Dr. Jan Falkenberg

Titel des Projekts: Magmatische und hydrothermale Voraussetzungen für porphyrisch-epithermale Mineralisierung in kontinentalen Vulkanbögen, Thrakien, Nordost-Griechenland

Das Schwerpunktprogramm „Dynamics of Ore Metals Enrichment – DOME (SPP 2238) konzentriert sich auf die Beantwortung offener Fragen zur Dynamik der Anreicherung von Erzmetallen in der Natur. Um wirtschaftlich wertvolle und nachhaltige Ressourcen zu erhalten, müssen die meisten Metalle um einen Faktor von etwa 1000 gegenüber den typischen Konzentrationen in der Erdkruste und im Erdmantel angereichert werden. Die Erstellung schlüssiger und vorhersagbarer Modelle ist von größter Bedeutung für die Sicherung der Rohstoffe für die heutigen und künftigen Generationen.
Unser Projektteil konzentriert sich auf die Eingrenzung der magmatischen und hydrothermalen Voraussetzungen, die zur Bildung wirtschaftlich wertvoller Erzlagerstätten erforderlich sind. Wir werden verschiedene plutonische und subvulkanische/vulkanische Gesteine im magmatischen Korridor Maronia-Leptokarya (Thrakien, Nordost-Griechenland) beproben, die porphyrisch-epithermale Vererzungen beherbergen und ein natürliches Laboratorium für die Untersuchung von Erzbildungsprozessen in Lagerstätten darstellen, die in verschiedenen Krustentiefen und seitlichen Ausdehnungen der Paläo-Subduktionszone abgelagert wurden. Ein Hauptziel ist die Eingrenzung der magmatischen Bestandteile der Metallanomalien in diesem post-subduktiven und post-akkretiven Umfeld. Auf der Ebene der Lagerstätten werden wir uns auf die Chemie der hydrothermalen Sulfide in verschiedenen Gangtypen der porphyrisch-epithermalen Mineralisierung konzentrieren, die mit verschiedenen Alterationsassemblagen verbunden sind, und die hydrothermalen Prozesse ermitteln, die die exotische Mineralogie und die Elementanreicherungen der kritischen und energiekritischen Elemente (z. B. Ga, Ge, Se, Sb, Te, Re und Bi) bilden. Durch die Kombination von magmatischen und hydrothermalen Prozessen werden wir Vorhersagemodelle erstellen, die letztendlich erklären werden, warum und wie ein Inselbogensystem mineralisiert wird oder unfruchtbar bleibt.

Verwendete Methoden:

In-situ-Mineralchemie:
Hauptelemente: Elektronenmikrosonde (EPMA)
Spurenelemente: induktiv gekoppelte Laserablation-Massenspektrometrie (LA-ICP-MS)
Chemie des gesamten Gesteins:
Hauptelemente: Röntgenfluoreszenzspektroskopie (XRF)
Spurenelemente: Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS) und Atomfluoreszenzspektrometrie mit Hydridgeneration (HG-AFS)

Titel des Projekts: Submarine hydrothermale Systeme in subduktionsbedingten Umgebungen: Hinweise auf die Entwicklung hydrothermaler Fluide, Metallfraktionierung und Erzgenese.

Submarine hydrothermale Systeme treten entlang divergenter und konvergenter Plattenränder auf der ganzen Welt auf. Meerwasser dringt durch Gänge wie Verwerfungen in den Meeresboden ein, erwärmt sich und entwickelt sich aufgrund der Fluid-Gestein-Wechselwirkung in einer hydrothermalen Zirkulationszelle zu einem sauren, heißen und reduzierenden „Fluid-Cocktail“, der mit Metallen und Metalloiden angereichert ist. Bei Kontakt mit kaltem, sauerstoffhaltigem Meerwasser fallen Sulfidminerale aufgrund rascher Veränderungen der physikalisch-chemischen Fluidparameter (z. B. Temperatur, pH-Wert, Sauerstoff- und Schwefelflüchtigkeit) aus und bilden „Black Smoker Chimneys“. Diese unterseeischen „heißen Quellen“ wurden als mögliche Quelle für frühes Leben auf der Erde angesehen. Darüber hinaus wird angenommen, dass sie moderne Analoga zu vulkanischen Massivsulfidlagerstätten (VHMS) sind, die derzeit an Land abgebaut werden. Massivsulfide im Meeresboden können eine wichtige künftige Ressource für metallische Rohstoffe sein, die z. B. für den „grünen Übergang“ benötigt werden, und könnten den traditionellen Bergbau an Land unterstützen.
Unsere Forschung konzentriert sich auf die Sulfidmineralogie und -geochemie von Pyrit, Sphalerit und Chalkopyrit in submarinen hydrothermalen Schlotfeldern in intraozeanischen Arkumgebungen (z. B. dem Tonga-Kermadec-Inselbogen und dem Lau-Backarc-Becken), die im Vergleich zu ihren Pendants in den mittelozeanischen Rücken typischerweise mit wirtschaftlich wichtigen Elementen wie Kupfer, Gold, Arsen und Antimon angereichert sind. Anhand von Haupt- und Spurenelementen sowie radiogenen (Blei) und stabilen (Schwefel) Isotopensignaturen werden wir die Metall- und Metalloidquellen sowie die Prozesse der Elementanreicherung und -fraktionierung entschlüsseln, die zu diesen Metallanomalien am Meeresboden führen. Das Verständnis dieser Prozesse ist von grundlegender Bedeutung für die Entwicklung neuer Explorationsinstrumente für Massivsulfide am Meeresboden und für Lagerstätten an Land.

Verwendete Methoden:

In-situ-Mineralchemie:
Hauptelemente: Elektronenmikrosonde (EPMA)
Spurenelemente: induktiv gekoppelte Laserablation-Massenspektrometrie (LA-ICP-MS)
Radiogene Isotope:
Pb-Isotope: Induktiv gekoppelte Multikollektor-Massenspektrometrie (MC-ICP-MS)