Isotopenchemische Charakterisierung von Spatmagnesitlagerstätten

Land / Region: Österreich

Projektanfang: 01.01.2006

Projektstand: 15.03.2007

Abb. 1: Magnesitlagerstätte Breitenau am Hochlantsch (Steiermark) Quelle: BGR

Magnesium ist ein wichtiger Rohstoff für die Fahrzeug- und Flugzeugbauindustrie (Zuschlagstoff für Aluminiumlegierungen; hochreine Magnesiumlegierungen), in der Stahlgewinnung (Entschwefelung von Eisen und Stahl; Refraktärmaterial) und in der Dämmtechnik (Zuschlagstoff). Seine wirtschaftliche Nutzung wird in der Zukunft zunehmen. So wird auf Grund eines steigenden Bedarfs von Gussteilen aus leichten Mg-Legierungen in der Fahrzeugtechnik ein jährlich um ca.15% steigender Verbrauch von Mg prognostiziert (http://www.members.tripod.com/Mg/mggen.htm). Magnesit- und Dolomitvorkommen stellen die wichtigsten natürlichen Rohstoffquellen für Mg dar (Anteil von ca. 86% der primären Mg-Produktion 2003; Kramer 2003).

Ein Großteil des in Deutschland industriell genutzten Magnesiums muss importiert werden (ca. 500 Tsd t; Harben 2002). In benachbarten EU-Ländern (z.B. Slowakei, Österreich, Spanien) oder EU-Anrainerstaaten (z.B. Türkei, Serbien/Montenegro) werden Magnesitvorkommen abgebaut. So sind Slowakei, Österreich und Spanien nach China und Russland die wichtigsten Exportländer für Magnesit (Harben 2002).

Die Genese der im alpinen Raum wirtschaftlich genutzten schichtgebundenen oder Spat-Magnesitlagerstätten wie z.B. Breitenau (Abbildung 1) wird seit langem kontrovers diskutiert. Während eine Gruppe (z.B. Tufar et al. 1989) die Genese dieses Lagerstättentyps („Radenthein“) durch synsedimentäre bis diagenetische Bildung u. a. mit Mg-Eintrag aus vulkanischen Quellen interpretiert, favorisiert eine andere Gruppe (z.B. Bau & Möller 1992) eine „minerogenetische“ Lagerstättenbildung durch niedrig-temperierte metasomatische Umwandlung von primären Karbonatsedimenten. Im zweiten Fall soll die hydrothermale Mg-reiche Lösung durch Wechselwirkung mit metamorphen Gesteinen entstanden und auch für den SEE-Haushalt der Mg-reichen Karbonate verantwortlich sein. Neuere Untersuchungen zur Chemie von Einschlussfluiden in Spatmagnesiten (Prochaska 2000) sprechen für eine epigenetische Lagerstättenbildung durch Wechselwirkung der karbonatischen Serien mit hochsalinaren hydrothermalen Lösungen.

Absolute Altersbestimmungen für Magnesitlagerstätten dieses Typs wie auch für genetisch verwandte Spatlagerstätten (Siderit) sind nicht bekannt. Von der ersten Gruppe („synsedimentäre bis diagenetische Bildung“) wird ein paläozoisches Bildungsalter entsprechend der stratigraphischen Einstufung der Karbonatschichten angenommen; die zweite Gruppe („minerogenetische Bildung“) favorisiert dagegen ein alpidisches Alter (Stoffzufuhr im Rahmen der alpidischen Metamorphose). In dem Modell von Prochaska („epigenetische Lagerstättenbildung durch Wechselwirkung mit hochsalinaren Lösungen“) wird ein frühmesozoisches Alter angenommen.

Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wird in Kooperation mit der Montanuniversität Leoben die Bildung und das Alter von schichtgebundene Magnesit- und andere Spatlagerstätten (u.a. Siderit) des ostalpinen Raums (zzt. Österreich) mit Methoden der Isotopengeochemie und der Einschlussfluidchemie untersucht. Diese Untersuchungen werden durch die Österreichische Akademie der Wissenschaften gefördert.

Sm-Nd- und Rb-Sr-Untersuchungen an Spatmagnesitlagerstätten der östlichen Grauwackenzone in den Ostalpen (Vorkommen: Oberdorf/Laming, Steiermark) belegen signifikante isotopenchemische Unterschiede zwischen den karbonatischen Nebengesteinen (stratigraphisch unteres Karbon) einerseits und dem Magnesiterzkörper andererseits (Abb. 2). Die Alterationsdolomite im Randbereich der Lagerstätte nehmen eine Zwischenstellung ein. Die Ergebnisse der Sm-Nd-Isotopenuntersuchungen an dem Vorkommen Wald/Schoberpass (Steiermark) sprechen für ein mittel- bis obertriassisches Alter der Magnesitbildung. Das initiale ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd-Isotopenverhältnis der Karbonate dokumentiert hier einen Elementeintrag aus einer Quelle mit relativ primitiver Nd-Isotopensignatur.

Abb. 2: 87Sr / 86Sr- und 143Nd / 144Nd-Isotopenverhältnisse Quelle: BGR

⁸⁷Sr/⁸⁶Sr- und ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd-Isotopenverhältnisse von Proben längs eines Profils über Nebengesteinskarbonate (links im Abstand -10 – 0 m zum Kontakt) und Alterationsdolomite (rechts im Abstand 0 – ca. 3 m vom Kontakt) in den Magnesithaupterzkörper (rechts ab ca. 3 m vom Kontakt) von Oberdorf/Laming (Steiermark).

Erste Ergebnisse werden auf der internationalen Tagung der Society for Geology Applied to Mineral Deposits (9^th SGA Biennial Meeting, Dublin 2007) vorgestellt (Prochaska & Henjes-Kunst 2007).

Literatur:

• Bau, M. & Möller, P. 1992: Mineral. Petrol. 45, 231-246.
• Harben, P.W. 2002: The Industrial Minerals HandyBook (4^th edition).
• Kramer, D.A. 2003: Magnesium-2003, U.S. Geological Survey Minerals Yearbook-2003
• Prochaska, W. 2000: Magnesite and talc deposits in Austria. Mineralia Slovaca 32, 543 -548.
• Prochaska, W. & Henjes-Kunst, F. 2007: The origin of sparry magnesite in the Eastern Alps (Austria): evidence from inclusion fluid and Sr-Nd isotope chemistry. 9^th SGA Biennial Meeting, Dublin 2007
• Tufar, W. et al. 1989: Monogr. Ser. Mineral Deposits 28, 135-172.

Partner:

• Department Angewandte Geowissenschaften und Geophysik, Montanuniversität Leoben, Österreich
• Institut für Geowissenschaften, Universität Frankfurt am Main
• Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik, Ruhr-Universität Bochum