halbinsel, Russland; Ilimaussaq-Komplex, Südgrönland) und werden in näherer Zukunft an Bedeutung gewinnen. Eine komplexe Mineralogie ist für solche Lagerstätten und Gesteine charakteristisch. Allerdings gibt es kaum experimentelle Untersuchungen zu solchen Systemen und damit fehlen fundamentale Daten zu Löslichkeit, Komplexierung und Phasenbeziehungen.
In diesem Projekt bestimmen wir die Löslichkeit der Erzminerale Wöhlerit, Eudialyt, Lueshit und Loparit (einschließlich der Konzentrationen von Nb, Zr, Ti und Seltenen Erden) in SiO2-untersättigten peralkalischen Alumosilikatschmelzen als Funktion von Peralkalinität sowie der Konzentrationen von F und H2O. Die Experimente liefern auch Informationen zu Phasenbeziehungen und zur Komplexierung von Nb and Zr in peralkalischen Silikatschmelzen.
Projektinformationen:
Projektinformationen:
Projektlaufzeit: 2021-2025
Finanzierung: DFG
PIs: Christian Schmidt, Ilya Veksler
Beschreibung:
In diesem Projekt untersuchen wir das Vermögen fenitisierender Fluide zur Remobilisierung, Transport, und weiteren Anreicherung von Seltenerdelementen (SEE), Nb und Zr, und damit die Rolle dieser Fluide bei der Bildung abbauwürdiger Seltenmetall-Erzlagerstätten in Karbonatiten. Karbonatite sind die wichtigste Quelle für die kritischen Rohstoffe Seltene Erden und Niob. Fenitisierende Fluide sind alkalireiche, wasserhaltige, sehr mobile und reaktive Fluide, die typischerweise von Karbonatiten freigesetzt werden, und welche zu extensiver metasomatischer Veränderung der Nebengesteine bei hohen Temperaturen führen, d.h. zur Bildung von Feniten.
Wir testen die Arbeitshypothese, dass Bastnäsit- ((Ce,La,Nd,Y)(F,OH)CO3)), Pyrochlor- ((Na,Ca)2Nb2O6(OH,F,O)) und eventuell Baddeleyit- (ZrO2) Lagerstätten in Karbonatiten durch autometasomatische Remobilisierung von SEE, Nb und Zr durch hochkonzentrierte Alkalikarbonatfluide mit Zusammensetzungen zwischen salzhaltigen wässrigen Lösungen und wasserhaltigen Salzschmelzen entstehen. Die zugrundeliegende Idee ist, dass Seltenmetalle durch Reaktion von Fluiden mit früher kristallisierten magmatischen Mineralen (Apatit, SEE- und Nb-haltige Perovskite, Eudialyt) remobilisiert werden können. Signifikante SEE-Mengen könnten auch durch Rekristallisation von primärem magmatischem Calcit freigesetzt werden. Die spezifischen Ziele der vorgeschlagenen Untersuchungen umfassen:
(1) Experimentelle Untersuchung von Phasengleichgewichten im System Na2O–CO2–H2O (±REE2O3, Nb2O5, SiO2, CaO) bei mittleren Wassergehalten mittels visueller Beobachtung, in situ Raman-Spektroskopie und einer hydrothermalen Diamantstempelzelle. Dabei liegt besonderes Augenmerk auf Nichtmischbarkeit von Fluiden.
(2) Untersuchung der Komplexierung von Nb and Zr in peralkalischen Silikatgläsern mittels Raman- und Röntgenabsorptions-Spektroskopie.
(3) Experimentelle Untersuchung der Löslichkeit von besonders relevanten Erzmineralen (SEE-haltiger Apatit, Pyrochlor, Loparit und Baddeleyit) in wasserhaltigen Karbonat-(Chlorid-Sulfat)-Lösungen bei 0.1–0.2 GPa und 500–800 °C. Besonderes Augenmerk liegt auf der Löslichkeit von Pyrochlor, da die Literaturdaten widersprüchlich sind.
(4) Vergleich der experimentell an synthetischen Systemen gewonnenen Daten mit Analysen von Einschlüssen in Mineralen, die sich früh oder relativ früh in Karbonatiten bilden (Pyrochlor, Apatit und andere), und von Einschlüssen in Mineralen aus Feniten (besonders Quarz, auch Fluorit und andere).
Projektinformationen:
Projektlaufzeit: 2024-2027
Finanzierung: DFG
PIs: Christian Schmidt, Ilya Veksler, Ingo Horn