Die Isotopenfraktionierung von Antimon und Thermodynamik der oxidativen Verwitterung der Stibniterze
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt haben wir die Isotope des Elements Antimon untersucht. Antimon ist ein kritisches Element und wird in vielen Bereichen der Industrie benötigt. Aufgrund des umfangreichen Antimonabbaus gelangt dieses Element in die Umwelt und kann für die menschliche Gesundheit und das Gleichgewicht der Ökosysteme gefährlich sein. Aus diesem Grund haben wir uns besonders auf die Umweltaspekte des Verhaltens von Antimon konzentriert und versucht, die Isotope dieses Elements zu nutzen, um unser Verständnis zu verbessern. Diese Arbeit ist die erste überhaupt, die sich umfassend mit Antimonisotopen während der Verwitterung befasst. In diesem Projekt haben wir eine Reihe neuer Methoden entwickelt, die es uns und anderen Wissenschaftlern ermöglichten, Antimonisotope in verschiedenen Materialien zu messen, auch in solchen, die nur sehr wenig dieses Elements enthalten. Mit unserer Methodik haben wir herausgefunden, dass sich die Isotopenzusammensetzung von Antimon während der Bildung von Erzlagerstätten, während ihrer Verwitterung und bei bakteriellen Wechselwirkungen mit Antimon stark ändert. All diese Veränderungen können dabei helfen, die Bewegung von Antimon in der Umwelt zu verfolgen. Während der Verwitterung ist die Richtung der Isotopendifferenz von Antimon zwischen den verwitternden Mineralien und den Mineralien, die während der Verwitterung entstehen, gleich. Mit anderen Worten: Das leichte Antimonisotop wird bevorzugt in die Verwitterungsminerale überführt. Das schwere Isotop hingegen wird ins Wasser abgegeben und von Bächen und Flüssen in den Ozean getragen. Obwohl diese Tatsache scheinbar nur für die Verwitterung relevant ist, kann sie zur Erklärung von Isotopenschwankungen in Gesteinen und Erzlagerstätten weltweit herangezogen werden. Es gab zwei überraschende Ergebnisse dieses Projekts. Die erste bezieht sich auf Erzlagerstätten. In unserer Arbeit haben wir festgestellt, dass sich die Isotopenzusammensetzung von Antimon mit der Ausfällung der Antimonmineralien zunehmend ändert. Dies bedeutet, dass die untersuchte Erzlagerstätte aus einer einzigen Flüssigkeitsmenge entstanden ist, die sich durch die Kruste ausbreitete und ihren Inhalt in einer geochemischen Falle ablagerte. Das ist faszinierend, weil wir sonst keine Einblicke in solche mittelgroßen Flüssigkeitsbewegungsmuster in der Kruste haben. Es scheint, dass die Isotope des Antimons auch in Zukunft das Potenzial haben werden, solche Erkenntnisse zu liefern. Das zweite Ergebnis von großem Interesse betrifft die Verwitterung. Wir haben festgestellt, dass die sekundären Mineralien von Antimon immer isotopenmäßig leichter sind als die primären Mineralien. Wo sind dann die schweren Isotope? Sie werden ins Wasser abgegeben und in die Ozeane getragen. Wir glauben, dass wir mit dieser Arbeit die Antimon- Isotopenzusammensetzung der Ozeane erklären können. Darüber hinaus verfügen wir über ein Werkzeug zur Erklärung der schweren Isotopensignatur von Sedimentgesteinen, die aus dem isotopenschweren Meerwasser stammen. Diese Ergebnisse geben auch die Möglichkeit zu spekulieren, ob die Sedimentsignatur in magmatischen Gesteinen anhand der Antimonisotope erkannt werden kann.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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In situ determination of antimony isotope ratios in Sb minerals by femtosecond LA-MC-ICP-MS. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 36(7), 1554-1567.
Kaufmann, A. B.; Lazarov, M.; Kiefer, S.; Majzlan, J. & Weyer, S.
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Changes in antimony isotopic composition as a tracer of hydrothermal fluid evolution at the Sb deposits in Pezinok (Slovakia). Mineralium Deposita, 59(3), 559-575.
Kaufmann, Andreas B.; Lazarov, Marina; Weyer, Stefan; Števko, Martin; Kiefer, Stefan & Majzlan, Juraj
