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Lehrstuhl für Geologie und Lagerstättenlehre

Genese und Verteilung der Spodumen-Pegmatite im Ostalpinen Kristallin (Ostalpen)

In den Ostalpen sind bisher etwa 80 Spodumen (LiAl[Si2O6]) führende Pegmatite bekannt, wovon das größte bekannte Vorkommen auf der Weinebene (Kärnten) derzeit prospektiert wird. Die Spodumen-Pegmatite sind immer mit einfachen Pegmatiten, die keine besonderen Mineralisationen zeigen, vergesellschaftet. Einheiten, die Pegmatite enthalten, sind über eine W-E Erstreckung von ca. 400 km verfolgbar.
Seit langem gibt es eine Diskussion über die Genese der Spodumen-Pegmatite. Einerseits handelt es sich um Selten-Element-Pegmatite der LCT-Familie, die nach ÈERNÝ & ERCIT (2005) nur durch fraktionierte Kristallisation von Mutterplutonen entstehen können. Auf der andere Seite wird für die räumlich und wahrscheinlich auch genetisch verbundenen einfachen Pegmatiten eine metamorphogene Bildung durch Anatexis aus den umgebenden migmatischen Glimmerschiefern und Paragesteinen angenommen (STÖCKERT, 1987; THÖNI & MILLER, 2000; ERTL et al. 2010). Im ersten Fall ergibt sich das Problem, dass es im Ostalpin keine Granite gibt, die als Mutterplutone in Frage kommen, während im zweiten Fall die Art der Schmelzbildung ungeklärt ist.
Ziel des Projektes ist es (1) ein Modell für die Genese der Spodumen-Pegmatite im Ostalpinen Kristallin zu entwickeln und (2) mittels geochemischer „Fingerprints“ die Verteilung von unterschiedlich stark fraktionierten Pegmatiten über die verschiedenen geologischen Einheiten des Ostalpins zu untersuchen, unbekannte Selten-Element-Pegmatite zu finden, Hoffnungsgebiete einzugrenzen sowie deren Lagerstättenpotential abzuschätzen.
Zu (1): Ein neues Verständnis des Ostalpins und detailierte Kartierungen aus den vergangenen Jahren geben uns jetzt die Möglichkeit das Problem neu zu untersuchen: Die Pegmatite entstanden im Perm, als die Lithosphäre des betroffenen Gebietes gedehnt wurde. Basaltschmelzen drangen an die Unterkruste auf, es kam zu einer Hochtemperatur-/Niederdruck-Metamorphose und zu intensivem Magmatismus (SCHUSTER & STÜWE, 2008). Die permischen P-T-t Pfade sind dabei durch Aufheizung bei leicht fallenden Drucken charakterisiert. Die Kartierungen zeigen, dass es Einheiten aus migmatischen Glimmerschiefern und Paragneisen mit zahlreichen eingelagerten Pegmatiten gibt, welche die Areale der Schmelzbildung darstellen könnten. Die Spodumen-Pegmatite finden sich gemeinsam mit stärker fraktionierten einfachen Pegmatiten (KOLLER et al., 1983; AHRER, 2014) in strukturell höheren Niveaus.
Im Zuge des Projektes sollen die Daten der permischen Granite im Ostalpin nochmals einer kritischen Betrachtung unterzogen werden, ob diese nicht doch als Mutterplutone in Frage kommen können. Alternativ soll aber ein metamorphogenes Genesemodell untersucht werden. Dieses geht von Anatexis in Metapeliten mit erhöhtem Li-Gehalt aus. Die Schmelzen sollen bei ~650°C and 0,4-0,6 GPa, externer H2O-Bufferung und niedrigen Aufschmelzraten entstehen. Neben der Schmelzbildung aus Hellglimmer, Feldspat und Quarz könnten andere Reaktionen für eine primäre Li-Anreicherung verantwortlich sein. Vor allem Reaktionen bei denen Staurolith prograd abgebaut wird erscheinen interessant, da Staurolith eines der Minerale mit der höchsten Li-Konzentration in Metapeliten darstellt. Erste Untersuchungen zeigen, dass die Al-reichen Metapelite im Ostalpinen Kristallin 40-90 ppm Li enthalten.
In jedem Fall durchliegen die pegmatitischen Schmelzen in weiterer Folge eine interne Fraktionierung, wobei die Li-Gehalte weiter anstiegen. In den am stärksten fraktionierten Schmelzen erreichte die LiO2–Konzentration mehr als 2 wt% und es kristallisierte Spodumen.
Zu (2): Der Fraktionierungsgrad von Pegmatiten läßt sich über verschiedene Verhältnisse an Alkalien, Erdalkalien, HFSE und REE ermitteln (LONDON, 2008). Untersuchungen von Pegmatiten aus dem Ostalpin zeigen, dass vor allem das K/Rb Verhältnis von Muskoviten gut zur Ermittlung des Fraktionierungsgrades geeignet ist. Auch manche einfache Pegmatite zeigen niedrige K/Rb Verhältnisse < 50 und somit hohe Differenzierungsgrade, während die Spodumen-Pegmatite mittel- bis hochgradig fraktioniert sind. Messungen an ~1000 Proben sollen ein flächiges Bild der Verteilung des Fraktionierungsgrades ergeben.
Die Bestätigung des metamorphogenen Genesemodelles hätte Auswirkungen auf die Prospektion auf Pegmatite der Selten-Element-Klasse auch in anderen Gebieten. Erkenntnisse über die Verteilung der fraktionierten Pegmatite in den Ostalpen wäre nicht nur eine Grundlage für die Prospektion nach Spodumen-Pegmatiten, sie würden auch helfen das Ostalpine Kristallin intern besser zu untergliedern.



Als Ergebnis-Produkte des Projektes werden angestrebt:

(1) Publikationen in Fachzeitschriften

(2) Karten, welche die Verteilung der Pegmatite mit unterschiedlichem Fraktionierungsgrad zeigen

(3) eine Datenbank, die alle Daten zu den Pegmatiten enthält und über die IRIS-Datenbank der GBA abfragbar ist

(4) eine Belegstücksammlung, die auch Schliffe, Mineralkonzentrate usw. enthält und im (eingeschränkt) öffentlich zugänglichen Rohstoffarchiv an der GBA beheimatet ist

Dieses Projekt wird in Zusammenarbeit und durch die finanzielle Unterstützung der Geologischen Bundesanstalt ermöglicht.

A) Einfacher Pegmatit mit Feldspat, Quarz, Turmalin und Granat (Koralpe, Steiermark). B) Spodumen-Pegmatit aus dem Rappold-Komplex (Lachtal, Niedere Tauern, Steiermark), mit dm-großen Spodumenkristallen in einer quarzreichen Matrix. C) Dünnschliff mit größeren Spodumenkristallen mit myrmekitischen Säumen aus Quarz und Spodumen, die in Kalifeldspat hineinwachen (Hohenwart, Niedere Tauern, Steiermark; X-pol. Licht).