Lagerstättenkunde

Die Lagerstättenkunde gehört zu den Geowissenschaften und befasst sich mit der Entstehung und Eigenschaften natürlichen Anreicherungen von festen, flüssigen oder gasförmigen Rohstoffen (Ressourcen) innerhalb der Erdkruste, die wirtschaftlich genutzt werden können. Ziele sind es auch, aus dem Verständnis der Eigenschaften und Genese der Lagerstätten heraus Methode für deren Exploration zu entwickeln sowie die Umweltverträglichkeit einer möglichen Gewinnung zu optimieren. Der englische Begriff economic geology entspricht "Lagerstättenkunde" und nicht "Wirtschaftsgeologie" wie die wörtliche Übersetzung vermuten lassen könnte.

Erzlagerstätten, Kohlelagerstätten und Erdöl- und Erdgaslagerstätten sind die drei grundlegend verschiedenen Bereiche der Lagerstaettenkunde.

Aufsuchung und Beurteilung von Lagerstätten

→ Hauptartikel: Lagerstätte

Ein wesentliches Aufgabengebiet der Lagerstättenlehre besteht in der Erkundung (Prospektion) von Höffigkeitsgebieten und der Erschließung (Exploration) der aufgefundenen Vorkommen. Dies erfordert eine sorgfältige Probennahme im Gelände, wie z. B. durch Schürfgräben, Bohrungen, Versuchsstollen usw. Das Ziel dieser Arbeiten ist die Bestimmung der genauen Position der Lagerstätte, so wie die Vorratsberechnung. In Zusammenhang mit Erzlagerstätten wird die Lagerstättenkunde oft als Montangeologie bezeichnet.

Erzlagerstätten: Genetische Klassifikation

Lagerstätten gebildet hauptsächlich durch orthomagmatische Prozesse

Orthomagmatische Lagerstätten entstehen während der Magmenverfestigung. Das Präfix "ortho" unterscheidet diese Lagerstätten von denen, die durch magmatisch-hydrothermale Prozesse erzeugt werden.

In mafisch-ultramafischen Komplexen

Aufschluss von Chromitit- (schwarz) und Anorthositbändern (hellgrau) im Bushveld-Komplex

Typisches Erz von der Ni-Lagerstätte Sudbury wo sich die Sulfide durch Liquidentmischung von der Silikat-Schmelze getrennt haben. Bildbreite:3.4 cm.

Minerale mit hohen Schmelzpunkten wie z. B. Chromit scheiden früh von ultramafischen Magmen (siehe auch Fraktionierte Kristallisation). Wenn diese Minerale eine höhere Dichte als die Restschmelze haben, können sie als "Kumulate" auf den Boden der Magmakammer sinken, wo sie sich anreichern. Aktuelle Theorien zur Bildung von Chromit-Erzen basieren eher auf einer Kontamination des Magmas mit siliciumhaltigen Nebengesteinen oder eine Magmamischung, die monomineralische Chromit-Bänder und -Schlieren ermöglichen kann, wie z. B. in den Chromit-Lagerstätten des Bushveld-Komplexes in Südafrika.

In anderen Fällen kann es zur Trennung bestimmter unmischbarer Komponenten (Phasen) in der Schmelze kommen, so wie sich Wasser von Öl trennt (Liquidentmischung). In Sulfid-Silikat-Schmelzen scheiden sich z. B. Sulfidtröpfchen ab. In diesen Tröpfchen konzentrieren sich besonders Kupfer und Nickel, ebenso Metalle der Platin-Gruppe. Wenn sich die einzelnen Tröpfchen miteinander vereinen, können so umfangreiche Sulfid-Lagerstätten entstehen, wie z. B. in Greater Sudbury (Kanada).

Siehe auch: orthomagmatische Lagerstätten.

Lagerstätten gebunden an alkalinen intrusionen

Diamant Lagerstätten in Kimberliten und Lamproiten

Schematisches Profil eines Kimberlit-Schlotes

Diamanten bilden sich im Erdmantel unter hohen Drücken und Temperaturen, typischerweise in Tiefen zwischen 250 und 700 Kilometern. Abbauwürdige Diamanten werden in relative kühlen dicken kratonischen Bereichen durch Kimberliten und Lamproiten in wenigen Stunden vom Erdmantel an die Oberfläche verfrachtet. Diese grosse Geschwindigkeit ermöglicht, dass der Diamant die Oberfläche als metastabile Phase erreichen kann und nicht in Graphit umgewandelt wird. Die von den Kimberliten und Lamproiten erzeugten vulkanischen Durchschlagsröhren, oder pipes weisen meist einen Durchmesser von weniger als einen Quadratkilometer auf. Zur Tiefe hin verengen sie sich immer weiter und enden schließlich an gangartigen Strukturen, die mit unbrekziiertem Kimberlit gefüllt sind. Von diesen „Wurzelzonen“ nimmt man an, dass sie an regionale Schwächezonen mit Dehnungsrissen und Grabenbildungen gebunden sind, die bis in den Oberen Mantel hinab reichen. Die Kimberlite und Lamproite, die die Diamanten transportieren sind im Allgemein 20 bis 550 Millionen Jahren alt, die Diamanten selbst, sind viel älter, meistens >1,5 Ga. Der Diamant is also ein Xenocryst in den vulkanischen Brekzien.

Siehe auch: Diamant: Bildung und Fundorte.

Lagerstätten in Karbonatiten

Extrem alkaline Gesteine sind Karbonatite mit magmatisch gebildeten Karbonaten. Phosphor- und Aluminium-reichen Apatit- und Nephelin-Lagerstätten treten in Karbonatiten auf. Zu diesen Karbonatit-Alkaligestein-Komplexen gehören wichtige Lagerstätten der Seltenen Erden-Metalle und anorganische Phosphat -Lagerstätten wie in Phalaborwa und in der Kola-Halbinsel.

Siehe auch: Lagerstätten in Karbonatiten

Spätkristallisation - Pegmatite

Nach der Kristallisation eines großen Teils der gesteinsbildenden Minerale, bleiben Restschmelzen zurück, in denen sich bestimmte Elemente wie Li, Be, B, P, F, Nb, Ta, Sn und W angereichert haben, die vor allem wegen ihrer Iongrösse und Ladung (siehe auch inkompatibles Element), nur schwer in die häufigsten gesteinsbildenden Minerale einbauen liessen. Ein Kennzeichen der nun verbliebenen Restschmelzen ist, dass sie zunehmend immer mehr Wasser enthalten und somit stellt die letzte Stufe der Pegmatitkristallisation einen Übergang zur hydrothermalen Phase dar. Aufgrund ihres gangförmigen Auftretens und des zumeist geringen Volumens spielen Pegmatite im weltweiten Vergleich als Lagerstätte nur eine kleinere Rolle. Jedoch, haben Pegmatite in den letzen Zeiten an Bedeutung gewonnen, da sie für die Technologie "kritische Rohstoffe" wie Li- und Tn -Minerale ("Coltan") und Seltene Erden-Metallen liefern. Schmucksteine wie Topas, Turmaline und Beryll werden hauptsächlich von Pegmatiten gewonnen.

Siehe auch: Pegmatitlagerstätten

Hydrothermale Lagerstätten: magmatische und nicht magmatische Fluide

Bei der magmatischen Kristallisation bleiben schließlich nach der Ausscheidung der gesteinsbildenden Minerale aus den Restschmelzen nur noch heiße, wässrige Fluide zurück, die so genannten magmatisch-hydrothermalen Fluide, die eine grosse Temperatur- und Salinitätbandbreite haben. Diese hydrothermale Fluide sind in der Lage lösbare Elemente, wie Cu, Zn, Pb, Au, Ag und viele andere, zu transportieren und sie tragen damit wesentlich zur Bildung vieler Erzlagerstätten bei. Mit abnehmendem Druck und Temperatur unterteilte Schneiderhöhn in 1941 die magmatich-hydrothermale Phase in katathermal, mesothermal, und schließlich epithermal, wobei heute fast ausschließlich nur der Begriff "epithermal" und ab 300 °C(das heißt nicht im 1933 Lindgrens Sinne, ab 200 °C) benutz wird. "Mesothermal" wird heute in einem anderen Sinne, als Alternative zu orogenen Gold-Lagerstätten verwendet.

Hydrothermale Fluide, das heisst heisse wässrige Fluide, müssen aber jedoch nicht magmatischen Ursprungs sein. Auch erhitze meteorische und Becken-Fluide und Meerwässer können hydrothermale Fluide darstellen und, wie unten ausgeführt, Lagerstätten bilden. Die Erhitzung erfolgt meistens durch Einsinken der Fluide in tieferen, wärmeren Teilen der Oberkruste. Die erzbildende Elemente werden zum grössten Teil von verschiedenen Gesteinen ausgelaugt.

Temperatur, Salinität, pH und redox sind die wichtigsten Parameter, die Elementtransport und Ausscheidung kontrollieren. Mischung zwischen Fluiden mit verschiedenen Eigenschaften und Reaktionen des Fluides mit dem Wirtgestein sind ebenfalls wichtige erzbildende Prozesse.

Magmatisch-hydrothermale Lagerstätten

Porphyrische Kupferlagerstätten

Einen besonders wichtigen Typ der magmatisch-hydrothermalen Lagerstätten stellen die so genannten porphyrischen Kupferlagerstätten dar. Hierbei handelt es sich um Lagerstätten mit verhältnismäßigen geringen Erzgehalten, aber oftmals riesigen Volumen. Heute geht über die Hälfte der weltweiten Kupferproduktion auf „Kupferporphyries“ zurück, diese werden oft in riesigen Tagebauen ausgebeutet.

Kupferporphyries (±Mo, ±Au) bilden sich typischerweise in den oberen Teilen von sauren und intermediären Intrusionen, wie Granit und Diorit, die über Subduktionszonen auftreten, weil ihre Bildung von magmatischen Fluiden abhängt, die zuvor zum teilweisen Schmelzen von hydratisiertem Mantel über einer absteigenden wasserhaltigen Platte beigetragen haben >. Während die Minerale am Rand dieser Intrusionen meist gleiche Korngroßen aufweisen, treten im Inneren größere Kristalle in einer gleichkörnigen Matrix hervor (porphyrisches Gefüge, daher der Name). Dieses Gefüge gilt als ein Hinweis auf eine verhältnismäßig schnelle Abkühlung und Auskristallisation der Intrusion. Man vermutet, dass der Dampfdruck der mineralisierenden Lösungen im oberen Bereich der Magmakammer irgendwann den Gesteinsdruck überstiegen hat, und dass dies im umgebenden Gestein ein Drei-dimensionales Netz von Gängchen ("Stockwerk", auf Englisch Stockwork) gebildet hat. Die mineralisierenden Lösungen kristallisierten zum Teil so an Ort und Stelle aus, bevor sie in weiter entfernte Gänge oder Gesteine abwandern konnten. Typisch für porphyrische Lagerstätten ist, dass das Nebengestein durch die mineralisierenden Lösungen stark angegriffen ist und charakteristische Veränderungen aufweist (Alteration).

Kupferporphyries bilden zusammen mit Skarn- und Epithermalen Lagerstätten von Gold, Silber und Buntmetallen das "Porphyry -System", in dem die verschiedene Lagerstättentypen eine verwandte Genese haben. Daneben existieren noch porphyrische Lagerstätten von Zinn.

Skarnlagerstätten

Bei der Platznahme eines Magmakörpers kann es zur Metasomatose mit dem Nebengestein kommen, das heißt zu Mineralreaktionen und Stoffaustausch zwischen Intrusion und Wirtsgestein. Durch die Zufuhr Silicium, Aluminium, Magnesium und Eisen im Nebengestein, vor allem wnn wasich um Kalkstein oder Dolomit handelt, bilden sich, oft unregelmäßige, Gesteinskörper mit Pyroxen, Granat und anderen Kalsilikaten, die Skarn bezeichnet werden. Hydrothermale Lösungen welche von den intrudierenden Magmen stammen bilden wichtige Skarnlagerstätten. Eisenskarnlagerstätten sind die grössten Skarnlagerstätten. Kupfer- und Zinkskarnlagerstätten sind meistens Teile eines Porphyry-Systems. Wolfram-, Tin- und Goldskarne sind auch von Bedeutung.

Ursprünglich handelte es sich bei Skarn nicht um die Bezeichnung für einen Lagerstättentyp, sondern um einen schwedischen Bergmannsbegriff für silikatische Gangart (taubes Gestein). Metasomatische Skarne können mit Kalksilikatfelsen verwechselt werden, die jedoch nicht durch Verdrängung, sondern durch eine Umwandlung aus tonig-sandigen (unreinen) Kalken oder kieseligen Dolomiten entstanden sind, die dieselbe chemische Zusammensetzung hatten wie die Endprodukte (isochemische Umwandlung).

Siehe auch: Skarnlagerstätten

IOCG - Eisenoxid-Kupfer-Gold-Lagerstätten

Eisenoxid-Kupfer-Gold-Lagerstätten, englisch Iron-Oxide-Copper-Gold (IOCG), zum Beispiel Olympic Dam.

Die enorme Eisenlagerstätte Kiruna in Schweden, mit dem weltweit größten Untertagebergwerk, zeigt gewisse Ähnlichkeiten mit IOCG Lagerstätten und wird wahrscheinlich auch von magmatisch-hydrothermaln Fluiden gebildet. Die Möglichkeit von Lavaströmen aus oxidischen Magmen, oder eine liquidmagmatische Entmischung wurde auch vorgeschlagen. Die vorherrschenden Erzminerale sind hier Magnetit, Hämatit und Apatit.

Greisen

Ähnlich wie Kupferporphyries bilden sich Greisenlagerstätten meist in der Dachregion von Granitintrusionen und werden zuweilen von einer Stockwerkvererzung begleitet. Meist bestehen sie aus gleichmäßig-körnigen (granoblastischen) Aggregaten von Quarz und Muskovit mit untergeordnetem Topas, Turmalinen und Fluorit. In der Regel werden sie wegen ihres Zinngehaltes abgebaut, wie die Lagerstätten im Erzgebirge, gelegentlich auf Wolfram.

Siehe auch: Greisen

Epithermale Lagerstätten

Im Allgemein, wird der Begriff epithermal für Gold und Silber-Lagerstätten benutzt, die sich in relativ geringer Tiefe und bei niedriger Temperatur (< 1,5 km, <300 °C) bilden. Es wird oft zwischen „Low-sulfidation“-, „Intermediate-Sufidation“ und „High-sulfidation“-Epithermallagerstätten unterschieden. „High-“ und „Intermediate-sulfidation“ Lagerstätten werden von sauren, salinen Fluiden gebildet, die von Porphyry-Systemen stammen, wie zum Beispiel bei Yanacocha in Peru. Oft führen diese Lagerstätten auch große Mengen an Zink, Blei, Kupfer und andere Metalle. Mischung der magmatisch-hydrothermalen Fluide mit Oberflächenwässern, die auch durch die Wärme der magmatischen Intrusionen in Zirkulation versetzt werden können, ist ein wichtiger Vererzungsprozess. „Low-sulfidation“ Gold-Lagerstätten (z. B. Waihi in Neuseeland), bilden sich typischerweise von neutralen Fluiden in einer distaler Lage bezüglich magmatischer Aktivität, und nicht immer kann einen genetischen Zusammenhang mit magmatischen Fluiden erkennen. Die volumenreichen Lagerstätten vom Carlin-Typ in den USA, die wegen ihrer sehr feinkörnigen Vererzung als „unsichtbare“ Gold-Lagerstätten bezeichnet werden, sind, nach mehreren Autoren, epithermale Lagerstätten die durch distale, neutrale magmatisch-hydrotherrmale Fluide gebildet werden.

Massivsulfid-Lagerstätten in vulkanischen Gesteinen (VHMS oder VMS)

Heiße, mineralgesättigte Lösungen treten aus dem Schlot eines „Black Smokers“ aus.

Kupfer-Zink-Blei Massivsulfid-Lagerstätten in vulkanischen Gesteinen ("Volcanic-hosted massive sulfide, VHMS"), auch vulkanogenen Massivsulfid-Lagerstätten (VMS) genannt, bilden sich in geringen Tiefen unterhalb des Meeresbodens, hauptsächlich in Back-Arc-Bereichen und submarinen Inselbögen sowie in der Nähe des Mittelozeanischen Rückens. Das Verständnis der VMS-Lagerstätten hat sich dank der Untersuchung ihrer aktiven Äquivalente schwarze (Sulfid) und weiße (Anhydrit) Raucher ("Black" und "White Smokers") in hydrothermalen Quellen am Meeresboden. Meerwasser dringt tief in die Kruste ein, wo es auf bis 500°c erhitzt wird und sich - zumindest in Inselbögen- mit magmatischen Fluiden vermischen kann (z. B. im Kermadec-Bogen, Südwestpazifik;); Metalle können aus der magmatischen Fluide stammen sowie aus den Vulkangesteinen der Kruste ausgelaugt werden. Metalle werden durch Abkühlung und andere Prozesse unterhalb des Meeresbodens und lokal am Meeresboden ausgefällt.

Lagerstätten gebildet durch hydrothermale Becken-Fluide

Hydrothermale Lagerstätten, die durch Becken-Fluide gebildet werden, umfassen folgende Hauptgruppen:

Sedimentär-exhalative (SEDEX / SHMS/ CD-Zink-Blei Lagerstätten)

Sedimentär-exhalative (SEDEX) Lagerstätten auch "Sediment-hosted Massive Sulfides (SHMS)" und "Clastic hosted (CD)" Zink-Blei Lagerstätten genannt. Beispiele sind Red Dog in Alaska, McArthur River, Mount Isa in Australien, und Sullivan in British Columbia. Auch das historische Bergwerk Rammelsberg im Harz wird diesem Lagerstättentyp zugerechnet und wurde maßgeblich benutzt um das SEDEX Model zu entwickeln.

Siehe auch: Sedimentär-exhalative Lagerstätten

Mississippi Valley-Typ (MVT)

Mississippi Valley-Typ (MVT) Zink-Blei Lagerstätten meistens in Karbonatgesteinen wie in Bleiberg, Österreich, untergeordnet auch in Sandsteinen und Konglomeraten wie in den Blei-Zink Lagerstätten bei Maubach-Mechernich. Im Gegensatz zu SEDEX Lagerstätten, findet die Vererezung bei MVT Lagerstätten lange Zeit nach der Ablagerung des Nebengesteins, also deutlich epigenetisch, statt. Thermochemische Sulfateduktion (TSR) in Verbindung mit Kohlenwasserstoffen ist oft die Hauptquelle des für die Ausfällung der Metallsulfide notwendigen reduzierten Schwefels.

Schichtförmige Cu-(Co-Ag)

Schichtförmige Cu-(Co-Ag) Lagerstätten in Sedimentgesteinen (engl. "Sediment-hosted stratiform Cu-Co-(Ag) deposits (SSC)"), wie zum Beispiel die in weiten Teilen Mitteleuropas ausgebildete Kupferschiefer Lagerstätten und das Copperbelt in Sambia und der Demokratischen Republik Kongo. Sie stellen die erste Cobalt- und die zweite Kupferquelle weltweit. Die Entstehung dieser wichtigen Lagerstätten wird allgemein mit dem Aufstieg von oxidierenden Becken-Fluiden und ihrer Reaktion mit reduzierten Schichten reich an H₂S erklärt. Es herrscht Konsens beim Kupferschiefer, dass diese erzbildende Redoxreaktion lange nach der Ablagerung des Nebengesteins, d. h. epigenetisch, stattfindet. Dagegen, im Copperbelt bevorzugen einige Forscher eine frühere, syn- bis syndiagenetische Erzbildung während andere, wie beim Kupferschiefer, eine epigenetische Vererzung vertreten. Wenn die stratiforme Morphologie dieser Art von Lagerstätten weniger ausgeprägt ist, werden sie oft "Red-Bed-Kupferlagerstätten" genannt. Das genetische Prinzip ist das selbe: oxidierende, saline Wässer laugen Kupfer und andere Metalle von verschiedenen Gesteinen aus welche in Bereichen mit einem hohen Anteil an organischen Substanzen als Sulfide ausgefällt werden. Der Name der Provinz Katanga im Südosten der Demokratischen Republik Kongo, bedeutet „Kupfererz“, und geht auf diese Art der Red-Bed-Lagerstätten zurück.

Siehe auch: Kupferschiefer

Lagerstätten gebildet durch hydrothermale meteorische Fluide

Diskordanzgebundene Lagerstätten, die wichtigste Quelle für Uran, und Rollfrontlagerstätten werden durch uranführende oyxidierende hydrothermale Fluide, meistens aus meteorischem Ursprungs, die das Uran in reduzierenden Bereichen ausscheiden. Uranlagerstätten in Saskatchewan/Kanada und in Australien die Ende der 1960er Jahre entdeckt wurden, haben sich in Erosionsflächen (Diskordanzen) zwischen dem kristallinen Grundgebirge und überlagernden metamorphen Sedimenten gebildet, die als Redoxfronten agieren.

Siehe auch: Diskordanzgebundene Uranlagerstätten(Unconformity-related) und Rollfront-Lagerstätten

Lagerstätten gebildet durch metamorphe Fluide

Orogene Gold-Lagerstätten (Engl. "orogenic", manchmal auch "mesothermal") stellen eine der wichtigsten Goldquelle der Erde dar. Diese Lagerstätten werden von tiefen Fluiden metamorphen Ursprungs (+/- Mantel und magmatische Komponenten) gebildet, die entlang große orogenweit, krustale Strukturen fokussiert werden. Die Fluide haben einen neutralen bis leicht sauren Charakter und Temperaturen zwischen 250 °C und 400 °C. Das Gold fällt hauptsächlich durch Reaktion mit dem Nebengestein aus. Beudetende Lagerstätten kommen in den archaischen Grünsteingürteln Afrikas, Kanadas und Westaustraliens, in Proterozoischen (Canada, Ghana, Brasilien) und in paläozoischen Gesteinen Victorias (Australien) und Südamerikas vor.

Sedimentäre Bildungen

Bändereisenerze (Banded Iron Formations, BIF)

Reduziertes, zweiwertiges Eisen ist wasserlöslich. In oxidierender Umgebung, als dreiwertiges Ion, ist Eisen unlöslich. Eisen aus untermeerischen Vulkanismus oder aus Verwitterungsprozessen lag deswegen in archaischen Gewässern gelöst vor und wurde erst am Übergang zum Paläoproterozoikum in den zunehmend durch sauerstoffproduzierene Mikroorganismen mit Sauerstoff angereicherten Flachmeerbereichen als Eisenoxid ausgefällt. Die daraus hervorgegangenen Bändereisenerze (Banded Iron Formations, BIF) bilden die heutige wichtigste Eisenquelle. Mit Vulkaniten verzahnte BIF-Lagerstätten werden dem „Algoma-Typ“ und solche weit weg von vulkanischen Gesteinen dem „Superior Typ“ zugerechnet. Neoproterozoische Bändererze (~0.85–0.7 Ga), also solche, in Zusammenhang mit glazialen Sedimenten (z. B. Tilliten) (Schneeball Erde) auftreten, werden unter der Bezeichnung „Rapitan-Typ“ zusammengefasst.

Siehe auch: Bändereisenerze

Minette Eisenerze

Bei den lothringischen Minette-Eisenerzen handelt es sich um marine Sedimente, nämlich um kleine, schalige Kügelchen (Ooide) von Quarz, Kalk und Hämatit. Solche Lagerstätten waren in den Zeiten der Industriellen Revolution nicht nur in Lothringen, sondern auch in den englischen Midlands um Manchester, und in Salzgitter von einiger Bedeutung, da sie zu den häufigsten phanerozoischen Eisenlagerstätten gehören. Heute lassen sie sich, wegen des geringen Eisengehalte und ihrer silikatischen Komponente, nur noch selten wirtschaftlich abbauen.

Siehe auch: Minette Eisenerze

Manganknollen

Manganknollen sind Klumpen, die bis zu 27 % aus dem Metall Mangan bestehen. Sie sind in Tiefen zwischen 4000 und 6000 Metern auf dem Meeresboden zu finden. Andere Elemente wie Kupfer, Cobalt, Zink und Nickel sind mit 0,2–1 % enthalten, der Eisenanteil liegt bei 15 %.

Siehe auch: Manganknolle

Seifenlagerstätten

Schwermineralen, wie Gold, Zinnstein (Cassiterit), Rutil (ein wichtiges Titan-Erzmineral) usw., können sich in Seifenlagerstätten anreichern. Früher gehörten Seifen zu den wichtigsten Lagerstätten überhaupt. Heute sind wichtig vor allem für Cassiterit, Rutil und Diamant (kein Schwermineral aber sehr widerstandsfähig).

Die wichtigste (Paläo-)Seifenlagerstätte der Welt, die Quarz-Konglomerate vom Witwatersrand in Südafrika stellen in mehrfacher Hinsicht eine Ausnahmeerscheinung dar: Erstens liegen sie als fossile, verfestigte Seifen vor. Zweitens sind sie außergewöhnlich alt (Proterozoikum). Drittens weisen sie, neben freiem Gold, auch detritischen Pyrit (ein Eisensulfid) und das Uranmineral Uraninit. Heute wären Pyrit und Uraninit Ablagerungen so gut wie unmöglich, da sich diese Minerale in Gewässern, die sich im Gleichgewicht mit einer sauerstoffreichen Atmosphäre befinden, schnell zersetzen.

Siehe auch: Seifen

Evaporitlagerstätten

Salzabbau im Salar de Uyuni, Bolivien.

Bei fortschreitender Eindampfung eines Meeres- oder Seebeckens werden die Minerale in Reihenfolge ihrer Löslichkeit, beginnend mit den am schwersten löslichen Mineralen, ausgefällt. Zuerst fallen Karbonate und Sulfate (Gips), dann Steinsalz, und schließlich die leicht löslichen Kalium- und Magnesium-Salze aus. Kalisalze stellen oft den ökonomisch interessantesten Teil der Salzlagerstätten dar, wegen ihrer Bedeutung für die Chemieindustrie und Kunstdünger-Herstellung.

Andere Beispiele Evaporitlagerstätten sind Lithium und Borax-Lagerstätten in Salzseen ("Salare") in endorheischen Becken in semiariden Gebieten. Meist wird eine vulkanische Herkunft für Lithium und Bor vermutet. Salpeterlagerstäten bilden sich als Oberflächenkrusten in hyperariden Wüsten.

Siehe auch: Evaporit, Salzsee, Salzlagerstätten, Salztonebene

Andere marine Lagerstätten

Auch bei vielen Massenrohstoffen, die für das Baugewerbe und die Industrie von Bedeutung sind, wie Kalk, Dolomit, und Phosphat, handelt es sich um (bio)chemische Ausscheidungen im marinen Milieu.

Verwitterung

Typisch rostroter, zusammengebackener Laterit.

Durch chemische Verwitterung (z. B. unter tropischem Klima, in einer möglichst flachen Landschaft) kann es zur Bildung von Residuallagerstätten kommen. Hierbei handelt es sich um Anreicherungen von schwer löslichen Element in der Oxidations- und Zementationszone des Bodens, wie Aluminium in Bauxit und Laterit und Ni in Ni-Lateriten, aber auch um den „Eisernen Hut“, der sich über sulfidischen oder karbonatischen Eisenlagerstätten bildet, oder residuale Seifen (z. B. Nuggets über dem Ausbiss von goldführenden Gängen und Diamant-führenden Kimberliten).

Im feuchten (humiden) Klima können besonders in moorigen Böden gelöste Eisenverbindungen ausfallen. Solches Rasenerz war in vielen Teilen Nordeuropas bis weit in das Mittelalter hinein, die einzige Quelle von Schmiedeeisen.

Siehe auch Bauxit und Ni-Laterite

Metamorphe Überprägung

Metamorphisierten Lagerstätten weisen charakteristische Veränderungen im Mineralbestand auf, wie Rekristallisation und Mineralneubildungen. In bestimmten Fällen kann auch eine Mobilisierung des Erzes stattfinden und so in geeigneten Strukturen, wie Störungen oder Scherzonen, zu einer Erzkonzentration kommen. Die sehr grosse Zn-Pb-Ag Lagerstätte Broken Hill wird von einigen Autoren als eine metamorphisierte sedimentär-exhalative Lagerstätte angesehen.

Andere Klassifizierungen von Erzlagerstätten

Die Klassifizierung von Lagerstätten nach ihrer Genese ist manchmal mit Problemen behaftet, denn die die Prozesse, die zu ihrer Bildung führen, sind nicht immer endgültig geklärt. Aus diesem Grund koexistieren mit der genetischen auch andere Klassifikationen.

• Nach dem ökonomisch wichtigsten Bestandteil, wie Goldlagerstätte oder Uranlagerstätte. Ein Beispiel ist Klassifikation der "Lagerstätten der einzelnen Metallen" von Pohl (2005).
• Nach der geotektonischer Lage des Nebengesteins

Begriffe in Zusammenhang mit Erzlagerstätten

Einige genetische Begriffe in Zusammenhang mit Erzlagerstätten

• Syngenetische sind Erzlagerstätten, die sich gleichzeitig mit dem Nebengestein gebildet haben und epigenetisch (viel) später, als das Nebengestein.
• Hypogen sind die aufsteigende Fluide, die primäre Vererzungen bilden.
• Im Gegensatz, "supergen", sind die Prozesse die das Erz durch absteigende,"deszendente" meteorische Wässer verwittern. Und Erzanreicherungen (z.B-. Zementationszonen), die durch diese Prozesse gebildet werden, werden "supergen" oder "deszendent" bezeichnet.

Einige räumliche Begriffe in Zusammenhang mit Erzlagerstätten

Schematische Darstellung eines Gold-Quarz-Ganges mit Gangart (weiß-schwarz) und Goldäderchen (orange) in taubem Nebengestein (grau)

• Bis weit in das 20. Jahrhundert hinein lieferten Erzgänge auf der ganzen Welt viele der ergiebigsten Lagerstätten von Gold, Silber, Kupfer, Zinn, Blei und anderen Metallen. Dementsprechend wichtig waren Gänge für die Theoriebildung in der Lagerstättenkunde und für die Definition von vielen Bergbaubegriffen, so zum Beispiel Gangart, dass heute für alle Lagerstättenarten benutz wird.
• Ein Erzkörper kann die Gesteinspakete diskordant durchschlagen, oder konkordant ihrer internen Schichtung folgen.
• Sehr häufig und wichtig sind plattenförmige Erzkörper Hierzu gehören nicht nur Gänge, sondern auch verschiedene stratiforme Lagerstätten.
• Schichtgebundene Lagerstätten (englisch: strata-bound deposits) sind schichtförmige und nicht schichtförmige Lagerstätten die (hauptsächlich) an eine bestimmte lithologische Einheit gebunden sind. Schichtgebunden hat keine genetische Bedeutung: so sind die Kupferschiefer epigenetisch und die Bändereisenerze syngenetisch obwohl beide schichtgebunden und schichtförmig sind.
• Erzschlot (engl. pipe) Schlauchförmige Erzkörper, die sich meist vertikal, oder nahezu vertikal, aus der Tiefe bis (nahe an der oder) zur Oberfläche, oft mit Brekzie-Gefüge. Die Erzmineralien können in den Trümmern oder in der Matrix sein.

• Dort wo mineralisierende aufwärtssteigende Lösungen auf besonders reaktionsfreudige Gesteine treffen, bilden sich zuweilen Vererzungen, die mehr oder weniger konkordant mit dem Nebengestein verlaufen, die so genannten Mantos.
• Stockwerk (engl. Stockwork) ist ein drei-dimensionales Netz von unregelmäßigen Gängen oder Gängchen.
• Gleichmäßig verteilten Erzmineralen werden Imprägnationen, heute öfters Disseminationen bezeichnet.

Lagerstätten der Kohlenwasserstoffe

Siehe : Kohle, Erdöl, Erdgas

Lagerstättenbildung im Laufe der Erdgeschichte

Die Erde, und besonders die Erdkruste, hat im Laufe ihrer etwa 4,5 Milliarden Jahre langen Geschichte viele tiefgreifende Veränderungen durchgemacht. Aus diesem Grund gibt es verschiedene Lagerstättentypen, die auf eine ganz bestimmte Epoche der Erdgeschichte begrenzt sind. In den vorangegangenen oder folgenden Zeitabschnitten waren die Bedingungen für ihre Bildung nicht mehr gegeben.

Archaikum

Das Archaikum umfasst etwa den Zeitraum von vor 3,8 bis vor 2,5 Milliarden Jahren. Die tektonische Situation dieser frühen Epoche wird durch zwei Grundelemente geprägt: die hochmetamorphen „Migmatit-Gneis-Granulit-Bereiche“, die die ersten festen Kerne der sich bildenden Lithosphäre darstellen, sowie die sie umgebenden mobilen „Grünsteingürtel“. Während in ersteren Bereichen nur einige wenige geschichtete Chromit-Lagerstätten von Bedeutung sind, finden sich viele bedeutende Lagerstätten in den Grünsteingürteln, z. B.:

• Orthomagmatische Lagerstätten von Nickel- und Kupfersulfiden, die an basische und ultrabasische Laven gebunden sind (Kalgoorlie-Gürtel im südwestlichen Australien, Abitibi-Gürtel in Kanada, im Baltischen Schild, und in Simbabwe). Da diese metallogenetischen Provinzen klar begrenzt sind, stammen die Metalle und ihre Muttergesteine wahrscheinlich aus lokalen Anomalien im Oberen Mantel.
• In den Randzonen der Grünsteingürtel, nahe bei den angrenzenden Granitintrusionen, finden sich viele goldführende Ganglagerstätten. Tatsächlich war die Suche nach Gold früher der Hauptgrund für die Untersuchung und Kartierung der Grünsteingürtel.
• Vulkanogene Massivsulfidlagerstätten von Kupfer und Zink, besonders im Abitibi-Orogen.

Proterozoikum

Im frühen und mittleren Proterozoikum (etwa 2,5 bis 1,6 Milliarden Jahre vor heute) entwickelten sich die ersten stabilen, wenn auch nur kleinen, Lithosphärenplatten. Hiermit wurde die Grundvoraussetzung für Krustenbewegungen im Sinne der Plattentektonik geschaffen. Jetzt kam es zum ersten Mal zur Bildung von sedimentären Becken, Ablagerungen von Plattformsedimenten und zur Bildung von Geosynklinalen an den Kontinentalrändern. Charakteristisch für diese Epoche sind sedimentäre und sedimentär-exhalative Lagerstätten, die sich nur unter reduzierenden Bedingungen, bei fehlendem Sauerstoff in der Atmosphäre, bilden konnten:

• Die einzigartigen Gold-Uran-Konglomerate vom Witwatersrand in Südafrika.
• Die ersten Gebänderten Eisenformationen stammen bereits aus dem Archaikum, aber ihre weiteste Verbreitung fanden sie in der Zeit von 2,6 bis 1,8 Milliarden Jahren. Man vermutet, dass eisenfällende Bakterien eine wichtige Rolle bei ihrer Ablagerung in intrakontinentalen Becken und in den Schelfgebieten der jungen Kontinente hatten.
• Verschiedene sedimentäre, oder sedimentär-exhalative Lagerstätten von Mangan, Blei und Zink (z. B. Mount Isa in Australien).
• Diamantführende Kimberlite und Lamproite treten zum ersten Mal auf. Zuvor war die Krustendicke nicht ausreichend, um die enormen Drücke zu erzeugen, die für die Bildung von Diamanten nötig sind.
• Das Vorhandensein von Lithosphärenplatten ermöglichte ebenfalls die Bildung regionaler Bruchsysteme, an denen riesige gangartige Körper und magmatische Komplexe aufsteigen konnten. Die Bildung der großen geschichteten Chromit-Lagerstätten im südlichen Afrika geht wahrscheinlich auf Chromanomalien im Oberen Mantel zurück. Auch die Intrusionen vieler Anorthosit-Plutone mit Ilmenit-Vererzungen in Norwegen und Kanada stellen ein magmatisches Ereignis dar, dass sich so nie mehr wiederholt hat.
• Das weitgehende Fehlen von orthomagmatischen Sulfidlagerstätten in späteren Zeiten wird auf eine Verarmung des Oberen Mantels an Schwefel im Laufe von plattentektonischen Prozessen zurückgeführt.

Für das mittlere und späte Proterozoikum vermuten viele Forscher bereits die Existenz eines Superkontinents. Diese Zeit ist gekennzeichnet durch eine ungewöhnlich hohe Kupferkonzentration in Sedimentgesteinen, wie den „Red-Bed“-Lagerstätten von Katanga. In Afrika bildeten sich außerdem drei ausgeprägte Gürtel von Zinnlagerstätten, ein weiterer in Brasilien. Die Bildung von BIFs ging immer weiter zurück, was man auf die Entstehung einer sauerstoffreichen Atmosphäre durch pflanzliche Photosynthese zurückführt.

Phanerozoikum

Gegen Ende des Proterozoikums hatte sich in etwa die plattentektonische Situation eingestellt, wie sie noch heute besteht. Durch die Verschiebung der Kontinente kam es zur Subduktion von ozeanischer Kruste und zur Bildung von Faltengebirgen. Hier kommt es besonders in den kontinentalen Faltengürteln und den vorgelagerten Inselbögen zur Bildung der „Kupferporphyre“, die zu den größten Metallanreicherungen des Phanerozoikums gehören (0,57 Milliarden Jahre bis heute). Ein Beispiel ist Chuquicamata in Chile, der größte Tagebau der Welt. Salzlagerstätten zeigen weltweit eine auffällige Häufung in bestimmten geologischen Epochen, wie in der Zeit vom Perm bis zur Trias, oder im Tertiär. D. h., sie folgen bevorzugt auf die großen Gebirgsbildungsphasen, wenn genügend Teilbecken existieren, die Reliefunterschiede jedoch nicht mehr so groß sind, dass die Senken einfach mit Abtragungsschutt aus den Bergen aufgefüllt werden. Kohlelagerstätten gehen hingegen auf Zeiten mit gesteigerter Produktion von Biomasse zurück, wie das namengebende Karbon-Zeitalter.

Literatur

• Anthony M. Evans: Erzlagerstättenkunde, Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart 1992. ISBN 3-432-99801-5
• Walter Pohl: Mineralische und Energie-Rohstoffe. Eine Einführung zur Entstehung und nachhaltigen Nutzung von Lagerstätten. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung 2005. ISBN 3-510-65212-6
• Walter Pohl, Wilhelm Petrascheck, Walther E. Petrascheck: Lagerstättenlehre – Eine Einführung in die Wissenschaft von den mineralischen Bodenschätzen. Schweizerbart, Stuttgart 1992, ISBN 3-510-65150-2.
• J. K. Warren: Evaporites. Sedimentology, Ressources and Hydrocarbon Springer, Berlin, 2005. ISBN 3-540-26011-0
• Gerhard H. Eisbacher, Jonas Kley: Grundlagen der Umwelt und Rohstoffgeologie Spektrum Akademischer Verlag, 2001. ISBN 3-8274-1231-5
• F.W. Prokop, W. Streck, M. Sagher, R.W. Tschoepke, H.W. Walther, H. Pietzner, G. Stadler, H. Vogler, H. Werner: Untersuchung und Bewertung von Lagerstätten der Erze, nutzbarer Minerale und Gesteine (Vademecum 1). 2. Aufl., Geologisches Landesamt Nordrhein-Westfalen, Krefeld, 1981.
• Martin Okrusch, Siegfried Matthes: Mineralogie. Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde. (1. Aufl., ohne Martin Okrusch, 1983) 8. Auflage. Springer-Verlag, Berlin u. a. O. 2009, ISBN 978-3-540-78200-1.
• F. Neukirchen, G. Ries: Die Welt der Rohstoffe: Lagerstätten, Förderung und wirtschaftliche Aspekte, Springer Spektrum, Berlin 2014, ISBN 978-3-642-37738-9.