Madeira Exkursion

Beitrag von Theo Piet Lehmann

Vulkane können auf unterschiedliche Weise an der Bildung von Lagerstätten beteiligt sein. So kann entweder das vulkanische Material selbst als Rohstoff dienen oder der Vulkan als Wärmequelle oder Wirtsgestein für die Lagerstättenbildung fungieren.

Unter dem Vulkanismus werden alle Prozesse und Erscheinungsformen, die mit dem Austritt von magmatischen Schmelzen oder Gasen an der Erdoberfläche oder dem Meeresboden im Zusammenhang stehen zusammengefasst.

Als Lagerstätten werden natürliche Anhäufungen von Rohstoffen (meistens Erzminerale) bezeichnet, die aus ökonomischem Interesse abgebaut werden können. Die Abbauwürdigkeit einer Lagerstätte richtet sich nach dem Erzgrad (Rohstoffkonzentration), nach der Größe der Lagerstätte und nach den Kosten des Abbaus, die durch die technische Erreichbarkeit beeinflusst werden.

Vulkane als Materiallieferanten

Schon in der Steinzeit erkannten die Menschen das Potential vulkanischer Materialien. So wurden etwa Obsidian (vulkanisches Glas) wegen seiner scharfen Kanten als Schneidewerkzeug oder für Pfeilspitzen verwendet, in massige Tuffe konnten gut klimatisierte, stabile Höhlen gegraben werden.

Auch heute werden vulkanische Gesteine als Bau- und Werkstofflieferanten genutzt. Tuffsteine dienen beispielsweise als Gebäudeverkleidung, Bims mit seinen isolierenden Eigenschaften als Leichtbau- und Dämmmaterial und Basalt als Bahnschotter oder Straßenbelag. Vulkanische Aschen bilden außerdem das Ausgangsmaterial für fruchtbare vulkanische Böden mit hervorragender Wasserspeicherkapazität.

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Durch Entmischungen bzw. Fraktionierung können sich in Lavaströmen und vulkanischen Gängen Erze akkumulieren. Dabei kommt es zur Trennung zweier unmischbarer Schmelzen im flüssigen Zustand. Ein Beispiel hierfür ist der Komatiit, ein Vulkangestein, dass sehr niedrigviskose und heiße Magmen bildet. In Komatiit-Laven können sich durch das Aufschmelzen des Nebengesteins Senken bilden, in denen sich Kupfer- und Nickelsulfide gravitativ absetzen. In Karbonatit-Lavaströmen können sich Seltenerdelemente auf diese Weise akkumulieren, oxidische Erzmagmen bilden als Laven große Magnetit-Hämatit-Apatit-Lagerstätten mit hohen Metallgehalten.

Fumarolen sind bis zu 1000 °C heiße, vulkanische Gas- und Dampf-Exhalationen, die an aktiven Vulkanen aus Spalten und Klüften strömen und durch Sublimation Minerale wie NaCl, KCl und FeCl₃, dass durch Wasserdampf zu Hämatit umgesetzt werden kann, abscheiden. Fumarolen bilden exhalative Lagerstätten.

Solfataren sind Fumarolen, die H₂S-haltige, kühlere Gase bis zu 250 °C ausstoßen und an denen elementarer Schwefel sublimiert und abgebaut wird. Dabei entstehen aus Schwefelwasserstoff- und Schwefeldioxid-Gasen Wasser und Schwefel, welcher direkt als Feststoff kristallisiert (Reaktionsgleichung: 4 H₂S + 2 SO₂ –> 6 S + 4 H₂O). Soffionen sind borhaltige Fumarolen, an welchen das Mineral Sassolin Borlagerstätten bilden kann.

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Vulkane als Wärmequelle

In der Nähe aktiver Vulkane lassen sich häufig heiße Quellen, kochende Schlammtümpel und Geysire als oberirdisch sichtbare Komponenten hydrothermaler Systeme beobachten.

Untermeerische Pendants dazu sind die Schwarzen Raucher, die häufig im direkten Zusammenhang mit Vulkanismus an Inselbögen, in Back-Arc-Becken oder an Mittelozeanischen Rücken auftreten. Es handelt sich dabei um Erzschornsteine aus massivem Sulfid, aus deren Öffnungen dunkle Wolken aus kleinen Sulfid-Kristallen herausströmen.

Schwarze Raucher sind Teil hydrothermaler Konvektionszellen und entstehen durch das Eindringen von kaltem Meerwasser in zerklüftete poröse Basaltlavakruste bis in Tiefen von mehreren Kilometern. In der Umgebung von flachen Magmakammern kann sich das Meerwasser auf mehrere hundert Grad Celsius erhitzen und in Reaktion mit dem vulkanischen Gestein saure Lösungen bilden. Diese aggressiven Lösungen korrodieren das Nebengestein, häufig Vulkanite und Plutonite, in Back-Arc-Bereichen auch Sedimente, sehr stark. Dabei laugen sie es an Elementen, und vor allem Schwermetallen, aus und reichern sich mit diesen an. Die Metalle werden dabei als Komplexionen transportiert. Aus Dichtegründen steigen die heißen, hydrothermalen Lösungen wieder bis zum Meeresboden auf und vermischen sich dort mit dem kalten Meerwasser. Dabei kommt es zu einer sofortigen Abkühlung und Übersättigung der Lösung und der anschließenden Ausfällung massiger Sulfide wie Kupfer-, Eisen-, Nickel-, Zink- und Blei-Sulfid. Es bilden sich zonar gebaute Erzschornsteine, deren Sulfid-Gehalt nach außen und oben hin abnimmt. Im äußeren Bereich dominieren Anhydrit, Baryt und amorphe Kieselsäure.

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Die Schornsteine können pro Tag mehrere Zentimeter wachsen und etwa zehn Meter hoch werden, bevor sie kollabieren. Aus kollabierten Schornsteinen und direkter Mineralausfällung bilden sich Erzhügel, die durch Rekristallisation, Kornvergrößerung und dem Auffüllen von Hohlräumen massive Anreicherung von Buntmetall-Sulfiden bilden, die als Nebenprodukte häufig Gold und Silber enthalten.

Der Abbau rezenter Schwarzer Raucher lohnt sich bei derzeitigen Weltmarktpreisen noch nicht, da sie durch ihre Lage in der Nähe von Mittelozeanischen Rücken schwer erreichbar sind. Das könnte sich jedoch in naher Zukunft, mit steigender Nachfrage, ändern.

Abgebaut werden sie dagegen in Form von vulkanogenen massiven Sulfidlagerstätten (VMS-Lagerstätten), die aus inaktiven Schwarzen Rauchern und Erzhügeln bestehen, die an Ozeanrücken oder Back-Arc-Spreadingrücken entstanden sind, mit Meersediment bedeckt wurden und durch tektonische Prozesse innerhalb von Ophiolithen auf den Kontinent gelangt sind. Weltweit gibt es einige wichtige VMS-Lagerstätten mit hohen Erzanteilen, teilweise sogar mit ökonomisch relevantem Goldanteil.

Ähnlich wie die hydrothermalen Konvektionszellen funktioniert auch die Geothermie. In Vulkangebieten wird hierbei Grundwasser über einer Magmakammer aufgeheizt und kann zum Heizen genutzt werden. Steht der Grundwasserkörper unter hohem Druck und befindet sich unter einer undurchlässigen Schicht, sodass sich das Wasser beim Erhitzen über den Siedepunkt nicht weiter ausdehnen kann, ist es möglich, mit durch Bohrungen entweichendem Dampf Turbinen zur Stromerzeugung anzutreiben.

Vulkane als Wirtsgestein

Der Vulkanbau selbst kann Ablagerungsort von Erzen wie Kupferporphyren, teilweise auch Silber und Gold, sein. In Dachbereichen von magmatischen Intrusionen, insbesondere auch in Vulkanschloten als Ausläufer der Magmakammern, können glockenförmige Erzzonen, in durch hydraulische Aktivität brekziertem Gestein, entstehen. Diese bilden meist Lagerstätten mit geringem Erzgrad, dessen Abbau sich jedoch durch ihre gigantische Ausdehnung lohnt.

Kimberlite sind ultrabasische, brekzierte Gesteine, die aus Erdmantelschmelzen entstehen, durch explosiven, phreatomagmatischen Vulkanismus durch vulkanische Durchschlagsröhren (Diatreme) an Schwächezonen aufsteigen und an die Erdoberfläche gelangen. Diese Explosionsschlote können in Vulkankratern oder Maaren enden. Während des raschen Aufstiegs können Diamanten aus einer diamantführenden Schicht des oberen Erdmantels gelöst und mitgeführt werden, die in großer Tiefe und bei hohen Temperaturen und Drucken entstanden sind. Kimberlit-Schlote bilden die wichtigsten Diamantlagerstätten.

In Kraterseen von Vulkanen und Maaren können abbauwürdige Ölschieferablagerungen entstehen, wie im ehemaligen Maarsee der Grube Messel bei Darmstadt.

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Literatur

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Abbildungen

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10. Okrusch, M., Matthes, S. (2014): Mineralogie. Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde, Springer-Spektrum, 9. Auflage, Berlin, Heidelberg, S. 361.
11. verändert nach: Okrusch, M., Matthes, S. (2014): Mineralogie. Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde, Springer-Spektrum, 9. Auflage, Berlin, Heidelberg, S. 349.
12. Okrusch, M., Matthes, S. (2014): Mineralogie. Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde, Springer-Spektrum, 9. Auflage, Berlin, Heidelberg, S. 251.
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