Mechanismen der Vanadiumanreicherung in Schieferlagerstätten: Erkenntnisse aus einem neuartigen Redox-Tracer (Projekt MoVE)

• Antragsteller: Ashley Martin, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Paläontologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521737749

Der Bedarf an redox-sensitiven Metallen wie Vanadium (V) steigt im Rahmen der Energiewende, da große Mengen dieser kritischen Metalle für die Produktion wiederaufladbarer Redox-Batterien zur Speicherung erneuerbarer Energie benötigt werden. Diese neuen Hightech-Anwendungen in Verbindung mit der aktuellen Verwendung von V in Stahllegierungen erfordern neue V-Quellen, z.B. V in Schieferlagerstätten. Solche V-reichen Lagerstätten sind in Nordamerika, China und Europa bekannt, aber ihre Entstehung ist unsicher. Alle V-reichen Schieferlagerstätten sind organik-reich, es wird angenommen, dass sie sich in begrenzten Becken unter euxinischen (anoxischen und sulfidischen) Bedingungen bilden. Es gibt anhaltende Debatten über ihre Entstehungsmechanismen: 1) die relative Bedeutung einer Meerwasser- gegenüber einer hydrothermalen Quelle; und 2) ob sich die Lagerstätten unter einer euxinischen Wassersäule oder in der suboxischen Zone mit einer fluktuierenden oxisch-anoxischen Schnittstelle gebildet haben. Da diese Ablagerungen organik-reich sind, werden auch Mikroorganismen bei der Anreicherung von Metallen vermutet, was jedoch wenig erforscht ist. Das Projekt MoVE wird neue Entwicklungen in der Isotopengeochemie und die interdisziplinäre Zusammenarbeit mit Mikrobiologen innovativ kombinieren, um diese Debatten voranzubringen. Ein zentraler Schwerpunkt dieses Projekts ist die Anwendung des neuartigen V-Isotopen-Redox-Proxys auf V-Schieferlagerstätten an zwei Orten: die Jangtse-Plattform in Südchina und das Selwyn-Becken in Nordwest-Kanada. Vanadium-Isotope sind ein leistungsfähiger Redox-Anzeiger, da ihre Isotopensignatur mit der Ausfällung von V unter oxischen, anoxischen und euxinischen Wassersäulen verknüpft ist. Darüber hinaus gibt es eindeutige V-Isotopensignaturen für V-Mineralisation in hydrothermal überprägten Sedimenten. Diese neue V-Isotopendaten wird quantitative Beweise zur Klärung der Frage zur V-Quelle (hydrothermal bzw. Meerwasser) liefern. Wenn die Daten keine hydrothermale V-Quelle anzeigen, werden die V-Isotopendaten zeigen, ob die Wassersäule dauerhaft oxisch, anoxisch bzw. euxinisch war oder zwischen diesen Redoxzuständen oszillierte. Um die Rolle von Organik und Mikroorganismen bei der Anreicherung von Metallen besser zu verstehen, erfolgt ein interdisziplinärer Ansatz:1) Kombination von V-Isotopen- und Stickstoff-Isotopen-Messungen, um die biologische Produktivität während der Entstehung von V-reichen Schieferlagerstätten zu klären, und 2) Erstellung des ersten V-Isotopen-Datensatzes über experimentelle mikrobielle V-Reduktion. Das Projekt MoVE verfolgt also einen interdisziplinären Ansatz, bei dem das V-Isotopensystem als neuer Redox-Anzeiger mit traditionellen stabilen Isotopen und mikrobiellen V-Reduktionsversuchen kombiniert wird. Dieses Projekt wird Modelle für die Entstehung V-Schieferlagerstätten verfeinern und die Zusammenarbeit zwischen Geologen, Geochemikern und Mikrobiologen vertiefen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2238: Dynamik der Erzmetallanreicherung - DOME
• Internationaler Bezug: Großbritannien