Anreicherung und Transport von Chrom in magmatischen Systemen in Mantle und Kruste

• Antragsteller: Professor Dr. Roman Botcharnikov, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441302094

Chrom ist ein Rohstoff mit großer ökonomischer Bedeutung für die EU, vor allem im Hinblick auf eine nachhaltige Versorgung. Bei der Chrom-Gewinnung wird auf vier Lagerstättentypen zurückgegriffen: stratiforme-, podiforme-, Seifen- und lateritische Vorkommen, von denen vor allem die stratiformen und podiformen Typen von wirtschaftlicher Bedeutung sind. Innerhalb der EU wird Chrom ausschließlich aus podiformen Lagerstätten gewonnen, die eng mit ultramafischen Lithologien assoziiert sind. Die Koppelung der Chromvorkommen an diese ultramafischen Einheiten belegen den Ursprung im oberen Erdmantel. Die sehr niedrige Cr-Konzentration, die zur Sättigung der Magmen mit Chromit erforderlich ist, zeigt, dass die augenscheinlich ineffektiven Anreicherungsprozesse sowohl während des Ausschmelzens als auch während Kristallisation des Magmas ausreichend sind, um podiforme Lagerstätten zu bilden. Doch trotz zahlloser Studien und vorgeschlagener Mechanismen zur Cr-Anreicherung existiert bisher kein umfassendes Modell zur Bildung dieser Cr-Lagerstätten.In unserem Projekt sollen die Prozesse untersucht werden, die zur Anreicherung von Cr in magmatischen Systemen führen, vom Erdmantel bis in die Lagerstätten. Dieses Ziel soll mit Hilfe eine experimentelle Studie - gestützt durch einen Modellierungsansatz - erreicht werden, die sich auf folgende drei Phasen der Cr-Anreicherung konzentriert: 1.) Partielles Schmelzen im Erdmantel; 2.) Entwicklung der Schmelzen; und 3.) Schmelztransport, Deformationsprozesse und Fluidtransport. In diesem Projekt werden wir uns auf die ersten beiden Schritte beschränken und planen in einer Serie von Experimenten die folgenden physikochemischen Parameter unter Mantel- und Krusten-Bedingungen zu ermitteln: die Chemie und den Schmelzgrad der Quellregion, die Verteilung von Cr zwischen den Mantel- und den magmatischen Phasen (Ol, Opx, Cpx und Spinell) während des Aufschmelzens und während der anschließenden Kristallisation. Eine besonders wichtige Rolle kommt dabei dem Wassergehalt und den Redox-Bedingungen zu, wie sie im Supra-Subduktionszonen-Regime von Ophiolitkomplexen vorherrschen, mit denen podiformen Cr-Lagerstätten assoziiert sind. Die gewonnenen experimentellen Daten werden in thermodynamische Codes integriert und sollen zur Entwicklung eines allgemeinen Modells zur Chrom-Anreicherung in natürlichen Systemen beitragen.

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