Unklarheit über Bildungsbedingungen erschwert Suche nach lohnenden Rohstoff-Depots Erz-Lagerstätten: Wie entstehen die Riesen? - scinexx | Das Wissensmagazin
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Unklarheit über Bildungsbedingungen erschwert Suche nach lohnenden Rohstoff-Depots

Erz-Lagerstätten: Wie entstehen die Riesen?

Bingham-Tagebau in Utah, eine der weltweit größten Minen für den Abbau von Kupfer, Molybdän, Gold und Silber © J.J. Wilkinson

Große Erz-Lagerstätten sind rar und schwer zu finden. Ein Grund dafür: Wie diese Mega-Lagerstätten entstehen, ist noch immer unklar und deshalb weiß man nicht genau, wo man suchen muss. Zwei Geologen haben nun die Bildung der Erzriesen näher erkundet – kommen dabei aber zu ganz unterschiedlichen Ergebnissen. Entsprechend unterschiedlich fallen auch ihre in „Nature Geooscience“ veröffentlichten Such-Empfehlungen für die Bergbau-Konzerne aus.

Der weltweite Bedarf nach Rohstoffen steigt ständig. Doch die Suche nach lohnenden Lagerstätten ist langwierig und aufwendig. Wer sie entdecken will, sucht buchstäblich die Nadel im Heuhaufen. „Nur eine von tausend potenziellen Lagerstätten, die Firmen untersuchen, wird letztendlich zu einer Mine entwickelt”, erklärt Jamie Wilkinson vom Imperial College London. Dabei wächst der weltweite Rohstoffhunger zusehends. Die Sorge wächst, dass es zu Engpässen kommen könnte – insbesondere bei solchen Metallen, die für moderne Technologien unabkömmlich sind.

Erzansammlungen an Plattengrenzen

Umso wichtiger ist es, die Suche nach Erzlagerstätten effizienter zu gestalten. Dazu gilt es, die geologischen Besonderheiten zu kennen, die zur Entstehung großer Vorkommen führen. Wilkinson und sein Kollege Jeremy Richards von der University of Alberta haben sich beide mit dem Ursprung sogenannter porphyrischer Erze befasst. Diese entstehen meist dort, wo sich tektonische Platten übereinander schieben.

Die Erzkristalle sind dabei fein im Wirtsgestein verteilt. Ein großer Teil des abgebauten Kupfers, Silbers, Goldes und Molybdäns stammt inzwischen aus solchen Vorkommen. Wilkinson und Richards konzentrieren sich auf besonders große Lagerstätten – solche, die beispielsweise mehr als zwei Megatonnen Kupfer oder mehr als 100 Tonnen Gold enthalten. Sie sind besonders lohnend – und besonders selten.

Ist Schwefel die entscheidende Zutat?

Wilkinson vermutet, dass solche Riesen unter den Erzlagerstätten nur entstehen, wenn vier Bedingungen erfüllt sind. Demnach beginnt der Prozess an einer Subduktionszone, wo sich eine tektonische Platte unter die andere schiebt. Unter dem Druck steigt heißes, mineralhaltiges Wasser aus der unteren Platte empor und schmilzt das darüber liegende Mantelgestein auf, das nun als Magma emporsteigt.

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Erste Bedingung für die Entstehung einer Lagerstätte ist, dass diese Schmelze im Laufe der Zeit mit Wasser und gelösten Metallen angereichert wird. Im zweiten Schritt nimmt sie große Mengen an Sulfiden auf. Die Schwefelsalze sorgen dafür, dass die Metalle sich in kleinen, hochkonzentrierten Bereichen sammeln. Von dort aus wandern sie im dritten Schritt in hydrothermale Lösungen, sehr heiße, unter hohem Druck stehende Wasseransammlungen im Gestein. Steigt das Wasser nach oben und kühlt ab, fallen die gelösten Verbindungen im letzten Schritt aus und bilden Erzvorkommen.

Wilkinson ist davon überzeugt, dass die Anreicherung des Magmas mit Schwefel die entscheidende Bedingung für die Bildung reicher Vorkommen von porphyrischen Erzen ist – und dass Bergbauunternehmen bei der Exploration vor allem die Sulfid-Sättigung des Gesteins im Auge haben sollen.

Oder günstiges Zusammentreffen normaler Abläufe?

Richards jedoch sieht die Sache anders: Seiner Meinung nach bedarf es keines besonderen Vorganges, um aus einem mickrigen Erzvorkommen einen Riesen unter den Lagerstätten zu machen. Stattdessen sei es die „zufällige Konvergenz von Prozessen, die maximal effizient und in optimaler Folge ablaufen“. Viele der riesigen Vorkommen, die Richards unter die Lupe genommen hat, zeigen, dass bei ihrer Entstehung zwar gewöhnliche Prozesse abliefen – aber in viel stärkerer Ausprägung als normalerweise der Fall.

An einigen Orten waren die tektonischen Voraussetzungen besonders günstig, in anderen Fällen war das umgebende Gestein besonders gut für die Abscheidung der Erzmineralien geeignet. Richards Tipp für Bergbaukonzerne lautet daher, nach besonderen Ausprägungen des Alltäglichen zu suchen. Der Streit um die Entstehung besonders reicher Vorkommen an Metallerzen schwelt also weiter.

Einig sind sich die beiden Autoren jedoch darin, dass wir die Suche nach Erzen unbedingt effizienter gestalten müsen – sowohl um unseren Rohstoffhunger zu stillen als auch, um die Umwelt nicht unnötig zu belasten. Wer dazu die besseren Tipps gibt, wird letztlich die Praxis entscheiden. (Nature Geoscience, 2013; doi: 10.1038/ngeo1920)

(Nature Geoscience, 14.10.2013 – NSC)

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