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Tab. 4.1 Zonierung mit zunehmender Tiefe (Teufenunterschied) in
einem hypothetischen hydrothermalen Gangsystem. Dieses empi-
risch bestimmte Schema kann nur zur groben Orientierung dienen.
Normalerweise sind in einem Gang nur wenige Zonen vorhanden
und die Reihenfolge kann abweichen. Vereinfacht nach Robb 2005,
basierend auf Emmons 1936.
Tiefe
Metall
Erzminerale
nahe Erdober-
fläche
Hg
Cinnabarit
Sb
Stibnit
Au-Ag
Gold, Elektrum, Akanthit
Ag-Mn
Akanthit, Rhodochrosit
Pb
Galenit
Zn
Sphalerit
Cu-As-Sb
Chalkopyrit, Fahlerze
Cu
Chalkopyrit
Abb. 4.1 In einem Hydrothermalsystem kommt es häufig dann zur
Ausfällung, wenn sich heißes, aus der Tiefe aufsteigendes Wasser
mit kühlem, oberflächennahem Wasser vermischt. Die beteiligten
Fluide können unterschiedlicher Herkunft und Zusammensetzung
sein, auch Mischungen sind möglich. Wasser, das durch die Poren
eines Gesteins strömt, reagiert mit diesem und verändert sich dabei.
tief
Mo, W, Sn
Molybdänit, Scheelit, Kassiterit
ändert sich auch die Konzentration von H 2 S. Eine Reduktion von
Sulfat verschiebt somit das Gleichgewicht unserer Fällungsreak-
tion ebenfalls auf die rechte Seite. Andersherum wirkt sich die
Ausfällung von Sphalerit auch auf andere Gleichgewichtsreak-
tionen mit H 2 S oder H + aus und kann daher zur Ausfällung oder
Auflösung anderer Minerale führen.
Da die Abhängigkeit der Löslichkeit von Faktoren wie Tem-
peratur, Eh und pH-Wert bei jedem Metall etwas anders ist,
kommt es zu einer guten Sortierung der Metalle. Innerhalb
einer Lagerstätte variiert die Zusammensetzung der Erze oft mit
der Tiefe, was als Teufenunterschied bezeichnet wird. . Tab. 4.1
zeigt eine hypothetische Abfolge, die empirisch aus der Kombi-
nation vieler Gänge ermittelt wurde. Das Schema ist eine grobe
Vereinfachung, weil es sich eben nicht um ein lineares System
handelt und das Wasser auch nicht unbedingt alle genannten
Metalle mitbringt, es gibt aber einen guten ersten Überblick.
In der Regel sind nur wenige Zonen (oder nur eine) vorhanden.
Die Reihenfolge kann auch anders sein. Manchmal sind auch
mehrere Zonen teleskopartig »ineinandergeschoben« (engl. tele-
scoping ).
Sobald sich die Lagerstätte nahe der Erdoberfläche befindet,
kommt zu dieser primären Zonierung noch hinzu, dass sich eine
Oxidationszone ausbildet, in der primäre Erze oxidiert und
durch sekundäre Erzminerale ersetzt werden ( 7 Kasten 4.16 ). Da-
bei entsteht eine sekundäre Zonierung mit der Abreicherung
löslicher Metalle im oberflächennahen »eisernen Hut« (engl.
gossan ) und deren Anreicherung in der sogenannten Zementa-
tionszone am Grundwasserspiegel.
Einige Lagerstätten enthalten mehrere Generationen von
Erzen, die zu verschiedenen Zeiten aus unterschiedlichen
Fluiden entstanden sind und sich in ihrem Metallgehalt unter-
scheiden. Natürlich kann es passieren, dass bei späteren Episo-
den Metalle remobilisiert werden, indem Minerale aufgelöst
und andere Minerale an anderer Stelle ausgefällt werden. Durch
eine Untersuchung von Flüssigkeitseinschlüssen ( 7 Kasten 4.4 )
können wir Details über diese Fluide erfahren.
Viele hydrothermale Systeme hängen mit Magmatismus zu-
sammen. Dabei spielt nicht nur das Wasser eine Rolle, das aus
dem Magma entweicht, sondern auch meteorisches Wasser oder
Meerwasser: Die magmatische Hitze führt zu Konvektion des
Wassers in Gesteinsrissen und Poren, lösliche Stoffe werden
dabei aus dem Gestein ausgelaugt und das erhitzte Wasser wird
immer salz- und metallreicher.
Aber auch fernab von magmatisch aktiven Regionen gibt es
Hydrothermalsysteme ( . Abb. 4.1 ). Das Wasser kann beispiels-
weise durch metamorphe Reaktionen freigesetzt werden. Tat-
sächlich sind viele der Reaktionen, die ein Gestein auf dem Weg
in die Tiefe zurücklegt, Entwässerungen, bei denen wasserhaltige
Minerale durch wasserärmere Minerale ersetzt werden. In ande-
ren Fällen haben wir es mit Formationswasser zu tun, das lange
Zeit in den Poren eines Sedimentgesteins gefangen war, oft han-
delt es sich noch um das Wasser des Meeres, in dem die Sedimen-
te abgelagert worden waren. Es tauscht mit dem Gestein be-
stimmte Stoffe aus, bis sich ein von Druck, Temperatur, pH und
Eh abhängiges Gleichgewicht einstellt. Wenn der Sedimentstapel
auch Lagen aus Salz enthält, kann dieses Wasser eine salzreiche
Sole sein. Wasser kann auch in das Grundgebirge eindringen und
dort über Jahrmillionen hinweg mit dem Gestein reagieren, bis
schließlich Gestein und Wasser ein chemisches Gleichgewicht
erreichen.
Damit die gelöste Fracht an anderer Stelle wieder ausgefällt
werden kann, muss das Porenwasser des Gesteins sozusagen in
höhere Bereiche gepumpt werden ( . Abb. 4.2 ). Im Sediment-
becken im Vorland eines Gebirges kann es zu einem vom Gebirge
weg gerichteten Wasserstrom kommen, der durch das hydrau-
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