ANTIFRAC – Antimon-Isotopenfraktionierung
Das DFG-Schwerpunktprogramm “Dynamics of Ore Metals Enrichment – DOME” befasst sich mit Fragestellungen rund um die Entstehung von Erzvorkommen. Wie entwickeln sie sich, wie lassen sie sich, vor allem nachhaltig, erschließen?
- Laufzeit: 01.01.2024-31.12.2024
- Förderer: Deutsche Forschungsgemeinsschaft
Das seit 2020 laufende Programm wurde nach erfolgreicher Evaluation 2023 um weitere drei Jahre verlängert, in deren Zeitraum 26 neue einzelne Forschungsvorhaben starteten. Ein Forschungsvorhaben, das am CEZA in Mannheim realisiert wird, untersucht die Antimon-Isotopenfraktionierung in Stibniten aus verschiedenen Antimon (Sb)-Quellen (DFG-Forschungsvorhaben „Antifrac“).
Erzlagerstätten sind seit jeher die Basis technischer Errungenschaften – und immer wieder wird ihre Verfügbarkeit zum Problem. Zurzeit besteht eine akute Angebots-Nachfrage-Kluft vor allem für sogenannte „kritische“ Metalle, die für Spitzentechnologien zur Bekämpfung des globalen CO2-Ausstoßes unerlässlich sind. Um das zu ändern, müssen neue Erzlagerstätten gefunden und erschlossen werden. DOME soll dabei helfen, das Verständnis erzbildender Prozesse und der Eigenschaften von Erzvorkommen sowie dazugehörige Modelle zu verbessern. So lassen sich Explorationsstrategien entwickeln und verfeinern, aber auch Recycling- und Aufbereitungsprozesse weiterentwickeln.
Das Schwerpunktprogramm führt Forschende aus verschiedenen Bereichen zusammen, die gemeinsam an der Entschlüsselung der komplexen Prozesse der Erzbildung mitwirken und multidisziplinäre Beiträge in Form von fortschrittlichen experimentellen, analytischen oder numerischen Methoden einbringen. Ziel ist es, neue Einblicke in die Komplexität der Erzbildung und ein besseres Verständnis der Bildungsprozesse zu gewinnen.
Antimon-Isotopenfraktionierung in Stibniten aus verschiedenen Antimon (Sb)-Quellen
Das Forschungsvorhaben am CEZA fokussiert sich auf die Isotopensystematik von ¹²³Sb/¹²¹Sb in Stibnit (Antimonit) und läuft vom 1. Januar bis zum 31. Dezember 2024. Antimon-Isotope konnten vor der Entwicklung neuer hochauflösender Multikollektor-ICP-MS nicht gemessen werden und stellen daher ein neues Forschungsfeld dar. Einige bisher durchgeführte Studien zur Sb-Isotopenzusammensetzung in Antimonit und Sb-haltigen Mineralen aus einigen Erzlagerstätten in China, Rumänien und den USA haben gezeigt, dass δ¹²³Sb-Werte ein breites Spektrum von negativen bis positiven Werten abdeckt.
(Bildnachweis: Zhai et al. 2021)
Der Grund für diese große Variation ist bislang unbekannt. Als mögliche Erklärungen für die Sb-Isotopenfraktionierung wurden z.B. Redoxreaktionen, Verdunstung, biologische und Niederschlagsprozesse, Adsorption oder Rayleigh-Destillationsmechanismen vorgeschlagen (z.B. Wang et al. 2021 und dort zitierte Quellen).
Die Arbeitshypothese dieses Forschungsvorhabens basiert auf der Kombination von IR-mikrothermometrischen Messungen von Fluideinschlüssen im Antimonit und ¹²³Sb/¹²¹Sb-Isotopenverhältnissen in Proben aus verschiedenen Arten von Sb-Lagerstätten. Proben für die Sb-Isotopenanalysen werden basierend auf IR-mikrothermometrischen Daten (Bildungstemperatur, Salinität der wässrigen Einschlussfüllungen) ausgewählt, um eine mögliche Temperatur-abhängige Sb-Isotopenfraktionierung zu untersuchen. Des weiteren werden Proben mit Einschlüssen unterschiedlicher Salzgehalte, aber konstanten Homogenisierungstemperaturen analysiert, um eine mögliche Fraktionierung von Sb-Isotopen aufgrund unterschiedlicher Komplexierung (d.h. Chlorid vs. OH- oder HS-) nachzuweisen. Darüber hinaus wird getestet, ob eine Sb-Fraktionierung zwischen verschiedenen Typen von Sb-Lagerstätten (z.B. epithermal vs. hydrothermal sedimentgebundene Lagerstätten) besteht.
Die obenstehende Diskussion zeigt, dass die Freisetzung, der Transport und die Ablagerung von Sb wahrscheinlich durch Temperatur und Speziation von Sb in erzbildenden Fluiden gesteuert wird, was sehr wahrscheinlich einen Einfluss auf die Sb-Isotopenfraktionierung hat.