Wirkung und Bedeutung von kontaminations-bedingten Variationen der Schmelzzusammensetzung der Tweerivier und Bulhoekkop Karbonatite, Südafrika, unter besonderer Berücksichtigung ihrer SEE-Mineralisierung.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Karbonatite sind wichtige Lagerstätten für Seltene Erden (SEE). Dies spiegelt sich in der Tatsache wider, dass SEE-Explorationsprojekte weltweit von Karbonatiten und den dazugehörigen Gesteinsarten dominiert werden. Die außergewöhnliche Anreicherung von Seltenen Erden in karbonatitischen Schmelzen wird im Allgemeinen auf eine Kombination von Parametern zurückgeführt, darunter partielles Schmelzen angereicherter Mantelquellen mit niedrigem Grad, Kristallfraktionierung, Schmelzentmischung und hydrothermale Alteration. Die Auswirkungen der Kontamination durch Krusten- und kogenetische Gesteine als potenzieller Prozess erster Ordnung sind jedoch nur wenig erforscht. Das geförderte Projekt kombiniert Untersuchungen an den Karbonatitkomplexen Gross Brukkaros, Dicker Willem und Kieshöhe in Namibia sowie an den Karbonatitkomplexen Bulhoek, Tweerevier, Welgevonden, Nooitgedacht und Palabora in der Republik Südafrika. Die Ergebnisse belegen eindeutig, dass die Wechselwirkung von Karbonatit-Magma mit silikatischem Wandgestein und Xenolithen die SEE-Mineralisierung von Karbonatiten erheblich beeinflussen kann. Dies betrifft sowohl die magmatische Mineralisierung diskreter SEE-Mineralien, die je nach Intensität der Kontamination systembedingte Veränderungen in der Art der SEE-Mineralien aufweisen kann (z. B. das spezifische Auftreten von Allanit und Britholith), als auch die magmatische Mineralisierung von SEE- haltigen Mineralien wie Apatit, die durch Kontamination (Si-beteiligte Britholith-Substitution) gezielt SEE einbauen und damit die Restschmelze an SEE verarmen. Darüber hinaus können hydrothermale, postmagmatische Prozesse bei der Umverteilung von Seltenen Erden auch stark durch das Vorhandensein von Silikaten (gebildet durch vorherigen magmatischen Xenolith-Eintrag/-Kontamination) beeinflusst werden, da mit Silizium angereicherte Fluide im karbonatreichen System unterschiedliche Ligandeneigenschaften besitzen. Die ausgewählten, oben genannten Beispiele sind dafür bekannt, dass sie eine große Variabilität an krustalen Xenolithen aufweisen (BIF, sedimentäre Dolomite, Granite, Anorthosite und Gabbros, aber auch alkalische magmatische Gesteine) und unterschiedliche Mengen an Silikatmineralen (z. B. Amphibol, Klinopyroxen, Glimmer, Tremolit) enthalten, die auf die Wirkung der krustalen Kontamination zurückgeführt werden können. Die Fallstudien von Gross Brukkaros, Dicker Willem, Welgevonden, Nooitgedacht und Palabora zeigen deutlich den Einfluss der Krustenkontamination durch verschiedene chemisch kontrastierende Verunreinigungen, während die Fallstudie von Kieshöhe den Einfluss von silikatischen Xenolithen auf die hydrothermalen und supergenen Phasen und die damit verbundenen SEE-Anreicherungen zeigt. Die Kontamination durch Krustenmaterial einer Karbonatitschmelze ist also ein Prozess erster Ordnung, der in jeder Phase der Mineralisierung und Umverteilung berücksichtigt werden muss.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Silicates in carbonatites – origin and interpretation. Goldschmidt2022 abstracts. European Association of Geochemistry.
Giebel, R. Johannes; Marks, Michael A.W.; Walter, Benjamin & Markl, Gregor
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The Kieshöhe carbonatites of southwestern Namibia–the post-magmatic role of silicate xenoliths on REE mobilisation. Communications of the Geological Survey of Namibia, 25, 1-31
Walter, B. F., Giebel, J., Marlow, A. G., Siegfried, P. R., Marks, M., Markl, G., Palmer, M. & Kolb, J.
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Crustal contamination and rare earth element enrichment in the Nooitgedacht Volcano, South Africa: Petrographic, mineralogical, and isotopic insights into carbonatite evolution. GeoBerlin. 03.-07.09.23. Berlin, Germany
Raza, M., Giebel, R.J., Kolb, J. & Walter. B.F.
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Deep-stuck Ti-rich carbonatites: A link to the composition of primitive carbonatite melts? GeoBerlin. 03.-07.09.23. Berlin, German
Giebel, R.J., Walter, B.F., Marks, M.A.W. & Markl, G.
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Mineralogy and origin of a silico carbonatite mega xenolith in the alvikites of the Dicker Willem Complex (Namibia). GeoBerlin. 03.-07.09.23. Berlin, Germany
Kemmler, L., Giebel, R.J. & Walter. B.F.
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The carbonatite melt – granite wall-rock interaction: A case study on the Bulhoek carbonatites, South Africa. GeoBerlin. 03.-07.09.23. Berlin, Germany
Sauter, O., Giebel, R.J. & Walter. B.F.
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The eruption interface between carbonatitic dykes and diatremes – The Gross Brukkaros volcanic field Namibia. Chemical Geology, 621, 121344.
Walter, Benjamin F.; Giebel, R. Johannes; Siegfried, Pete R.; Gudelius, Dominik & Kolb, Jochen
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Crustal wall-rock assimilation and metasomatism of carbonatite melts – key processes for HFSE enrichment? EMC 2024 (European Mineralogical Conference). 18-23.08.2024. Dublin, Ireland
Walter, B.F., Marks, M.A.W., Giebel, R.J. & Markl G.
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Multi-Stage evolution of the Nooitgedacht Carbonatite: Apatite and Pyrochlore Geochronology using In-Situ LA-ICPMS U-Pb Dating. Petrology, Petrophysics and Geochemistry Section Meeting 2024, Karlsruhe
Raza, M., Giebel, R.J., Beranoguirre, A., Kolb, J. & Walter. B.F.
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Pyrochlore: A window into magmatic and hydrothermal evolution of Nooitgedacht carbonatite, South Africa. 8th GOOD Meeting (Geology of Ore Deposits). 17-18.03.2024. Freiberg, Saxony, Germany
Raza, M., Giebel, R.J., Staude, S., Kolb, J. & Walter, B.F.
