Selten-Metall Anreicherung in magmatischen Karbonatit-Systemen: Teil B. Verständnis der Rolle der fraktionierten Kristallisation und der Unmischbarkeit von Flüssigkeiten durch experimentelle Simulationen von Silicat-Carbonatit-Systemen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Roman Botcharnikov, Ph.D.; Professor Dr. Francois Holtz; Professorin Dr. Marion Tichomirowa
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441301869

Karbonatitvorkommen stellen die wichtigsten Lagerstätten für Seltenerdelemente und Nb dar. Ein Großteil der erzführenden karbonatitischen Komplexe sind mit SiO2-untersättigten alkalinen Vulkaniten assoziiert und werden als Differentiationsprodukte eines Karbonat-reichen basanitischen bis nephelinitischen Magmas verstanden. Der Fraktionierungsprozess, die Auswirkungen der Entmischung von karbonatischen und silikatischer Schmelze, sowie die Verteilung von Spurenelementen zwischen diesen koexistierenden Schmelzen sind bisher kaum verstanden. Die wenigen vorhandenen experimentellen Daten deuten auf eine Anreicherung der Spurenelemente in der silikatischen Schmelze hin, was allerdings im Gegensatz zu den Beobachtungen steht, die an natürlichen Vorkommen gemacht wurden.Das von uns beantragte Projekt widmet sich diesen offenen Fragenstellungen. Es sind Hochdruck/Hochtemperatur-Experimente geplant, um die Bedingungen zu ermitteln, bei denen sich im Zuge der Fraktionierung des nephelinitischen Magmas Schmelzen entmischen können und um zu untersuchen, ob die Entmischung von Schmelzen durch eine Silikat-Karbonat-Entmischung unter Bildung von Karbonatmineralen umgangen werden kann. Die Druckbedingungen von 0.1-1.5 GPa sind geeignet die Magmen-Entwicklung von Manteltiefe bis in oberflächennahe Bereiche zu simulieren. Mit Hilfe der Ergebnisse der Kristallisationsexperimente kann die Elementverteilung von Spurenelementen zwischen silikatischer und karbonatischer Schmelze, sowie den Mineralphasen (z.B. Clinopyroxen, Perowskit, Apatit) ermittelt werden. Zudem sind Testexperimente geplant, um den Einfluss zusätzlicher Liganden (F-, Cl-, PO43- und SO42-) auf die Mischungslücke zwischen silikatischer und karbonatischer Schmelze zu untersuchen. Damit können auch metasomatische Wechselwirkungen zwischen residualer natrokarbonatitischer Schmelze und Mineralen, die als Frühausscheidungen des kristallisierenden nephelinitischen Magmas vorliegen, untersucht werden.Die Startmaterialien für die Experimente werden dabei so ausgewählt, dass die Ergebnisse möglichst gut auf natürliche Vorkommen, wie z.B. die Kola Alkaline Province, ein klassisches Beispiel für erzführende Karbonatite, anwendbar sind.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2238: Dynamik der Erzmetallanreicherung - DOME
• Mitverantwortliche: Dr.-Ing. Stephan Buhre, Ph.D.; Professor Dr. Reiner Klemd; Professor Dr. Bernhard Schulz