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Technical Report NTB 89-17
Reduction spheres in hematitic rocks from Nortern Switzerland:Implications for the mobility of some rare elements
Reduktionshöfe sind kleinräumige, isolierte Redoxsysteme, die in mit Hämatit durchwachsenen Gesteinen unterschiedlichen Alters und Ursprungs vorkommen. Die Reduktionshöfe von permotriassischen kontinentalen Rotschichten und vom Grundgebirge der Nordschweiz wurden sowohl mineralogisch als auch geochemisch untersucht. Mehr als 40 authigene Mineralien sind in den dunklen, mineralisierten Kernen der Höfe erkennbar. Die häufigsten sind Roscoelith, Uraninit und NickelArsenide, ausserdem wurden Mineralien gefunden, welche die Edelmetalle Ag, Au, Pd und Pt enthalten sowie Selenide und Uraninit, welcher reich an Seltenen Erden ist. Da Hämatit bevorzugt in Lösung geht, sind die ausgelaugten Höfe arm an Eisen (III). Massenbilanz-Berechnungen zeigen, dass nur ein geringer Teil der im Gestein vorhandenen Spurenelemente während der Hofbildung mobilisiert wurde. Die relativen Mobilitäten sind: As > U > Ni > V. Die Elemente, die als Erzmineralien in den Hofkernen ausfallen, wurden wahrscheinlich während der Umwandlung von Eisenhydroxiden zu Hämatit freigesetzt. Die Rotschichten, in denen Reduktionshöfe vorhanden sind, sind aussergewöhnlich arsenreich (100 ppm), im Vergleich zu den darunterliegenden reduzierten Schichten, die weniger als 5 ppm As enthalten. Die Bildung der Reduktionshöfe fand im Mesozoikum statt, in einer Tiefe von 500 bis 1100 m. Die Porenwässer waren von hoher Salinität. An diskreten, unsystematisch verteilten Punkten in den Gesteinen reagierten organische Stoffe unbekannter Herkunft mit den gelösten Ionen hoher Wertigkeit und mit Hämatit, was zur lokalen Ausfällung von Seltenen Erden als Erzmineralien sowie Auflösung von Hämatit führte. Die Wanderung der Elemente erfolgte durch Diffusion. Die Oxidation organischer Stoffe und die Ausfällung der Erzmineralien wurden wahrscheinlich durch Bakterien katalysiert, weil die Sulfide durch eine Sulfatreduktion bei einer niedrigen Temperatur in-situ von < 100°C entstanden. Reduktionshöfe können zur quantitativen Datierung und Identifizierung der Mobilität verschiedener Elemente während der Diagenese der Rotschichten genutzt werden. Die geologische Bedeutung der Höfe ist noch nicht klar.
Reduktionshöfe liefern qualitative Information zur Mobilität verschiedener Elemente in einem Milieu, das der Umgebung eines potentiellen Endlagers in der Nordschweiz sehr ähnlich ist. Der diffuse Transport von U, Seltenen Erden, Pd und vielen anderen Elementen unter oxidierenden Bedingungen sowie die Immobilisierung dieser Elemente unter sehr lokal reduzierenden Bedingungen, können nachgewiesen werden. Sehr hohe Konzentrationsgradienten für U und andere Elemente an Redoxgrenzen blieben etwa 108 Jahre erhalten.