Pinguino In-bearing polymetallic vein deposit, Deseado Massif, Patagonia, Argentina: characteristics of mineralization and ore-forming fluids

The Pinguino deposit, located in the low sulfidation epithermal metallogenetical province of the Deseado Massif, Patagonia, Argentina, represents a distinct deposit type in the region. It evolved through two different mineralization events: an early In-bearing polymetallic event that introduced In, Zn, Pb, Ag, Cd, Au, As, Cu, Sn, W and Bi represented by complex sulfide mineralogy, and a late Ag-Au quartz-rich vein type that crosscut and overprints the early polymetallic mineralization. The indium-bearing polymetallic mineralization developed in three stages: an early Cu-Au-In-As-Sn-W-Bi stage (Ps(1)), a Zn-Pb-Ag-In-Cd-Sb stage (Ps(2)) and a late Zn-In-Cd (Ps(3)). Indium concentrations in the polymetallic veins show a wide range (3.4 to 1,184 ppm In). The highest indium values (up to 1,184 ppm) relate to the Ps(2) mineralization stage, and are associated with Fe-rich sphalerites, although significant In enrichment (up to 159 ppm) is also present in the Ps(1) paragenesis associated with Sn-minerals (ferrokesterite and cassiterite). The hydrothermal alteration associated with the polymetallic mineralization is characterized by advanced argillic alteration within the immediate vein zone, and sericitic alteration enveloping the vein zone. Fluid inclusion studies indicate homogenisation temperatures of 308.2-327A degrees C for Ps(1) and 255-312.4A degrees C for Ps(2), and low to moderate salinities (2 to 5 eq.wt.% NaCl and 4 to 9 eq.wt.% NaCl, respectively). delta(34)S values of sulfide minerals (+0.76aEuro degrees to +3.61aEuro degrees) indicate a possible magmatic source for the sulfur in the polymetallic mineralization while Pb isotope ratios for the sulfides and magmatic rocks ((206)Pb/(204)Pb, (207)Pb/(204)Pb and (208)Pb/(204)Pb ratios of 17.379 to 18.502; 15.588 to 15.730 and 38.234 to 38.756, respectively) are consistent with the possibility that the Pb reservoirs for both had the same crustal source. Spatial relationships, hydrothermal alteration styles, S and Pb isotopic data suggest a probable genetic relation between the polymetallic mineralization and dioritic intrusions that could have been the source of metals and hydrothermal fluids. Mineralization paragenesis, alteration mineralogy, geochemical signatures, fluid inclusion data and isotopic data, confirm that the In-bearing polymetallic mineralization from Pinguino deposit is a distinct type, in comparison with the well-known epithermal low sulfidation mineralization from the Deseado Massif.

Isotopic evidence for the late Brasiliano (500-550 Ma) ore-forming mineralization of the Araes gold deposit, Brazil

The Araes gold deposit, located in eastern Mato Grosso State, central Brazil, is hosted in Neoproterozoic volcanosedimentary rocks of the Paraguay belt, which formed during collision of the Amazonian craton and the Rio Apa block. Ar-40/Ar-39 geochronology and Pb and S isotopic analyses constrain the timing and sources of mineralization. Three biotite flakes from two samples of metavolcanic host rock yield Ar-40/Ar-39 plateau ages between 5941 and 531 Ma, interpreted as cooling ages following regional metamorphism. Clay minerals from a hydrothermal alteration zone yield an Ar-40/Ar-39 integrated age of 503 +/- 3 Ma. Galena grains from ore-bearing veins yield values of Pb-206/(204)pb from 17.952 to 18.383, Pb-207/Pb-204 from 15.156 to 15.811, and Pb-208/Pb-204 from 38.072 to 39.681. Pyrite grains from ore-bearing veins yield values of Pb-206/Pb-204 from 18.037 to 18.202, Pb-207/Pb-204 from 15.744 to 15.901., and Pb-208/(204)pb from 38.338 to 38.800. Pb isotope variations may be explained in terms of mixing a less radiogenic lead component (mu similar to 8.4) from mafic and ultramafic basement host-rocks (Nova Xavantina metavolcanosedimentary rocks) and a more radiogenic lead component (mu similar to 9.2) probably derived from supracrustal rocks (Cuiaba sedimentary groups). Sulfur isotope compositions are homogeneous, with delta S-34 values ranging from -1.1 parts per thousand to 0.9 parts per thousand (galena) and -0.7 parts per thousand to 0.9 parts per thousand (pyrite), suggesting a mantle-derived reservoir for the mineralizing solutions. Based on the Ar, Pb, and S isotope data, we suggest that the precious metals were remobilized from metavolcanic host rocks by hydrothermal solutions during Brasilide-Panafrican regional metamorphism. The Arabs gold deposit probably formed during a late stage of the orogeny, coeval with other mineralization events in the Paraguay Belt.

Isotopic evidence for the late Brasiliano (500-550 Ma) ore-forming mineralization of the Araes gold deposit, Brazil

The Araes gold deposit, located in eastern Mato Grosso State, central Brazil, is hosted in Neoproterozoic volcanosedimentary rocks of the Paraguay belt, which formed during collision of the Amazonian craton and the Rio Apa block. Ar-40/Ar-39 geochronology and Pb and S isotopic analyses constrain the timing and sources of mineralization. Three biotite flakes from two samples of metavolcanic host rock yield Ar-40/Ar-39 plateau ages between 5941 and 531 Ma, interpreted as cooling ages following regional metamorphism. Clay minerals from a hydrothermal alteration zone yield an Ar-40/Ar-39 integrated age of 503 +/- 3 Ma. Galena grains from ore-bearing veins yield values of Pb-206/(204)pb from 17.952 to 18.383, Pb-207/Pb-204 from 15.156 to 15.811, and Pb-208/Pb-204 from 38.072 to 39.681. Pyrite grains from ore-bearing veins yield values of Pb-206/Pb-204 from 18.037 to 18.202, Pb-207/Pb-204 from 15.744 to 15.901., and Pb-208/(204)pb from 38.338 to 38.800. Pb isotope variations may be explained in terms of mixing a less radiogenic lead component (mu similar to 8.4) from mafic and ultramafic basement host-rocks (Nova Xavantina metavolcanosedimentary rocks) and a more radiogenic lead component (mu similar to 9.2) probably derived from supracrustal rocks (Cuiaba sedimentary groups). Sulfur isotope compositions are homogeneous, with delta S-34 values ranging from -1.1 parts per thousand to 0.9 parts per thousand (galena) and -0.7 parts per thousand to 0.9 parts per thousand (pyrite), suggesting a mantle-derived reservoir for the mineralizing solutions. Based on the Ar, Pb, and S isotope data, we suggest that the precious metals were remobilized from metavolcanic host rocks by hydrothermal solutions during Brasilide-Panafrican regional metamorphism. The Arabs gold deposit probably formed during a late stage of the orogeny, coeval with other mineralization events in the Paraguay Belt.

Environmental changes in the western Amazônia: morphological framewor, geochemistry, palynology and radiocarbon dating data

Os sedimentos do lago Coari, de ambiente de terra firme esculpido nos depósitos do Plio-Pleistocenos, e o Acará, típico lago de várzea e ambos formados nos sedimentos quaternários da planície de inundação do médio Solimões, no oeste da Amazônia, Brasil, foram estudados para investigar as condições ambientais durante sua formação. Este estudo inclui dados da composição mineralógica, química, isótopos de Pb, palinologia, datações de radiocarbono e a configuração morfológica dos lagos obtida por imagens SRTM. As condições geológica e ambiental dos lagos variam e sugerem que suas evoluções refletem processos autogenéticos em condições de floresta úmida e chuvosa. Embora caulinita, quartz, muscovita, illita e esmectita sejam os principais minerais em ambos os lagos, a geoquímica indica fonte distinta, os sedimentos do lago Acará têm maior concentração de Al2O3, Fe2O3, FeO, CaO, K2O, MgO, Na2O, P2O5, Ba, V, Cu, Ni, Zn, Pb, Sr, Li, Y e La e têm mais Pb radiogênico que os sedimentos do lago Coari. As idades de radiocarbono sugerem que há aproximadamente 10160 anos AP o lago Coari iniciou o desenvolvimento devido a avulsão do rio Solimões, enquanto o lago Acará foi formado devido ao abandono de meandro do rio Solimões e retendo o domínio das gramíneas nas suas praias há aproximadamente 3710 anos AP.

Mineralogia e química dos sedimentos de fundo do médio e baixo Madeira e de seus principais tributários: Amazonas - Brasil

O objetivo deste trabalho foi investigar a variação composicional e mineralógica dos sedimentos de fundo transportados pelos grandes rios da Amazônia, com nascentes nos Andes provenientes de rochas cratônicas. O estudo foi realizado com base em análises granulométricas, mineralógicas e químicas, incluindo isótopos de Pb, no rio Madeira e seus tributários. O conjunto de dados mostra que os sedimentos de fundo do rio Madeira são granulométrica, mineralógica e quimicamente distintos de seus principais tributários. Os sedimentos do rio Madeira são mais arenosos; têm maior quantidade de quartzo; menor conteúdo de Al₂O₃, Fe₂O₃, K₂O, MgO, Na₂O, PF, Ti₂O, P₂O₅, MnO e elementos-traço; e a maturidade aumenta de montante para jusante. Dentre os sedimentos dos tributários, os rios Machado e secundariamente o rio Marmelos são os que mais se aproximam da composição dos sedimentos do rio Madeira, enquanto que o Jamari com sedimentos com maior proporção de TiO_2,, Zr, Y, Nb, Ga, Hf, U, Ta e ETR, é o mais distinto. Apesar do ambiente de intenso intemperismo e erosão, em condições tropicais úmidas, a que estão submetidas as rochas drenadas pela bacia do rio Madeira, os valores das razões Th/Co, Th/Pb, Th/Yb, Al/Pb, Zr/Co e a composição isotópica de Pb indicam fontes distintas para os sedimentos de fundo estudados. Os sedimentos do rio Madeira são provenientes, principalmente, de rochas máficas, enquanto que os sedimentos de seus tributários têm como fonte essencialmente rochas félsicas.

Different lead sources in an abandoned uranium mine (Urgeirica - Central Portugal) and its environment impact - isotopic evidence

Different lead sources were identified in a large uranium tailings deposit (5Mton) in the Central Region of Portugal using lead isotopic ratios obtained by ICP-QMS. These ratios helped to clarify the different sources of Pb within the tailings deposit and the impact of the tailings on the surroundings. Ten depth profiles were used for isotopic characterization of the tailings deposit; the lead background signature was evaluated in seven regional rocks (granites) and was defined as being 28 +/- 1 mg kg(-1) for Pb bulk concentration and with isotopic ratios of 1.264(2) for Pb-206/Pb-207 and 1.962(7) for Pb-208/Pb-206. In order to understand Pb isotope distribution within the tailings deposit, simple mixing/mass balance models were used to fit experimental data, involving: (1) the background component; (2) uranium ores (pitchblende) characterized by the ratios Pb-206/Pb-207 of 1.914(3) and Pb-208/Pb-206 of 1.235(2); and (3) an unknown Pb source (named 'Fonte 5') characterized by the ratios Pb-206/Pb-207 of 3.079(7) and Pb-208/Pb-206 of 0.715(1). This unknown source showed high radiogenic ratios found in the water of some tailings depth profiles located in a very specific position in the dump. In terms of isotopic characterization, 69% of the deposit material resulted from the background source, 25% from uranium minerals and only 6% from other uranium mines in the region. Finally, the environment impact revealed that the pollution was focused only in the beginning of the stream and not in the surroundings, nor in the groundwater system. The lead in the water was found only in colloidal form with a clear pitchblende signature. Those data revealed possible remobilization phenomena along the bedside and margins of the watercourse.

The Banhado Alkaline Complex, Southeastern Brazil: source and evolution of potassic SiO2-undersaturated high-Ca and low-Ca magmatic series

The Cretaceous Banhado alkaline complex in southeastern Brazil presents two potassic SiO2-undersaturated series. The high-Ca magmatic series consist of initially fractionated olivine (Fo(92-91)) + diopside (Wo(48-43)En(49-35)Ae(0-7)), as evidenced by the presence of xenocrysts and xenoliths. In that sequence, diopside (Wo(47-38)En(46-37)Ae(0-8)) + phlogopite + apatite + perovskite (Prv(> 92)) crystallized to form the phlogopite melteigite and led to the Ca enrichment of the magma. Diopside (Wo(47-41)En(32-24) Ae(3-14)) continued to crystallize as an early mafic mineral, followed by nepheline (Ne(74.8-70.1)Ks(26.3-21.2)Qz(7.6-0.9)) and leucite (Lc(65-56)) and subsequently by melanite and potassic feldspar (Or(85-99)Ab(1-7)) to form melanite ijolites, wollastonite-melanite urtites and melanite-nepheline syenites. Melanite-pseudoleucite-nepheline syenites are interpreted to be a leucite accumulation. Melanite nephelinite dykes are believed to represent some of the magmatic differentiation steps. The low-Ca magmatic series is representative of a typical fractionation of aegirine-augite (Wo(36-29)En(25-4)Ae(39-18)) + alkali feldspar (Or(57-96)Ab(3-43)) + nepheline (Ne(76.5-69.0)Ks(19.9-14.4)Qz(15.1-7.7)) + titanite from phonolite magma. The evolution of this series from potassic nepheline syenites to sodic sodalite syenites and sodalitolites is attributed to an extensive fractionation of potassic feldspar, which led to an increase of the NaCl activity in the melt during the final stages forming sodalite-rich rocks. Phonolite dykes followed a similar evolutionary process and also registered some crustal assimilation. The mesocratic nepheline syenites showed interactions with phlogopite melteigites, such as compatible trace element enrichments and the presence of diopside xenocrysts, which were interpreted to be due to a mixing/mingling process of phonolite and nephelinite magmas. The geochemical data show higher TiO2 and P2O5 contents and lower SiO2 contents for the high-Ca series and different LILE evolution trends and REE chondrite-normalized patterns as compared to the low-Ca series. The Sr-87/Sr-86, Nd-143/Nd-144, Pb-206/Pb-204 and Pb-208/Pb-204 initial ratios for the high-Ca series (0.70407-0.70526, 0.51242-0.51251, 17.782-19.266 and 38.051-39.521, respectively) were slightly different from those of the low-Ca series (0.70542-0.70583, 0.51232-0.51240, 17.758-17.772 and 38.021-38.061, respectively). For both series, a CO2-rich potassic metasomatized lithospheric mantle enriched the source with rutile-bearing phlogopite clinopyroxenite veins. Kamafugite-like parental magma is attributed to the high-Ca series with major contributions from the melting of the veins. Potassic nephelinite-like parental magma is assigned to the low-Ca series, where the metasomatized wall-rock played a more significant role in the melting process.

Caracterización de las fuentes mantélicas de los magmas plio-cuaternarios de Gran Canaria (Islas Canarias)

VIII Congreso geológico de España, Oviedo, 17-19 julio 2012

Pyrochlore der Pegmatit-Provinz Nazareno, Brasilien

Zusammenfassung:Mit Hilfe einer neuen Formel für die Minerale der Pyrochlor-Gruppe werden sämtliche Endglieder der Na-Ca-Mikrolithe und der Ba-haltigen Mikrolithe aus der Pegmatit-Provinz Nazareno beschrieben: Die Na-reichsten Proben haben nahezu die Idealzusammensetzung eines idealen Pyrochlors, d.h. . Die Ca-reichsten Varietäten weisen maximal auf, wobei der Besetzungsanteil des Ca am A2+ ca. 93% beträgt. Die Ba-haltigen Mikrolithe sind durch eine Defektstruktur gekennzeichnet, wobei für das mögliche Endglied kein Beispiel in den Daten vorliegt. Das Endglied mit dem geringsten Defektcharakter hat folgende Stöchiometrie:

Recycled crustal material in the geochemical record of Pacific ocean island basalts from Pitcairn, Hawaii and Rurutu

Die Isotopenzusammensetzungen des Pitcairn Hotspot (Südpazifik), des Mauna Kea (Hawaii) und der Insel Rurutu (Französisch Polynesien) wurden bestimmt, um Heterogenitäten im Erdmantel zu charakterisieren. Die Bleiisotopenzusammensetzung wurde mit einer Dreiisotopenspiketechnik zur Korrektur der instrumentellen Massenfraktionierung gemessen. An Proben von Pitcairn wurde zusätzlich die Os, Hf, Nd, Sr Isotopenzusammensetzung, sowie die Haupt- und Spurenelementzusammensetzung bestimmt. Die Isotopensignatur des Pitcairn Hotspots kann durch eine Sedimentkomponente in der Magmenquelle erklärt werden. Die Bleiisotopenschwankungen des Mauna Kea in der HSDP-2 Bohrung treten als Oszillationen auf, die sich zu linearen Anordnungen im Bleiisotopenraum zusammensetzen. Das begrenzte zeitliche Auftreten einer linearen Anordnung zeigt, daß die Heterogenitäten mehrere zehner Kilometer Länge im aufsteigenden Mantelmaterial unter dem Vulkan einnehmen. Auch die Bleiisotopenzusammensetzungen der Rurutu-laven zeigen lineare Anordnungen.Diese lineare Anordnungen im Bleiisotopenraum können durch eine vorwiegend binäre Mischung erklärt werden. Ein Bleiisotopenentwicklungsmodell unterstützt, daß die Differenzierung der Ausgangsmaterialien vor weniger als etwa zwei Milliarden Jahren geschah und für Mauna Kea relativ jung sein könnte. Keine der Hotspots weisen identische Mischungsendglieder auf, so daß die Heterogenitäten kleinräumige Merkmale im Erdmantel sind.

Petrology and geochemistry of Lipari Island (Aeolian archipelago): constraints on magma genesis and evolution

A full set of geochemical and Sr, Nd and Pb isotope data both on bulk-rock and mineral samples is provided for volcanic rocks representative of the whole stratigraphic succession of Lipari Island in the Aeolian archipelago. These data, together with petrographic observations and melt/fluid inclusion investigations from the literature, give outlines on the petrogenesis and evolution of magmas through the magmatic and eruptive history of Lipari. This is the result of nine successive Eruptive Epochs developing between 271 ka and historical times, as derived from recentmost volcanological and stratigraphic studies, combined with available radiometric ages and correlation of tephra layers and marine terrace deposits. These Eruptive Epochs are characterized by distinctive vents partly overlapping in space and time, mostly under control of the main regional tectonic trends (NNW-SSE, N-S and minor E-W). A large variety of lava flows, scoriaceous deposits, lava domes, coulees and pyroclastics are emplaced, ranging in composition through time from calcalkaline (CA) and high-K (HKCA) basaltic andesites to rhyolites. CA and HKCA basaltic andesitic to dacitic magmas were erupted between 271 and 81 ka (Eruptive Epochs 1-6) from volcanic edifices located along the western coast of the island (and subordinately the eastern Monterosa) and the M.Chirica and M.S.Angelo stratocones. These mafic to intermediate magmas mainly evolved through AFC and RAFC processes, involving fractionation of mafic phases, assimilation of wall rocks and mixing with newly injected mafic magmas. Following a 40 ka-long period of volcanic quiescence, the rhyolitic magmas were lately erupted from eruptive vents located in the southern and north-eastern sectors of Lipari between 40 ka and historical times (Eruptive Epochs 7-9). They are suggested to derive from the previous mafic to intermediate melts through AFC processes. During the early phases of rhyolitic magmatism (Eruptive Epochs 7-8), enclaves-rich rocks and banded pumices, ranging in composition from HKCA dacites to low-SiO2 rhyolites were erupted, representing the products of magma mixing between fresh mafic magmas and the fractionated rhyolitic melts. The interaction of mantle-derived magmas with the crust represents an essential process during the whole magmatic hystory of Lipari, and is responsible for the wide range of observed geochemical and isotopic variations. The crustal contribution was particularly important during the intermediate phases of activity of Lipari when the cordierite-bearing lavas were erupted from the M. S.Angelo volcano (Eruptive Epoch 5, 105 ka). These lavas are interpreted as the result of mixing and subsequent hybridization of mantle-derived magmas, akin to the ones characterizing the older phases of activity of Lipari (Eruptive Epochs 1-4), and crustal anatectic melts derived from dehydration-melting reactions of metapelites in the lower crust. A comparison between the adjacent islands of Lipari and Vulcano outlines that their mafic to intermediate magmas seem to be genetically connected and derive from a similar mantle source affected by different degrees of partial melting (and variable extent of crustal assimilation) producing either the CA magmas of Lipari (higher degrees) or the HKCA to SHO magmas of Vulcano (lower degrees). On a regional scale, the most primitive rocks (SiO2<56%, MgO>3.5%) of Lipari, Vulcano, Salina and Filicudi are suggested to derive from a similar MORB-like source, variably metasomatized by aqueous fluids coming from the slab and subordinately by the additions of sediments.

Der Einsatz elektrochemischer Methoden für die Untersuchung superschwerer Elemente

Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines Experimentaufbaus für die elektrochemische Abscheidung von Transactiniden mit anschließender Detektion. Zu diesem Zweck wurden Experimente mit den Homologen dieser Elemente durchgeführt. Die Elektrodeposition von Tracermengen an Fremdelektroden führt zu einer Elektrodenbedeckung von weniger als einer Monolage. Die erforderlichen Abscheidepotentiale sind häufig positiver, als nach der Nernst’schen Gleichung zu erwarten ist. Dieses Phänomen nennt man Unterpotentialabscheidung. In zahlreichen Versuchen mit Radiotracern wurde die Abscheideausbeute als Funktion des Elektrodenpotentials bestimmt, wobei abzuscheidendes Ion, Elektrodenmaterial und Elektrolyt variiert wurden. Es wurden kritische Potentiale, bei denen eine nennenswerte Abscheidung gerade begann, ermittelt sowie Potentiale für die Abscheidung von 50 % der in der Lösung befindlichen Atome. Diese Werte wurden mit theoretisch vorhergesagten Potentialen und Werten aus der Literatur verglichen. Die Abscheidung von Pb als Homologem von Element 114 funktionierte sehr gut an Elektroden aus Palladium oder palladinierten Nickelelektroden unter Verwendung von 0,1 M HCl als Elektrolyt. Zur Charakterisierung der Unterpotentialabscheidung wurde neben der Radiotracer-Methode auch die Cyclovoltammetrie eingesetzt. Hier findet die Abscheidung der ersten Monolage auf der Elektrode ebenfalls häufig bei positiveren Potentialen statt, als die der Hauptmenge. Die mit beiden Methoden ermittelten Werte wurden einander gegenübergestellt. Die Elektrodeposition von kurzlebigen Isotopen muss sehr schnell erfolgen. Es konnte gezeigt werden, dass eine hohe Temperatur und damit verbunden eine niedrige Viskosität des Elektrolyten die Abscheidung beschleunigt. Ebenfalls wichtig ist ein gutes Rühren der Lösung, um eine kleine Nernst’sche Diffusionsschichtdicke zu erzielen. Das Verhältnis von Elektrodenfläche zu Elektrolytvolumen muss möglichst groß sein. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wurde eine für schnelle Elektrolysen optimierte Elektrolysezelle entwickelt. Unter Einsatz dieser Zelle wurden die Abscheidegeschwindigkeiten für verschiedene Ionen- und Elektrodenkombinationen gemessen. Es wurden Experimente zur Kopplung von Gasjet und Elektrolysezelle durchgeführt, dabei wurde sowohl mit am Reaktor erzeugten Spaltprodukten, mit Pb-Isotopen aus einer emanierenden Quelle und mit am Beschleuniger erzeugten Isotopen gearbeitet. Mit den dort gewonnenen Erkenntnissen wurde ein Experimentaufbau für die kontinuierliche Abscheidung und Detektion von kurzlebigen Isotopen realisiert. Am Beschleuniger wurden u. a. kurzlebige Hg- und Pb-Isotope erzeugt und mit einem Gasjet aus der Targetkammer zum ALOHA-System transportiert. Dort wurden sie in einem quasi-kontinuierlichen Prozess in die wässrige Phase überführt und zu einer Elektrolyszelle transportiert. In dieser erfolgte die Elektrodeposition auf eine bandförmige Elektrode aus Nickel oder palladiniertem Nickel. Nach der Abscheidung wurde das Band zu einer Detektorphalanx gezogen, wo der -Zerfall der neutronenarmen Isotope registriert wurde. Es wurden charakteristische Größen wie die Abscheidegeschwindigkeit und die Gesamtausbeute der Elektrolyse ermittelt. Das System wurde im Dauerbetrieb getestet. Es konnte gezeigt werden, dass der gewählte Aufbau prinzipiell für die Abscheidung von kurzlebigen, am Beschleuniger erzeugten Isotopen geeignet ist. Damit ist eine wichtige Voraussetzung für den zukünftigen Einsatz der Methode zum Studium der chemischen Eigenschaften der superschweren Elemente geschaffen.

Räumliche Verbreitung geogener Schwermetallgehalte in Böden des Taunus: Einfluss von periglazialer Deckschichtengenese

Während der Glazialphasen kam es in den europäischen Mittelgebirgen bedingt durch extensive solifluidale Massenbewegungen zur Bildung von Deckschichten. Diese Deckschichten repräsentieren eine Mischung verschiedener Substrate, wie anstehendes Ausgangsgestein, äolische Depositionen und lokale Erzgänge. Die räumliche Ausdehnung der Metallkontaminationen verursacht durch kleinräumige Erzgänge wird durch die periglaziale Solifluktion verstärkt. Das Ziel der vorliegenden Untersuchung war a) den Zusammenhang zwischen den Reliefeigenschaften und den Ausprägungen der solifluidalen Deckschichten und Böden aufzuklären, sowie b) mittels Spurenelementgehalte und Blei-Isotopen-Verhältnisse als Eingangsdaten für Mischungsmodelle die Beitrage der einzelnen Substrate zum Ausgangsmaterial der Bodenbildung zu identifizieren und quantifizieren und c) die räumliche Verteilung von Blei (Pb) in Deckschichten, die über Bleierzgänge gewandert sind, untersucht, die Transportweite des erzbürtigen Bleis berechnet und die kontrollierenden Faktoren der Transportweite bestimmt werden. Sechs Transekte im südöstlichen Rheinischen Schiefergebirge, einschließlich der durch periglaziale Solifluktion entwickelten Böden, wurden untersucht. Die bodenkundliche Geländeaufnahme erfolgte nach AG Boden (2005). O, A, B und C-Horizontproben wurden auf ihre Spurenelementgehalte und teilweise auf ihre 206Pb/207Pb-Isotopenverhältnisse analysiert. Die steuernden Faktoren der Verteilung und Eigenschaften periglazialer Deckschichten sind neben der Petrographie, Reliefeigenschaften wie Exposition, Hangneigung, Hangposition und Krümmung. Die Reliefanalyse zeigt geringmächtige Deckschichten in divergenten, konvexen Hangbereichen bei gleichzeitig hohem Skelettgehalt. In konvergent, konkaven Hangbereichen nimmt die Deckschichtenmächtigkeit deutlich zu, bei gleichzeitig zunehmendem Lösslehm- und abnehmendem Skelettgehalt. Abhängig von den Reliefeigenschaften und -positionen reichen die ausgeprägten Bodentypen von sauren Braunerden bis hin zu Pseudogley-Parabraunerden. Des Weiteren kommen holozäne Kolluvien in eher untypischen Reliefpositionen wie langgestreckten, kaum geneigten Hangbereichen oder Mittelhangbereichen vor. Außer für Pb bewegen sich die Spurenelementgehalte im Rahmen niedriger Hintergrundgehalte. Die Pb-Gehalte liegen zwischen 20-135 mg kg-1. Abnehmende Spurenelementgehalte und Isotopensignaturen (206Pb/207Pb-Isotopenverhältnisse) von Pb zeigen, dass nahezu kein Pb aus atmosphärischen Depositionen in die B-Horizonte verlagert wurde. Eine Hauptkomponentenanalyse (PCA) der Spurenelementgehalte hat vier Hauptsubstratquellen der untersuchten B-Horizonte identifiziert (Tonschiefer, Löss, Laacher-See-Tephra [LST] und lokale Pb-Erzgänge). Mittels 3-Komponenten-Mischungsmodell, das Tonschiefer, Löss und LST einschloss, konnten, bis auf 10 Ausreißer, die Spurenelementgehalte aller 120 B-Horizontproben erklärt werden. Der Massenbeitrag des Pb-Erzes zur Substratmischung liegt bei <0,1%. Die räumliche Pb-Verteilung zeigt Bereiche lokaler Pb-Gehaltsmaxima hangaufwärtiger Pb-Erzgänge. Mittels eines 206Pb/207Pb-Isotopenverhältnis-Mischungsmodells konnten 14 Bereiche erhöhter lokaler Pb-Gehaltsmaxima ausgewiesen werden, die 76-100% erzbürtigen Bleis enthalten. Mit Hilfe eines Geographischen Informationssystems wurden die Transportweiten des erzbürtigen Bleis mit 30 bis 110 m bestimmt. Die steuerenden Faktoren der Transportweite sind dabei die Schluffkonzentration und die Vertikalkrümmung. Diese Untersuchung zeigt, dass Reliefeigenschaften und Reliefposition einen entscheidenden Einfluss auf die Ausprägung der Deckschichten und Böden im europäischen Mittelgebirgsbereich haben. Mischungsmodelle in Kombination mit Spurenelementanalysen und Isotopenverhältnissen stellen ein wichtiges Werkzeug zur Bestimmung der Beiträge der einzelnen Glieder in Bodensubstratmischungen dar. Außerdem können lokale Bleierzgänge die natürlichen Pb-Gehalte in Böden, entwickelt in periglazialen Deckschichten der letzten Vereisungsphase (Würm), bis über 100 m Entfernung erhöhen.

Petrologisch-geochemische Charakterisierung quartärer Laven der Eifel als Grundlage zur archäometrischen Herkunftsbestimmung römischer Mühlsteine

Lava aus der quartären Vulkanregion der Eifel wurde in römischer Zeit großmaßstäblich abgebaut, um daraus Mühlsteine hoher Qualität herzustellen, die in großen Mengen in weite Teile des Römischen Reiches exportiert wurden. Somit erweisen sich diese Mühlsteine als ideale Indikatoren für Handelsgebiete und –wege dieser Zeit. Für eine erfolgreiche Herkunftsanalyse von Fundstücken ist eine genaue Charakterisierung der infrage kommenden Rohstoffe die unbedingte Voraussetzung. Aus diesem Grund konzentriert sich diese Arbeit auf die geochemische Definition der 16 bekannten römischen „Basalt“-Abbaustellen in den Vulkanfeldern der Ost- und Westeifel, mit dem vorrangigen Ziel, eine möglichste eindeutige Charakterisierung der einzelnen Abbaustellen zu erreichen. Auf dieser Basis wird eine Vorgehensweise zur folgenden Provenienzanalyse der Mühlsteine entwickelt. Um die geochemische Variabilität der Laven zu erfassen wurden die Abbaustellen großflächig beprobt. Die Proben wurden zunächst petrographisch bestimmt und der Phasenbestand mittels Röntgendiffraktometrie (XRD) untersucht. Die Haupt- und Spurenelement-Zusammensetzung wurde anhand von Röntgenfluoreszenzanalysen und Laser-Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (LA-ICP-MS) ermittelt, die Sr-Nd-Pb-Isotopie ausgewählter Proben mittels Thermo-Ionen-Massenspektrometrie (TIMS). Es zeigte sich, dass auf Grundlage der Haupt- und Spurenelementzusammensetzung, gemessen mit RFA, eine Abgrenzung der Abbaustellen zueinander mittels einer Kombination aus geochemischer Diskriminierung mit Cluster- und Diskriminanzanalysen gelingt. Die anschließende Provenienzanalyse der Mühlsteinfundstücke erfolgt analog zur Charakterisierung der Abbaustellen. Im ersten Schritt wird eine geochemische Zuordnung des Fundstücks vorgenommen, um zu überprüfen, ob eine Eifeler Herkunft überhaupt in Frage kommt. Lässt der geochemische Vergleich mit den Referenzdaten aus dem Gelände eine Eifeler Herkunft zu, kommt im zweiten Schritt die Clusteranalyse zum Einsatz. Hier wird auf multivariater Ebene geprüft, ob das Fundstück einer Eifeler Abbaustelle oder einem Cluster von Eifeler Abbaustellen zugeordnet werden kann. Bei einer positiven Zuordnung wird ergänzend als dritter Schritt die Diskriminanzanalyse angewendet, anhand der das Mühlstein-Fundstück einer Abbaustelle mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit zugewiesen wird. Bei 68 analysierten Mühlsteinen aus verschiedenen Regionen Mitteleuropas konnte so für 49 Fundstücke eine Eifeler Provenienz festgestellt werden. Alle römischen Eifeler Mühlsteine entstammen dem Bellerberg bei Mayen, ein mittelalterliches Stück aus dem Niedermendiger Lavastrom. Die Zuordnung der übrigen 19 Mühlsteine zu anderen möglichen Abbaugebieten erfolgt anhand geochemischer Daten aus der Literatur. Aufgrund der unzureichenden Datenlage sind im Falle dieser Proben jedoch im Gegensatz zur Lavastrom-genauen Zuordnung der Eifeler Mühlen lediglich Vermutungen über die Herkunftsregionen möglich. Damit zeigt sich, dass eine ausführliche Referenzdatenbank der in Frage kommenden Rohstoffe die erforderliche Basis für erfolgreiche Provenienzanalysen ist. Die Möglichkeit der genauen Zuordnungen von Mühlsteinen zu den Eifeler Abbaustellen belegt, dass die Verbindung von geochemischer Auswertung mit Cluster- und Diskriminanzanalysen ein hilfreiches Verfahren zur Provenienzanalyse darstellt.

Paleoclimate reconstruction using LA-ICP-MS analyses of ostracods and stalagmite

Als paläoklimatische Archive können unter anderem Stalagmiten und Klappen von Ostrakoden herangezogen werden. Bisher gab es noch keine veröffentlichten Ergebnisse räumlich hochaufgelöster Spurenelementverteilungen in einzelnen Ostrakodenklappen. Das gleiche gilt für die Bestimmung radiogener Blei-Isotope in Stalagmiten. Um klimatische Prozesse vergangener Zeiten zu untersuchen, wurde eine neue LA-ICP-MS (Laserablations – Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma) Technik für hochaufgelöste in-situ Messungen von Spurenelementen und Bleiisotopen entwickelt. rnrnZunächst wurden geeignete Materialien für die Kalibrierung der Technik untersucht; als Proben dienten die Silikatreferenzgläser BAM-S005-A und BAM-S005B der Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM). Die Homogenität dieser Referenzgläser wurde mit LA-ICP-MS und den anderen mikroanalytischen Methoden EPMA (Elektronenmikrosonde) und SIMS (Ionensonde) überprüft. Die Ergebnisse zeigten, dass alle Haupt- und die meisten Spurenelemente in beiden Gläsern selbst im Mikrometerbereich homogen verteilt sind. Ausnahmen sind einige Spurenelemente, wie Cs, Cl, Cr, Mo und Ni, die heterogen in den Gläsern verteilt sind. Die Hauptelementzusammensetzung von BAM-S005-A und BAM-S005-B wurde mit Hilfe der EPMA bestimmt, wobei die Ergebnisse die Referenzwerte des BAM-Zertifikats bestätigten. Mit Ausnahme von Sr, Ba, Ce und Pb, stimmten die LA-ICP-MS-Spurenelementwerte mit den zertifizierten Werten innerhalb der angegebenen Fehlergrenzen überein. Gründe für die Diskrepanz der vier oben erwähnten Elemente sind noch unklar, aber sind möglicherweise durch fehlerhafte Referenzwerte zu erklären. Zusätzlich wurden 22 Spurenelemente gemessen, deren Gehalte von BAM nicht zertifiziert wurden. Aufgrund dieser Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass beide BAM-Gläser für mikroanalytische Anwendungen geeignet sind.rnrnUm neuartige paläoklimatische Proxies im Calcit von Ostrakoden aus tibetanischen Seesedimenten zu untersuchen, wurde die Spurenelementvariabilität in einzelnen Ostrakodenklappen durch eine neue LA-ICP-MS-Technik bestimmt. Klappen von Ostrakoden der drei Arten (Leucocytherella sinensis Huang, 1982, ?Leucocythere dorsotuberosa Huang, 1982 und ?L. dorsotuberosa f. postilirata sensu Pang, 1985) wurden aus zwei Sedimentkernen des Nam Co Sees auf dem Hochplateau von Tibet gewonnen. Zwei LA-ICP-MS-Varianten, Spot- bzw. Linienanalyse, wurden verwendet, um die Elementkonzentrationen der Spurenelemente Mg, Sr, Ba, U und die der Seltenen Erdelemente (SEE) in den Klappen einzelner Ostrakoden zu bestimmen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Linienanalyse präzisere Daten als die Spotanalyse liefert und sie wurde daher vorgezogen. Signifikante Unterschiede in der Spurenelementzusammensetzung zwischen den verschiedenen Arten der Ostrakoden wurden nicht gefunden. Variationen der Elementverhältnisse Mg/Ca und Sr/Ca in den Klappen stimmen mit veröffentlichten Seenspiegelschwankungen während des Holozäns überein, was zeigt, dass Mg- und Sr-Messungen in den Ostrakoden zur Untersuchung paläohydrochemischer Prozesse in diesem Gebiet herangezogen werden kann. Die gute Korrelation, die in dieser Arbeit zwischen Ba/Ca und Sr/Ca gefunden wurde, ist ein Hinweis darauf, dass der Einbau von Ba und Sr in die Klappen durch den gleichen Mechanismus erfolgte. Eine mögliche Beziehung zwischen dem U/Ca-Verhältnis in den Ostrakoden und den Redoxbedingungen auf dem Boden des Sees in der Vergangenheit wird diskutiert. Relativ geringe und konstante La/Ca-Verhältnisse wurden festgestellt, deren Ursache möglicherweise entweder auf der SEE-Charakteristik des Seewassers, auf biologischen Prozessen in den Ostrakoden oder auf Kontamination von Fe-Mn und/oder organischen Substanzen beruhen. Weitere Untersuchungen an Proben aus diesem Gebiet, speziell Klappen von lebenden Ostrakoden, sind notwendig, um den Gehalt von Ba, U und den SEE in Ostrakoden als paläoklimatische Proxies von Umweltbedingungen zu verwenden.