Glut statt heiße Quellen: Die wichtigsten Eisenerz-Vorkommen Europas haben offenbar doch einen vulkanischen Ursprung – sie entstanden aus glutheißem Magma. Das belegen Isotopenanalysen von Erzproben des sogenannten Kiruna-Typs aus Schweden, Chile und dem Iran. Die Daten widerlegen damit die Theorie, nach der diese Magnetit-Vorkommen in hydrothermalen Quellen gebildet wurden, wie die Forscher im Fachmagazin „Nature Communications“ berichten.
Eisenerze gehören zu den wichtigsten Rohstoffen weltweit und wurden schon vor Jahrtausenden von verschiedensten Kulturen verarbeitet. Das Erz kommt dabei je nach Region in unterschiedlichen Formen vor: In Südafrika und Australien dominieren Bändererze. Diese geschichteten Lagerstätten von Hämatit (Fe2O3) und Magnetit (Fe3O4) wurden einst im Urozean abgelagert und entstanden je nach Theorie unter Mithilfe von Bakterien oder in hydrothermalen Schloten.
Streit um Ursprung der Kiruna-Erze
In Europa jedoch sind Eisenerze vom Kiruna-Typ der mit Abstand wichtigste Eisenlieferant. Auf diesen nach ihrem Hauptvorkommen im schwedischen Kiruna benannten Magnetitvorkommen beruhen rund 90 Prozent der europäischen Eisenproduktion. Doch wie diese Erze einst gebildet wurden, ist schon seit gut 100 Jahren stark umstritten, wie Valentin Troll von der Universität Uppsala und sein Team erklären.
Einer Hypothese nach ist das Kiruna-Erz vulkanischen Ursprungs: Es kristallisierte direkt aus mehr als 800 Grad heißem Magma oder ähnlich heißen magmatischen Fluiden aus. Der zweiten Hypothese zufolge hat das Kiruna-Magnetit dagegen einen kühleren, hydrothermalen Ursprung. Dabei zirkulierten weniger als 400 Grad heiße, wässrige Flüssigkeiten durch das Untergrundgestein und lösten dabei Eisen aus dem Gestein. Dieses fiel dann bei Abkühlung als Erz aus.
Eisenerze im Isotopen-Vergleich
Das Problem: „Beide Hypothesen, die magmatische und die hydrothermale, lassen sich in TeiIen durch Feldbeobachtungen, Texturvergleiche und die Mineralchemie stützen“, sagen Troll und seine Kollegen. „Aber ein breiter geochemischer Ansatz, um beide Hypothesen lagerstättenübergreifend zu prüfen, fehlte bislang.“
Das haben die Forscher nun nachgeholt. Für ihre Studie verglichen sie Isotopenwerte für Sauerstoff und Eisen bei Erzproben aus vier großen Vorkommen von Eisenerz vom Kiruna-Typ. Die Magnetitproben stammten aus den schwedischen Lagerstätten Kiruna und Grängesberg, aus dem El Laco-Distrikt in Chile und den Bafq-Minen im Iran. Die Isotopenwerte der Erze verglichen die Forscher mit Referenzproben von vulkanischem und hydrothermalem Material.
80 Prozent Übereinstimmung mit vulkanischem Ursprung
Das Ergebnis: Die Isotopenwerte von 80 Prozent der Erzproben passten eher zu einem heißen, vulkanischen Ursprung als zu einem hydrothermalen: „Wir stellen fest, dass die Proben aus Kiruna, Grängesberg, El Laco und Bafq mit den Daten der plutonischen und vulkanischen Referenzproben übereinstimmen“, berichten die Forscher. Nur einige Erzproben aus isolierten Erzgängen und mit weniger dichtem Magnetgehalt lieferten Hinweise auf kühlere, hydrothermale Umformungen.
„Unseres Wissens nach ist dies die erste systematische Vergleichsstudie dieser Eisenerze in globalem Maßstab“, konstatieren die Wissenschaftler. „Nach dieser sind Erze vom Kiruna-Typ primär magmatischen Ursprungs.“ Diese Eisenminerale wurden demnach aus dem glutheißen Magma abgeschieden.
Hilfreich für die Rohstoffsuche
Sollten sich diese Ergebnisse bestätigen, wäre der alte Streit über den Ursprung dieses wichtigen Eisenzerzes entschieden. Das Wissen um die Entstehung solcher Vorkommen könnte dabei helfen, weitere Lagerstätten dieses Erzes aufzuspüren. Wichtig sind die neuen Erkenntnisse aber auch, weil die Kiruna-Erze neben Eisen noch weitere wertvolle Rohstoffe enthalten, darunter vor allem Seltenerd-Metalle, aber auch Phosphor. (Nature Communications, 2019; doi: 10.1038/s41467-019-09244-4)
Quelle: Uppsala University
