Hydrothermale Lagerstätten - Die Welt der Rohstoffe - page 203

und ihre Salinität ist mit 27 % so hoch wie im Toten Meer - das
durchschnittliche Wasser des Roten Meeres weist nur 4 % auf.
Trotzdem sind solche Senken nicht frei von Leben ( 7 Kasten
4.25 ). In der Senke reichern sich auch Methan (Schmidt et al.
2003) und gelöste Metalle an. Die Temperatur der heißen Quel-
len wird auf 195-310 °C geschätzt, bei einer Salinität von 37 %
und einer Schüttung zwischen 700 und 1000 kg/s (Anschutz &
Blanc 1996). Das Wasser war ursprünglich Meerwasser, das auf
dem Weg durch die Kruste nicht nur Stoffe aus den Basalten
ausgelaugt, sondern auch Salz aus Evaporiten aufgelöst hat. Ver-
mutlich kocht das Wasser vor Erreichen der Quelle auf und wird
durch die Abtrennung einer Dampfphase weiter konzentriert
(Winckler et al. 2000).
Auf dem Boden der Senke haben sich im Verlauf der letzten
15 000 Jahre 10-30 m metallreiche feinlagige Sedimente ange-
sammelt (Anschutz & Blanc 1995): vor allem Chert (exhalativ
und biogen) sowie Karbonate (Ankerit, Dolomit, Siderit usw.),
Tonlagen und Anhydritlagen. Darüber liegt noch nicht verfes-
tigter Schlamm. Die Metalle werden nicht nur an den Quellen
selbst ausgefällt (Sulfide wie Sphalerit, Chalkopyrit, Pyrit), son-
dern auch an der Grenzschicht zwischen Meerwasser und Sole.
Hier macht sich vor allem der scharfe Kontrast im Sauerstoff-
gehalt bemerkbar, in der Sole gelöstes Fe 2+ und Mn 2+ werden zu
Fe 3+ , Mn 3+ und Mn 4+ oxidiert. Diese Metalle fallen sofort als
Oxide oder Hydroxide aus (Goethit, Hämatit, Manganit, Groutit,
Todorokit). Die Partikel rieseln abwärts, wobei das Mangan zum
Teil wieder reduziert und gelöst wird. Welche Sulfide, Oxide und
Hydroxide vorwiegend ausgefällt werden, verändert sich mit Zu-
sammensetzung und Temperatur sowohl des hydrothermalen
Wassers als auch der in der Senke angesammelten Sole.
Auch unterhalb des Meeresbodens werden aus dem aufstei-
genden Wasser Erze in Klüften und Poren ausgefällt. Da die
Poren des Sediments ebenfalls mit Sole gesättigt sind, werden die
Metalle innerhalb des Sediments remobilisiert (Anschutz et al.
2000). Diagenetisch beziehungsweise durch sulfatreduzierende
Bakterien bildet sich zusätzlicher Pyrit.
Ähnlich wie Atlantis II müssen wir uns bei der Entstehung
von SEDEX-Lagerstätten eine mit Sole gefüllte Senke vorstellen.
Allerdings befinden sich diese in Sedimentbecken weit entfernt
von aktivem Vulkanismus, während im Fall von Atlantis II der
Basaltvulkanismus der beginnenden Ozeanspreizung nicht weit
ist. Es gibt aber auch VMS-Lagerstätten, die ähnlich wie Atlantis
II entstanden sind (Solomon et al. 2004), darunter mehrere Bei-
spiele im Iberischen Pyritgürtel ( 7 Abschn. 4.16.4 ).

Tab. 4.8 Durchschnittliche Metallgehalte in massiven Sulfiden an
Mittelozeanischen Rücken und in Backarc-Becken von Inselbögen.
Nach Herzig & Hannington 1995.

Mittelozeanische Rücken Backarc

Fe (wt %) 23,6 13,3

Zn 11,7 15,1

Cu 4,3 5,1

Pb 0,2 1,2

As 0,03 0,1

Sb 0,01 0,01

Ba 1,7 13,0

Ag (ppm) 143 195

Au (ppm) 1,2 2,9

4.15.2 Marine Sole-Pools und Atlantis II

Die Dichte von Salzwasser ist vor allem von der Temperatur
und vom Salzgehalt abhängig. Wenn das an einer heißen Quelle
am Meeresboden austretende Wasser eine größere Dichte als
das Meereswasser hat, steigt es nicht wie bei den Schwarzen
Rauchern weiter auf, sondern sinkt stattdessen ab und sammelt
sich in Senken, in denen metallreicher Schlamm abgelagert wird.
Das kann in der Nähe von Schwarzen Rauchern in der Tiefsee
passieren, an weniger heißen Quellen, aber zum Beispiel auch bei
Hydrothermalsystemen am Kontinentalrand in relativ geringer
Wassertiefe. Rezente Beispiele gibt es im Golf von Kalifornien,
im Golf von Mexiko, im Roten und im Schwarzen Meer. Am
bekanntesten ist die Atlantis-II-Senke im Roten Meer.
Das Rote Meer ( . Abb. 4.58 ) ist ein gerade erst durch das
Auseinanderbrechen eines Kontinents neu entstehender Ozean.
Den Norden bildet ein kontinentales Grabensystem in fortge-
schrittenem Stadium, in dem noch immer kontinentale Kruste
gedehnt wird. Im Süden bildet sich hingegen in der zentralen
Achse bereits an einem mittelozeanischen Rücken neue ozeani-
sche Kruste. Dazwischen befindet sich eine Übergangszone, mit
kleinen, quasi embryonalen mittelozeanischen Rücken in stark
gedehnter kontinentaler Kruste. Atlantis II und einige weitere
Senken befinden sich unmittelbar südlich der Übergangszone, in
einem Bereich, der stark von Seitenverschiebungen gestört ist.
Einige sind hydrothermal aktiv und bis zum Rand mit warmer
Sole (Salzwasser) gefüllt.
Die Atlantis-II-Senke ( . Abb. 4.59 ) ist etwa 6 km breit, 12 km
lang und der Boden zwischen 200 und 300 m tiefer als der Mee-
resboden (1900 m Wassertiefe) der Umgebung. Gefüllt ist sie
mit mehreren Schichten von Sole, die sich nicht vermischen und
zwischen denen scharfe Sprünge in der Temperatur und im Salz-
gehalt auftreten. Die Dicke der Schichten, ihre Temperatur und
Zusammensetzung sowie die Anzahl der oberen Schichten hat
sich bei wiederholten Messungen über drei Jahrzehnte hinweg
leicht verändert. So ist die Temperatur der untersten Schicht
(LCL) von 54 °C auf 67 °C gestiegen. Diese Schicht ist anaerob

Kasten 4.25 Leben in den Sole-Pools

Senken am Meeresboden, in denen sich anoxische und
hypersaline Sole angesammelt hat, sind nicht frei von Leben.
In einem Pool im Golf von Mexiko beispielsweise leben hun-
dertmal mehr Mikroorganismen als im Meerwasser darüber,
mehr als ein Dutzend unterschiedliche Stämme, die auf un-
terschiedliche Weise Stoffwechsel betreiben. Manche redu-
zieren Sulfat, andere bauen Fettsäuren zu Acetat ab, aus dem
wieder andere Methan produzieren (Joye et al. 2009).