Hydrothermale Lagerstätten - Die Welt der Rohstoffe - page 146

Kasten 4.3 Lösung als Komplexe

In reinem Wasser können typische hydrothermal gebildete
Erzminerale wie etwa Sphalerit (ZnS) nur in winzigen Spuren
als Zn 2+ und S 2- gelöst werden, selbst wenn das Wasser heiß
ist. Um mehrere Größenordnungen steigt die Löslichkeit,
wenn zum Beispiel Kochsalz (NaCl) im Wasser gelöst ist
(Na + und Cl - ). Das Chlorid verbindet sich mit dem Metallion
zu einem Komplex, beispielsweise [ZnCl] + , indem es ein
Elektronenpaar an das Zinkion abgibt. Die resultierende
Bindung ähnelt einer kovalenten Bindung, mit dem Unter-
schied, dass beide Elektronen von einem der Partner stammen.
Chemiker bezeichnen den Elektronenpaardonator als Lewis-
Base, den Elektronenpaarakzeptor als Lewis-Säure.
Das an das Metallion angehängte Chlorid wird Ligand ge-
nannt. Es gibt auch Komplexe, bei denen mehrere Liganden,
beispielsweise [ZnCl 2 ], [ZnCl 3 ] - , [ZnCl 4 ] 2- , oder ganze Moleküle
mit dem Metallion verbunden sind. Außer Cl - kommen bei-
spielsweise F - , O 2- , OH - , H - , S 2- , SO 4 2- , NO 3 - , HS - , CN - , HCO 3 - ,
CO 3 2- , PO 4 3- , CH 3 COO - , C 2 O 4 2- , NH 3 und CO als Liganden
infrage - soweit sie vorhanden sind. Chlorid ist in hydro-
thermalen Lösungen besonders wichtig, weil es oft in hohen
Konzentrationen vorhanden ist und auch noch mit vielen
Metallen Komplexe bilden kann.
Generell bevorzugen Metallionen ihrem Ionenpotenzial
(Ladung/Radius) entsprechend bestimmte Liganden. Die
sogenannten harten Lewis-Säuren (z. B. W 6+ , Mo x+ , U 6+ , V 4+ ,
Alkali- und Erdalkalimetalle) nehmen am liebsten harte Lewis-
Basen (z. B. O 2- , OH - , HCO 3 - , CO 3 2- , SO 4 2- ). Weiche Lewis-

Säuren (z. B. Au + , Ag + , Cu + , Hg 2+ ) nehmen am liebsten weiche
Lewis-Basen (z. B. HS - ). Jeweils dazwischen stehen zweiwertige
Übergangsmetalle (z. B. Zn 2+ , Pb 2+ , Fe 2+ ) und als Ligand Cl - ,
sie können mit harten, mittleren und mit weichen Partnern
kombiniert werden.
In der Regel ist die Löslichkeit von Metallkomplexen deutlich
höher als die der reinen Ionen. Häufig steigt die Löslichkeit
exponentiell mit zunehmender Temperatur. Manche Metall-
ionen wie Fe 3+ und U 4+ (beides harte Lewis-Basen) sind, auch
wenn die passenden Liganden vorhanden sind, quasi unlösbar.
Der Metallgehalt eines metallreichen Wassers liegt in einer
Größenordnung, die am Besten als ppm (1 ppm = 0,0001 %)
angegeben wird.
Ein hydrothermales Wasser enthält in der Regel einen ganzen
Katalog verschiedener Metallkomplexe in unterschiedlichen
Konzentrationen. Sowohl die Stabilität als auch die Löslichkeit
der jeweiligen Komplexe ist abhängig von der Temperatur,
vom pH, Eh und von der Salinität. Eine Änderung dieser Fak-
toren kann zur Instabilität von Komplexen und damit zur
Übersättigung und Ausfällung bestimmter Minerale führen.
Manchmal wird eine Vielzahl von Reaktionen ausgelöst, die
gleichzeitig oder nacheinander ablaufen. Unter Umständen
reicht bereits der Kontakt des Fluids mit einem zuvor gebilde-
ten Mineral aus, um kleinräumig Fällungsreaktionen auszulö-
sen, sodass typische Abfolgen von einander überwachsenden
Mineralen entstehen (Staude et al. 2012b).

Kasten 4.4 Flüssigkeitseinschlüsse

Minerale enthalten oft winzige Flüssigkeitseinschlüsse, die
Hinweise auf die an der Mineralisation beteiligten Fluide ge-
ben (Roedder 1984). Oft sehen diese aus wie die Libelle einer
Wasserwaage, weil sie bei Raumtemperatur eine Gasblase
enthalten. Wird die Probe bis zur sogenannten Homogenisie-
rungstemperatur erhitzt, verschwindet die Gasblase. Aus der
Homogenisierungstemperatur ergibt sich die Dichte des Fluids
und (je nach Druckabschätzung) die ungefähre Temperatur
zum Zeitpunkt des Einschlusses. Durch Einfrieren der Flüssig-
keit und anschließendes Auftauen kann die Schmelztempera-

tur des Eises ermittelt werden, was wiederum einen Hinweis
auf den Salzgehalt gibt. Beides wird an einem sogenannten
Heiz-Kühl-Tisch durchgeführt, das ist eine spezielle Proben-
kammer, die auf dem Tisch eines Mikroskops montiert wird.
Inzwischen kann man sogar die genaue Zusammensetzung
einzelner Flüssigkeitseinschlüsse messen. Dazu nutzt man eine
LA-ICP-MS (Laserablation induktiv-gekoppelte Plasma-Massen-
spektrometrie), bei der sich ein Laserstrahl in die Probe brennt.
Das zu einem Plasma »verdampfte« Material wird in einem
Massenspektrometer analysier t.

4.1 Adern und Gänge

anderen Typen wichtig sind. Magma wird in den anschließenden
Abschnitten eine wichtige Rolle spielen. Im weiteren Verlauf des
Kapitels werden wir uns dann immer weiter vom Magmatismus
entfernen, bis wir uns schließlich in ruhigen Sedimentbecken
wiederfinden - mit einem fließenden Übergang zu den im darauf
folgenden Kapitel besprochenen Prozessen der Sedimentation
und Diagenese.

Eine offene Spalte bietet nicht nur einen Aufstiegsweg für hydro-
thermale Fluide, sondern auch den Raum, um darin Minerale
auszufällen. Häufig sind das einfach Quarz oder Kalzit, manch-
mal stattdessen Baryt oder Fluorit ( 7 Abschn. 7.14 ). Einige Gänge
enthalten neben diesen sogenannten Gangarten auch Erz-
minerale.