Karbonatitgesteine sind ökonomisch bedeutsam: Die vielen Hundert bekannten fossilen Karbonatitvorkommen auf allen Kontinenten sind wichtige Lagerstätten für Metalle der Seltenen Erden, wie etwa Lanthan, Cer, und Neodym. Sie werden in vielen Schlüsseltechnologien eingesetzt, unter anderem in Smartphones, Plasma- und LCD-Bildschirmen, in der medizinisch-diagnostischen Radiologie oder in Generatoren von Windkraftanlagen und in Elektromotoren. Trotz der wirtschaftlichen Bedeutung ist die Entstehung von Karbonatiten unzureichend verstanden. Wissenschaftler der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster wiesen nun erstmals nach, dass diese Gesteine durch Entmischung aus silikatischen Magmen entstehen. Die Studie ist in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.
Gegenwärtig eruptiert nur der Vulkan Oldoinyo Lengai im Norden Tansanias in Ostafrika Karbonatmagma. Der Schlüssel zum Verständnis dieser besonderen Magmen liegt jedoch woanders, nämlich in der Eifel – genauer gesagt am Laacher See, einem vor rund 13.000 Jahren ausgebrochenem Vulkan. Dr. Jasper Berndt und Prof. Dr. Stephan Klemme vom Institut für Mineralogie der WWU Münster entdeckten Karbonatite als mikroskopisch kleine Schmelzeinschlüsse in vulkanischen Gesteinen des Laacher-See-Vulkans. Diese Schmelztröpfchen wurden beim Wachstum des Minerals Hauyn in der Magmakammer des Laacher Sees eingeschlossen, sozusagen zum Zeitpunkt der Entstehung „eingefroren“.
Die Geowissenschaftler konnten so elektronenmikroskopisch erstmals zeigen, wie sich ein kalzium-reiches Karbonatitmagma aus einer silikatischen Schmelze tief im Inneren des Vulkans entmischt – ganz ähnlich wie Wasser und Öl, zwei unterschiedliche Flüssigkeiten, die nicht mischbar sind und sich voneinander trennen. „Es gibt bislang einige experimentelle und theoretische Studien die behaupten, dass Karbonatitmagmen durch Entmischung aus Silikatschmelzen entstehen können. Diese Studien beziehen sich vor allem auf die natrium-reichen Magmen des Oldoinyo Lengai“, erklärt Erstautor Jasper Berndt. „Unsere Studie zeigt deutlich, dass auch kalzium-reiche Karbontitmagmen durch Entmischung aus Silikatmagmen entstehen können“, unterstreicht Koautor Stephan Klemme. „Diese Karbonatite kommen sehr viel häufiger vor und die meisten ökonomisch relevanten Lagerstätten Seltener Erden findet man in solchen kalzium-reichen Karbonatitkomplexen. Unsere Ergebnisse tragen dazu bei, die Entstehung dieser Lagerstätten besser zu verstehen.“
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Foto: Die Geowissenschaftler Jasper Berndt (links) und Stephan Klemme präsentieren ein Vulkangestein vom Laacher See. Dieses Eifelgestein enthält das Mineral Hauyn (etwa 0.5 mm), in dem die Forscher die mikroskopisch kleinen Karbonatit-Schmelzeinschlüsse gefunden haben (kleines Bild unten links). Im Hintergrund befindet sich die "Jeol Elektronenstrahlmikrosonde", mit der die Messungen durchgeführt wurden / © WWU - Institut für Mineralogie