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Kasten 3.15
Phalaborwa
Ein wirtschaftlich besonders wichtiger Karbonatit ist Pha-
laborwa (Palabora) in Südafrika (
intrusionen, die von Phoscorit (
Abschn. 3.10.1) umgeben
sind. Die Karbonatite bestehen überwiegend aus Kalzit,
zusammen mit Magnetit, Dolomit, Apatit und anderen Mine-
ralen. Nachträglich wurden in einer Zone innerhalb des
Karbonatits in großer Menge Kupfersulfide von magmatisch-
hydrothermalen Lösungen ausgefällt, die im größten Tagebau
Südafrikas gewonnen werden. Die Mineralisierung hat gewisse
Ähnlichkeiten zu IOCG-Lagerstätten (
7
Abb. 3.46). Er ist Teil eines
röhrenförmigen sogenannten Ringkomplexes, der aus
mehreren Intrusionen besteht. Jeder Magmaschub drang in
das Zentrum der älteren ein, sodass ein Gebilde aus konzen-
trischen »Schalen« entstand, ähnlich wie bei einer Zwiebel. Es
gibt Syenite, doch der größte Teil des Komplexes besteht aus
verschiedenen Pyroxeniten, also ultramafischen Kumulaten.
Zum Teil sind diese Gesteine stark metasomatisch umgewan-
delt (fenitisiert), so bestehen sie zum Teil fast ausschließlich
aus Glimmer beziehungsweise Vermiculit, der auch abgebaut
wird. Im Kern befinden sich zwei unterschiedliche Karbonatit-
.
Abschn. 4.7, Groves &
Vielreicher 2001). Der Phoscorit wird vor allem auf Apatit ab-
gebaut. Als Nebenprodukt fallen Magnetit, Baddeleyit (Zirko-
niumerz), Gold, Silber und PGE an.
7
Abb. 3.46
Luftbild des Tagebaus von Phalaborwa. © Getty Images/iStockphoto.
eine magmatische Entstehung belegen, zum Beispiel am Kaiser-
stuhl (Keller 1981), einem tertiären Vulkan im Oberrheingraben
bei Freiburg. Gleichzeitig zeigten erste Experimente, dass dies
tatsächlich möglich ist. Zunächst lag die Erklärung nahe, dass es
sich um aufgeschmolzene Sedimentgesteine handeln könnte,
aber die Isotopendaten bewiesen, dass die Schmelze nichts mit
der Erdkruste zu tun hat, sondern aus dem Mantel stammt.
Genauer gesagt geht es um Schmelzbildung in aufsteigendem
Material der Asthenosphäre (z. B. in einem Manteldiapir), in ge-
ringem Maß auch um eine Interaktion mit dem angereicherten
lithosphärischen Mantel (Bell & Tilton 2001, Lee et al. 2006b).
Im Mantel kommt Kohlenstoff vor allem als Fluid (Kohlen-
dioxid, Methan) oder als Karbonat (Magnesit bzw. Karbonatit-
schmelze) vor, manchmal auch als Diamant - was unter anderem
von den Redoxbedingungen abhängt (Rohrbach & Schmidt
2011). Der weitaus größte Teil davon befindet sich schon quasi
seit der Geburt der Erde im Mantel. Nur bei einem winzigen Teil
handelt es sich um von der Erdoberfläche stammende organische
Substanz oder Karbonate, die an einer Subduktionszone in die
Tiefe befördert und umgewandelt wurden. In durchschnitt-
lichem Mantelgestein ist der Kohlenstoffgehalt gering, aber im
Zusammenhang mit Subduktionszonen oder Manteldiapiren ist
eine Anreicherung durch CO
2
oder Karbonatitschmelze möglich
- sowohl lange vor der Schmelzbildung als auch gleichzeitig.
Aus Experimenten wissen wir, dass es drei grundsätzlich ver-
schiedene Möglichkeiten gibt, um ausgehend von diesem ange-
reicherten Mantel einen Karbonatit zu erzeugen (
.
Abb. 3.48
).
Die erste Möglichkeit ist das direkte Aufschmelzen durch eine
geringe Schmelzbildung knapp über dem Solidus des ange-
reicherten karbonathaltigen Mantels (Harmer & Gittins 1997,
1998). Diese Schmelze entspricht normalerweise einem Dolo-
mitkarbonatit mit 5-7 % Alkalien, wobei die genau Zusammen-
setzung von den vorhandenen Mantelphasen abhängig ist, ein
angereicherter Mantel kann zum Beispiel Glimmer (Phlogopit)
oder Amphibol (Pargasit) enthalten. In einem halbwegs norma-
len Mantel kommt diese Schmelze nicht weit, da sie bei einem
geringeren Druck mit dem Mantel reagiert (Metasomatose): Der
Orthopyroxen des Mantels und Karbonatitschmelze reagieren zu
Klinopyroxen, Olivin und Kohlendioxid. Das Ergebnis ist ein
stark angereicherter Mantel (Wehrlit). Durch einen Mantel, der
bereits stark angereichert ist, kann unser Karbonatit hingegen in
die Kruste oder gar bis zur Erdoberfläche aufsteigen. Dabei kann
