Die Entstehung von Karbonatiten wird typischerweise durch eine Kombination mehrerer Faktoren erklärt, darunter geringgradiges partielles Schmelzen einer angereicherten Mantelquelle, Kristallfraktionierung und Karbonat-Silikat-Flüssigunmischbarkeit. Frühere Arbeiten der Antragsteller deuten darauf hin, dass Karbonatitmagmen erheblich durch Krustenkontamination modifiziert werden können. Der Zusammenhang zwischen Intrusionstiefe, mehrfacher Wiederverwendung von Aufstiegswegen und der Bildung von Karbonatiten wurde jedoch bisher nur begrenzt untersucht. 

Ein ideales Fallbeispiel würde räumlich verwandte Intrusionen umfassen, die ein breites Spektrum an magmatischen Silikatgesteinen und Karbonatiten abdecken. In einem solchen natürlichen Labor könnten wir die Auswirkungen von variationsbedingten Intrusionstiefen und der mehrfachen Nutzung von Aufstiegswegen untersuchen, die im Kontext von Krustenkontaminationen in einer karbonatitisch-alkalinen magmatischen Provinz bewertet werden können. 

Ein solches ideales System mit hervorragender Aufschlusslage befindet sich an der Grenze zwischen Namibia und Südafrika entlang der Kuboos-Bremen-Linie (KBL). Die KBL-Komplexe zeigen hochvariable Gesteinsassoziationen, von denen einige Karbonatite enthalten. 

Zwei wichtige Beobachtungen führen zu wissenschaftlich und wirtschaftlich bedeutenden Forschungsfragen: 

1. Während die Karbonatite des Marinkas-Quellen-Komplexes stark an hochfeldstärken Elementen (HFSE) angereichert sind, sind die östlichen Karbonatite unergiebig. 

2. Viele der mit den Karbonatiten assoziierten Silikatgesteine sind Granite und Syenite, aber ihre genetischen Beziehungen zueinander sind nicht klar. 

Die vorgeschlagene Studie wird daher die genetischen Beziehungen zwischen Graniten, Quarzsyeniten, Syeniten, Foidsyeniten und Karbonatiten untersuchen und sich an den folgenden Hypothesen orientieren: 

1. Das Verhalten von HFSE und seltenen Erden (REE) in karbonatitischen Magmen wird durch Quellkontamination und Wechselwirkungen mit silikatischen Nebengesteinen beeinflusst. 

2. Die sich schneidenden Beziehungen der einzelnen Komplexe und verfügbare Altersdaten deuten auf eine progressive Entwicklung der Provinz von Südwest nach Nordost hin, die sich im Laufe der Zeit und des Ortes von granitischen zu foid-syenitischen/karbonatitischen Zusammensetzungen entwickelt. 

3. Die Gesteinsassoziationen repräsentieren zwei Magmensuiten, die aus variablen Quellen stammen und denselben Schwächezonen für Aufstieg und Platznahme nutzten. 

Um diese alternativen Szenarien zu testen, werden texturale, mineralchemische, isotopische und geochronologische Daten gesammelt und für die repräsentativen Intrusionen der Kuboos-Bremen-Linie verglichen. Die erwarteten Ergebnisse werden es ermöglichen, die magmatische bis hydrothermale Entwicklung des gesamten Systems im Detail zu charakterisieren und die Genese von Karbonatiten in alkalischen, silikatdominierten magmatischen Provinzen zu rekonstruieren. 

Kontakt: Dr. Benjamin Walter, Jorge Corrêia Leite Arthuzzi 

Dauer: 2022 - 2025 

Webseite: KIT - Geochemie & Lagerstättenkunde - Profil - Forschungsgruppen - Lagerstättenkunde - KBL: Magma evolution in space and time along the Kuboos-Bremen Line in Namibia  

Dies ist ein Gemeinschaftsprojekt der Abteilung Geochemie & Wirtschaftsgeologie des KIT und der Petrologie-Gruppe an der Universität Tübingen. Hohe Gehalte an Seltenen Erden (REE) in Karbonatiten werden im Allgemeinen durch eine Kombination verschiedener Faktoren erklärt, darunter Schmelzen geringen Grades aus geochemisch angereicherten Mantelquellen, Kristallfraktionierung, Unvermischbarkeit von Carbonat und SilikatSchmelzen, Unvermischbarkeit von Schmelze und wässriger Sole sowie hydrothermale Umwandlung. Eine Kontamination durch Kruste, also die Interaktion mit umgebendem Gestein, wird jedoch üblicherweise nicht als bedeutender Prozess bei karbonatitischem Magmatismus betrachtet. Neuere Untersuchungen der Antragstellenden haben allerdings gezeigt, dass die Wechselwirkung von KarbonatitMagma mit silikatischen Nebengesteinen eine starke REE-Anreicherung in Apatit ermöglichen kann – durch einen gekoppelt wirkenden Substitutionsmechanismus unter Beteiligung von Silizium. Nachgewiesen wurde dies am Kaiserstuhl; die Antragstellenden vermuten, dass solche Prozesse in karbonatitischen Systemen allgemein eine wichtige Rolle spielen können. 

Dieses Projekt untersucht den Einfluss der Wechselwirkung zwischen Karbonatit und Nebengestein auf die REE-Anreicherung in Karbonatiten. Die Untersuchung erfolgt anhand von Beispielen aus der Damaraland-Provinz (Namibia), da diese Karbonatite unterschiedliche REE-Gehalte und REE-Mineralogien aufweisen und variable Anteile silikatischer Minerale (Amphibol, Klinopyroxen, Quarz, Feldspat) enthalten, die auf eine Krustenkontamination hinweisen könnten. 

Um diese Hypothese zu prüfen, werden texturbezogene, mineralchemische und geochronologische Daten (Mikroskopie, Elektronenstrahlmikroanalyse – EMPA, LA-ICP-MS) sowie Daten zu Fluid-Einschlüssen (Mikrothermometrie inklusive numerischer LiquidusOberflächenModellierung zur Quantifizierung, Raman-Spektroskopie) für verschiedene wahrscheinlich genetisch verwandte Karbonatite erhoben und miteinander verglichen. Die erwarteten Ergebnisse sollen es ermöglichen, (1) die magmatische bis hydrothermale Entwicklung der Karbonatite im Detail zu charakterisieren und (2) die Entstehung der REE-Mineralisierungen einschließlich des potenziellen Einflusses von NebengesteinsInteraktion und hydrothermaler Überprägung zu rekonstruieren. 

Dauer: 2025 beendet 

Kontakt: Prof. Dr. Jochen Kolb, Dr. Benjamin Walter 

Webseite: KIT - Geochemie & Lagerstättenkunde - Profil - Forschungsgruppen - Lagerstättenkunde - Influence of crustal contamination on REE-enrichment in carbonatites of the Kalkfeld group (Namibia)  

Dies ist ein Gemeinschaftsprojekt der Abteilung Geochemie & Wirtschaftsgeologie am KIT und des Mineralogischen Museums der Technischen Universität Berlin. Die REE-Anreicherung in karbonatitischen Schmelzen wird üblicherweise durch eine Kombination verschiedener Parameter erklärt, darunter Schmelzen geringen Grades aus geochemisch angereicherten Mantelquellen, die Unvermischbarkeit von Carbonat- und Silikatschmelzen, Kristallfraktionierung, die Unvermischbarkeit von Schmelze und wässriger Sole sowie hydrothermale Umwandlung. Der Effekt einer Krustenkontamination als potenziell dominanter Prozess ist jedoch bislang nur unzureichend untersucht. Unsere aktuellen Studien an Karbonatiten vom Kaiserstuhl haben jedoch eindeutig gezeigt, dass die Wechselwirkung zwischen Karbonatit-Magma und silikatischem Nebengestein über den sogenannten Britholith-Substitutionsmechanismus mit Si eine starke REE-Anreicherung in Apatit ermöglichen kann. Aufbauend auf den Ergebnissen vom Kaiserstuhl muss nun die Rolle wechselnder Kontaminanten detailliert untersucht werden, um zu klären, ob dieser Prozess in karbonatitischen Systemen allgemein von Bedeutung ist. 

Dieses Projekt untersucht den Einfluss der Wechselwirkung zwischen Karbonatit und Nebengestein auf die REE-Anreicherung in Karbonatiten. Die Untersuchung erfolgt anhand von exemplarischen Feldproben der Karbonatite aus Tweerivier und Bulhoekkop in der Republik Südafrika. Diese Vorkommen sind bekannt für ihre große Variabilität an Krusten-Xenolithen sowie Xenolithen silikatischer Nebengesteine und enthalten variable Mengen silikatischer Minerale (Amphibol, Klinopyroxen, Glimmer, Tremolit), die auf eine Krustenkontamination hinweisen könnten. 

Um diese Hypothese zu testen, werden Gesamtgesteinsanalysen (XRF und ICPMS), texturbezogene, mineralchemische und isotopische Daten (Mikroskopie, EMPA, C und OIsotopensystematik) an verschiedenen Karbonatitproben durchgeführt, um den Einfluss von kontaminierenden Gesteinen mit hohem Anteil an Fe, Mg, Al und Si zu untersuchen. Die erwarteten Ergebnisse sollen es ermöglichen, (1) den Einfluss von Kontamination auf das REE-Muster der Restschmelze zu identifizieren und (2) mineralogische und Zusammensetzungsvariationen in den Hauptmineralphasen zu erkennen. 

Dauer: 2025 beendet 

Kontakt: Prof. Dr. Jochen Kolb, Dr. Benjamin Walter 

Webseite: KIT - Geochemie & Lagerstättenkunde - Profil - Forschungsgruppen - Lagerstättenkunde - Effect and significance of contamination-related compositional melt variations of the Tweerivier and Bulhoekkop carbonatites, South Africa, with special reference to their REE mineralization