Mineralogenese und geochemische Signatur von Baryt- und Coelestin-Speleothemen

• Antragsteller: Dr. Max Wisshak
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468126028

Speleotheme sind in der Paläoklimatologie als exzellente geochemische Archive für Umweltveränderungen in den Blickpunkt gerückt. Kalzit-Stalagmiten, zum Beispiel, zeigen Wachstumsinkremente deren Zusammensetzung stabiler Isotope die mittleren Jahrestemperaturen in der Höhle und ihrer Umgebung wiedergibt. Abgesehen von klassischen Karbonat-Tropfsteinen werden Speleotheme verschiedenster Art durch eine Vielzahl von Mineralen gebildet, von denen bisher nur wenige auf ihre Eignung als geochemisches Archiv untersucht wurden. Zwei Sulfate sollen Gegenstand des Projekts sein – Baryt (BaSO4) und Coelestin (SrSO4). Sie formen eine Mischkristallreihe und bilden diverse Speleotheme, von denen die größte Vielfalt in der Lechuguilla-Höhle in New Mexico, USA, bekannt wurde. Dazu gehören, unter anderem, grünliche Baryt-Stalaktiten sowie bläuliche Barytkristalle in Sinterbecken, die heute in der vadosen Zone dieser Höhle wachsen. Sie bilden sich trotz der extrem niedrigen Löslichkeit insbesondere von Baryt, weshalb die weit verbreitete Auffassung herrscht, dass Baryt-Speleotheme das Ergebnis hydrothermaler Prozesse sind – eine Ansicht, die eine Hinterfragung verdient. Eine vorläufige Untersuchung der Lechuguilla Baryte zeichnet ein komplexes und letztlich ungelöstes Bild einer temperierten Mineralogenese.Ziel dieses Projekts ist es, die nicht-hydrothermale Bildung von Baryt- und Coelestin-Speleothemen in der Lechuguilla-Höhle anhand ihrer mineralogischen Eigenschaften, ihres geochemischen Fingerabdrucks, der Chemie der ausfällenden Höhlenwässer, und der Rahmenbedingungen an den Orten der aktiven Mineralogenese, näher zu untersuchen und zeitlich einzuordnen. Zwei Expeditionen sollen die ‚fossilen‘ wie auch aktiven Vorkommen von Speleothemen der Baryt-Coelestin-Serie dokumentieren und beproben, sowie Datenlogger zur Aufzeichnung eines saisonalen Zyklus relevanter Umweltparameter an Orten aktiver Mineralbildung platzieren. Zu den Labor-basierten analytischen Zielen gehören Rasterelektronenmikroskopie und Röntgenbeugungsanalyse zur Charakterisierung der mineralogischen Eigenschaften, radiometrische Datierung zur zeitlichen Einordnung, und wellenlängendispersive Röntgenfluoreszenzanalyse sowie Messung stabiler Isotope zur Charakterisierung des geochemischen Fingerabdrucks. Zudem werden die Bestimmung der Ionenkonzentration und der stabile Isotopensignatur der beteiligen Höhlenwässer als Grundlage für die Modellierung und Interpretation der Mineralogenese dienen.Zusammen stützen diese Analysen das übergeordnete Projektziel ein besseres Verständnis der Vielfalt, des Alters, der Provenienz, und der Mineralogenese von Baryt- und Coelestin-Speleothemen im terrestrischen Bildungsmilieu der Lechuguilla-Höhle zu erlangen. Die zu erwartenden Ergebnisse werden über diese Fallstudie hinaus von Bedeutung sein und eine erste Grundlage bieten den Wert von Baryt- und Coelestin-Speleotheme als ein neues geochemisches Archiv für Umweltveränderungen näher zu beurteilen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen