03 Fakultät Chemie
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Item Open Access Confirmation of siderazot, Fe3N1.33, the only terrestrial nitride mineral(2021) Bette, Sebastian; Theye, Thomas; Bernhardt, Heinz-Jürgen; Clark, William P.; Niewa, RainerSiderazot, the only terrestrial nitride mineral, was reported only once in 1876 to occur as coating on volcanic rocks in a fumarolic environment from Mt. Etna and, to date, has been neither confirmed nor structurally characterized. We have studied the holotype sample from the Natural History Museum, London, UK, originally collected by O. Silvestri in 1874, and present siderazot with epsilon-Fe3N-type crystal structure and composition of Fe3N1.33(7) according to crystal structure Rietveld refinements, in good agreement with electron microprobe analyses. Crystal structure data, chemical composition, and Raman and reflectance measurements are reported. Possible formation conditions are derived from composition and phase stability data according to synthetic samples.Item Open Access Charakterisierung umweltneutraler, natürlicher eisenhaltiger Sauerstoffträger für Chemical-Looping-Combustion (CLC)-Kraftwerke(2018) Schopf, Alexander; Massonne, Hans-Joachim (Prof. Dr.)Chemical Looping Combustion (CLC) ist eine großtechnische Verbrennungstechnologie zur Stromerzeugung mittels Wirbelschichtreaktoren unter Verwendung von Feststoffen anstelle von Luft als Sauerstoffträger. CLC zählt zu den CO2-Sequestrierungsverfahren für Carbon Dioxide Capture and Storage (CCS). Das Rauchgas besteht hauptsächlich aus Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid, die Produktion von Stickoxiden wird prozessbedingt vermieden, der Wirkungsgradverlust liegt bei theoretisch 2 bis 3 %. Das bislang als Sauerstoffträger für CLC verwendete Mineral Ilmenit ist im Vergleich mit anderen Erzen relativ selten. Synthetisch hergestellte Sauerstoffträger sind dagegen teurer und daher unwirtschaftlich. Ziel der Arbeit war die Identifikation umweltneutraler natürlicher Sauerstoffträger für CLC-Kraftwerke die sowohl gut verfügbar sind als auch wirtschaftliche Alternativen darstellen. Für die Untersuchungen wurden die Gütekriterien der Effektivität für CLC und Kraftwerkseignung zu Grunde gelegt: gute Abriebfestigkeit, hohe Reaktivität mit Brenngasen bei 900 °C, insbesondere Methan, hohe Sauerstofftransportkapazität mit ca. 10 % Masseverlust bei der Reduktion, hohe Reaktivität mit Luftsauerstoff bei der Oxidation und eine Temperaturstabilität von mindestens 1000 °C unter oxidierenden Bedingungen. Weiteres Forschungsziel war die Aufklärung der ablaufenden Prozesse der Reduktions- bzw. Oxidations-Reaktionen bei den einzelnen Sauerstoffträgern unter simulierten Kraftwerksbedingungen. Mit der Entwicklung eines systematischen, für alle Sauerstoffträger anwendbaren, Untersuchungsgangs wurde eine fundamentale Methode zur Visualisierung der inhärenten chemischen Reaktionen bei wiederholender sukzessiver Reduktion und Oxidation geschaffen. Die experimentelle Versuchsabfolge gliederte sich in vier Teile: Vorbereitung und mineralogische Untersuchung zur Beschreibung des Ausgangsmaterials, Vorstudie zur Überprüfung der Temperaturstabilität von 1000 °C in der Thermowaage (TGA), Hauptstudie mit Simulation von CLC in der TGA und eine Vergleichsstudie unter Kraftwerksbedingungen im Versuchskraftwerk des Instituts für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik der Universität Stuttgart zur Korrelation der Ergebnisse der Hauptstudie. Unter ihrer Anwendung wurden die hier einbezogenen Proben charakterisiert, wobei sich sieben von 12 Proben der Hauptstudie (aufgrund der formulierten Anforderungskriterien) als Sauerstoffträger besonders geeignet erwiesen: Magnetiterz, Maphopha (RSA), Magnetiterz, Thạch Khê (SGA), Roter Glaskopf, Toulkine (IMI), MIOX ME400, Waldenstein (KMI), Hämatiterz, Norwegen (DH), Bändereisenerz, Bogalatladi (RSA) und Ilmeniterz, Capel (IFK). Bei sehr lang gewählten Reduktionszeiten mit Brenngas entstanden zudem Varietäten des Kohlenstoffs, wie bspw. amorpher Kohlenstoff, Graphit und Graphen, als Abscheidung aus der Gasphase auf den Sauerstoffträgeroberflächen. Dies gibt Anlass zu weiteren Forschungen.Item Open Access Forearc tectonics and volcanism during the Devonian-Carboniferous evolution of the North Patagonian segment, southern Chile (41,3°S)(2022) Palape, Camilo; Quezada, Paulo; Bastías, Joaquin; Hervé, Francisco; Reyes, Tommy; Veas, Marta; Vildoso, Francisca; Calderón, Mauricio; Theye, Thomas; Fuentes, Francisco; Chiaradia, MassimoLate Paleozoic to early Mesozoic subduction complexes formed during the evolution of southwestern Gondwana and extensively crop out along the Chilean continental margin. Recent findings in northern Patagonia (40°-43°S) revealed that accretionary processes were active since the Devonian when enhanced lithosphere stretching in the forearc led to the formation of Chaitenia island arc. The extension in the crust consecutively developed a backarc basin, which culminated during a compressive episode that re-amalgamated the Chaitenia island arc with the margin. This episode produced intermediate grade metamorphism in the sedimentary rocks that were formed throughout the extension. To constrain the tectonic evolution of these processes, we combined petrology, structural analysis, whole-rock geochemical, and whole-rock isotopic tracing (Sr-Nd-Pb) data along with thermodynamic modelling. Two petro-tectonic domains are here defined. The Western Coastal Range Domain is composed of Carboniferous to Permian metapsammopelitic rocks, which are mainly schists with a metasedimentary Carboniferous protolith exhibiting a penetrative northeast to southwest dipping main foliation associated with basal accretion. The Eastern Coastal Range Domain is comprised by garnet micaschists, metabasalts, metarhyolites, and metasandstones. This unit is folded by three ductile structures: The first is related to rootless isoclinal folds, the second is associated with kilometric scale west-verging tight folds, and the third is associated with west-verging cylindrical folds. The volcanic rocks of this domain are comprised by middle Devonian alkaline metarhyolites and metabasalts with enriched-MORB and normal-MORB affinities. Trace element composition suggests that the metabasalts formed through shallow melting in an extensional setting over a supra-subduction zone. Nd and Pb isotope data point to a mantle source change for the basaltic melts from an EM1-like to a DM-like and are interpreted to reflect the embryonic to mature evolution of the early Devonian to Carboniferous backarc system. The calculated P-T evolution of the garnet micaschists follows: 1) a clockwise IP-IT prograde Barrovian path, 2) an isobaric thermal increase at ∼7 kbar and 540°C, and 3) an adiabatic decompression. Finally, after the metamorphism, these rocks were uplifted by thrusting processes that probably occurred during the late Permian.Item Open Access Metamorphite der Silvrettadecke/Ostalpen : thermobarometrische und geochemische Untersuchungen zur präalpidischen Entwicklung(2000) Schweinehage, Ralf; Massonne, Hans-Joachim (Prof. Dr.)Das präalpidische Kristallin der Silvrettadecke wurde geochemisch und mineralchemisch untersucht. Die geotektonische Diskriminationsanalyse der Gesamtgesteinschemie der Eklogite und Amphibolite ergab überwiegend MOR-Basalte, untergeordnet IATs und CABs. Die Granitoide belegen mit ihrer S-Typ-Signatur die Abstammung aus sedimentären Protolithen. Nach der Spurenelementsignatur können zwei Gruppen unterschieden werden, die einem magmatischen Bogen bzw. einem Kollisionsorogen zuzuordnen sind. Mittels detaillierter Elektronenstrahl-Mikrosonden-Untersuchungen konnte die P-T-Geschichte der Gesteine aufgeklärt werden. Die Berechnung der P-T-Daten erfolgte überwiegend mit den Programmen PTAX und TWQ. Der P-T-Pfad eines Eklogites nahe Ischgl ist durch eine schnelle Subduktion gekennzeichnet. Das PMax von ca. 27 kbar wurde bereits bei 490°C erreicht. Die nachfolgende isobare Aufheizung auf 620-670°C erfolgte unter Fluidzufuhr. Eklogite der südlichen Silvrettadecke ergaben bei übereinstimmenden P 100-150°C niedrigere T. Postkinematische Phengite zeichnen mit 20-23 kbar / 490-550°C den frühen retrograden Pfad auf, es folgen Symplektitbildung und Grt-Amphibolite bei 10-13 bar / 650-700°C bis Ep-Amphibolite mit 4-5 kbar / 550°C. Die Metasedimente erreichen PMax um 15 kbar bei 450-500°C auf dem prograden Ast des P-T-Pfades. Dem TMax von 600-700°C bei 8-10 kbar folgt eine späte LP-Phase bei 4-5 kbar / 550°C. Den Eklogiten vergleichbare P-T-Bedingungen konnten nur an einzelnen, direkt mit diesen assoziierten Metasedimenten, festgestellt werden. Orthogneise ergeben ähnliche Drücke (16-20 kbar bei 550°C). Weitere Reequilibrationsstadien wurden mit 10-11 kbar / 530°C und 4-5 kbar / 500°C berechnet. Die Abweichung von 10 kbar in den berechneten Maximaldrücken zwischen Eklogiten und Metasedimenten/Orthogneisen deutet auf eine tektonische Inkorporation der Metabasite in die weniger tief versenkte kontinentale Kruste im Verlauf der frühen Exhumierungsgeschichte.Item Open Access Metapelite from the high‐ to ultrahigh‐pressure terrane of the Eastern Alps (Pohorje Mountains, Slovenia) : new pressure, temperature and time constraints on a polymetamorphic rock(2021) Li, Botao; Massonne, Hans‐Joachim; Koller, Friedrich; Zhang, JunfengThe Austroalpine nappe stack of the Pohorje Mountains (Mts.) in northeastern Slovenia comprises a suite of eclogite facies metamorphic rocks that were partially assigned to Eo‐Alpine ultrahigh‐pressure metamorphism (UHPM). We selected a micaschist, which was previously related to this metamorphism, for a detailed study including the chemical zonation of garnet and potassic white mica, the identification of mineral inclusion assemblages, pseudosection modelling with PERPLE_X, and monazite in‐situ dating with the electron microprobe. Polymetamorphism was revealed by (at least) two generations of garnet and phengite and four populations of monazite yielding ages of 283.6 ± 6.1 (2σ), 94.1 ± 3.7, 47.9 ± 10.8 and 26.2 ± 2.8 Ma. The Permian monazite population is characterized by relatively high Y contents (~1.15 wt% Y) and low La/Gd mass ratios (8.7) indicating its formation before the growth of porphyroblastic garnet. The Eo‐Alpine population, however, grew synchronously with garnet based on low Y contents (~0.05 wt%) and high La/Gd ratios (21.4). The older Tertiary population (48 Ma) shows also high Y contents (1.1 wt%) and low La/Gd ratios (10.6) whereas the younger Tertiary population is characterized by low Y contents. The Permian P-T conditions of 7.5-10 kbar at 600-650°C were obtained using the inclusion assemblage of staurolite+rutile+biotite in porphyroblastic garnet. High pressure (HP) but no UHPM was reconstructed for both Eo‐Alpine coarse phengite (Si = 3.22 per formula unit = pfu) and small Tertiary garnet+fine‐grained phengite (Si = 3.27 pfu) at peak pressures ~16 kbar and 18.5-23 kbar respectively. Maximum temperatures close to 650°C were likely reached during the Eo‐Alpine HP event, whereas those of the Tertiary HP event were probably ~580°C. These HP metamorphic events suggest that the Pohorje Mts. experienced both an Eo‐Alpine and a Tertiary subduction-exhumation history, the latter of which was mainly reported for underlying Penninic nappes so far.Item Open Access Evolution of rocks from the Münchberg Metamorphic Complex (NE Bavaria)(2017) Waizenhöfer, Florian; Massonne, Hans-Joachim (Prof. Dr.)Die Dissertation „Evolution of Rocks from the Münchberg Metamorphic Complex (NE Bavaria)” behandelt metamorphe Gesteine, hauptsächlich Eklogite und Gneise. Diese Gesteine wurden in einem Gebiet im nordöstlichen (NE) Bayern (Deutschland), der Münchberger Gneismasse (MMC), beprobt. Dort treten variszische Gesteine auf, die Hinweise auf die geodynamische Entwicklung der Plattenkollision von Laurussia und Gondwana in paläozoischer Zeit liefern. Es wurden 14 Gesteinsproben im Detail untersucht.Item Open Access Thermobarometrische und geochemische Untersuchungen der Gesteine der Küstenkordillere Chiloés, Südchile(2003) Hufmann, Lydia; Massonne, Hans-Joachim (Prof. Dr.)Die Geologie Chiles wird durch aktiven Kontinentalrand entlang des süd-amerikanischen Kontinents geprägt. Zur Rekonstruktion der prä-andinen Geschichte ist das metamorphe Grundgebirge der chilenischen Küstenkordillere ein wichtiger Schlüssel, da diese Einheiten wenig durch andine Ereignisse beeinflusst wurde. Das metamorphe Grundgebirge der Insel Chiloé wird im wesentlichen von metamorphisierten turbiditischen Sequenzen aufgebaut untergeordnet treten synsedimentär abgelagerte pyroklastische mafische Zwischenlagen sowie tektonisch eingeschuppte mafische Schiefer auf. Bei den geothermobarometrisch bearbeiteten Proben handelt es sich um Phyllite, Quarzphyllite und granatführende Quarzite. Trotz der Einschränkungen aufgrund der Mineralparagenese ist es mit der Chlorit-Phengit- und Chlorit-Phengit-Granat-Multigleichgewichtsberechnung (Vidal & Parra 2000) gelungen eine HP-LT Metamorphose der Metasedimente nachzuweisen. Bei den Metase-dimenten handelt es sich um einen Subduktionszonenkomplex mit einem ermittelten geothermischen Gradienten von ca. 13_°C/km, was auf eine langsame oder flache Subduktion hinweist. Ferner konnte ein Schuppenbau mit unterschiedlichen Versenkungstiefen von 23 km und 33 km festgestellt werden. Mit den jetzt vorliegenden Daten kann belegt werden, dass alle untersuchten Metapelite der Insel Chiloés eine HP-LT-Metamorphose erfuhren. Um die bereits subduzierte ozeanische Platte näher charakterisieren zu können wurden von Metavulkaniten eine geochemische Gesamtgesteinsanalyse erstellt. Die geochemische Signatur zweier Proben aus dm-mächtigen Grünschieferzwischenlagen und als pyroklastische Ablagerungen interpretiert werden sind charakteristisch für Inselbögen oder aktive Kontinentalränder. Die restlichen Proben zeigen typische Charakteristika, die für die Bildung im Bereich eines vulkanischen Bogens als auch die für eine Bildung im Bereich eines Mittelozeanischen Rückens sprechen. Nachdem back-arc-Becken Basalte Merkmale von vulkanischen Bogenbasalten und MORB vereinen (Saunders & Tarney 1991) läge es nahe die Proben einem solchen geotektonischen Bildungsmilieu zuzuordnen. Nimmt man die Bildung der Proben mit MORB-Merkmalen und vulkanischen Bogen-Merkmalen an einem Mittelozeanischen Rücken an, kann folgendes Modell entworfen werden: An einem mittelozeanischen Rücken wurden Magmen generiert, die eine Anreicherung an LIL-Elementen aufweisen und die durch deutlich positive Pb-Anomalien den Einfluß von recyclierten Sedimentgesteinen im Magma nahelegen. Die Anreicherung von LIL-Elementen könnte nachvollziehbar sein, Hinweise auf recycelte Sedimentgesteine im Bereich von mittelozeanischen Rücken können jedoch kaum erklärt werden. Aufgrund der Spreizungsaktivität am Rücken und der Subduktionstätigkeit am westlichen Gondwanarand nähert sich die ozeanische Kruste dem westlichen Gondwanarand. Während der Tiefseesedimentation wird auch pyroklastisches Material eines kalk-alkalischen Vulkans eingetragen und sedimentiert. In den Akkretionskeil wurde ozeanische Kruste mit einbezogen. Teile des Akkretionskeils wurden durch die Subduktion in größere Tiefen versenkt. Aufgrund der Ergebnisse der Geothermobarometrie wurden die Metasedimente der Küstenkordillere Chiloés bis zu max. 33 km bei einer Temperatur von 450_°C versenkt. Nimmt man die Bildung der Proben als Bildungen im Bereich eines back-arc-Beckens an, kann folgendes Modell entworfen werden: Prädevonisch entwickelte sich im Präpazifik östlich des Gondwanarandes an einer ostvergenten Subduktionszone ein ozeanischer Inselbogen mit back-arc-Becken. Die Subduktionszone kollabierte und die Spreizung des back-arc-Beckens endete. Im Späten Devon bis Karbon kam es zur Ausbildung einer NS streichenden nach Osten abtauchenden Subduktionszone. Im Akkretionskeil akkumulierten die Sedimente der ozeanischen Kruste und die pelitischen Sedimente Gondwanas. Teile des Akkretionskeils wurden durch die Subduktion in größere Tiefen versenkt. Aufgrund der Ergebnisse der Geothermobarometrie wurden die Metasedimente der Küstenkordillere Chiloés bis zu max. 33 km bei einer Temperatur von ca. 450 °C versenkt. Durch Subduktion der ozeanischen Kruste kam es zur Annäherung des kollabierten ozeanischen Inselbogens an den Gondwanarand. Während des Mittleren Perms bis zur Mittleren Trias kollidierte das Inselbogen/back-arc-Terrane mit dem Gondwanarand. Teile des Inselbogen/back-arc-Terranes wurden in den Akkretionskeil eingeschuppt. Von der Späten Trias bis Mittleren Jura kam es zur zunehmenden Subduktion des Inselbogen/back-arc Terranes. Es kann keine Aussage getroffen werden, welches Modell der Realität am nächsten kommt. Obwohl die vorliegende Arbeit kein abschließendes Entstehungsmodell für die Region vorstellen kann ist es erstmals gelungen durch eine systematische geothermobarometrische Bearbeitung der Westlichen Serie des metamorphen Grundgebirges einen P-T-Pfad zu rekonstruieren und die HP-LT-Metamorphose aller untersuchten Metasediment zu belegen.Item Open Access Evolution of Variscan metamorphic rocks from the Fichtelgebirge and Elstergebirge(2019) Rahimi, Gelareh; Massonne, Hans-Joachim (Prof. Dr.)Item Open Access Zechstein Kupferschiefer at Spremberg and related sites : hot hydrothermal origin of the polymetallic Cu-Ag-Au deposit(2019) Spieth, Volker; Massonne, Hans-Joachim (Prof. Dr.)Copper-silver-gold-polymetallic (Cd, Hg, Mo, Co, Ni, Cr, V, Sb, U, Cs, Re, Pb, Zn, PGE) rich mineralization is present in the deposits containing Kupferschiefer black shale of the lowermost Zechstein Group of Late Permian (Lopingian) age in central Germany and southwestern Poland. Mineralized areas are near large shear lineaments at the border between the Saxo-Thuringian and Rheno-Hercynian zones. Polymetallic mineralization is contained in and geochemically transgresses the Upper Permian Rotliegend strata: the Weissliegend Sandstone, the Zechstein conglomerate, the Kupferschiefer sensu stricto, the Zechstein dolostone, and the overlying Werra carbonate rocks of the Zechstein Group. Hematitic alteration features of the Rote Fäule type are massively present. The mineralization occurs on a continental scale of more than 750 km in an east-westerly direction from eastern Poland to the Rhön near the Rhine valley in Germany in the so called European Copper Belt. The Spremberg-Graustein-Schleife Kupferschiefer deposit in the Lausitz of southeastern Germany has been newly explored and shows the high-grade metallic features of the typical Kupferschiefer deposits, e.g. in the Mansfeld area of Germany and the Lubin area of Poland. The deep drilling campaign from 2008 to 2010 produced much new sample material that became the basis for this scientific research undertaking, which is the first comprehensive study of its type in decades. The major focus of the study was to establish the nature and occurrence of the mineralization in its stratigraphic and ore depositional environment. The methodology employed was: (1) Geological mapping and sampling in the Spremberg-Graustein-Schleife deposit from the new drilling as well as from the drill repository of the LBGR Geological Survey of Brandenburg. This was also done in addition at the Rhön project, the Sangerhausen-Wettelrode deposit in Germany and the Konrad, Lubin, Polkowiecze-Sierosowiecze and Rudna deposits in Poland. (2) The SGS analytical services in Montreal, Canada, geochemically analyzed more than 800 rock powder samples of the exploration campaign 1956 to 1980 at Spremberg, as well as hundreds of new drill core assays were prepared from the new Spremberg exploration campaign. (3) Optical microscopy of more than 1,350 thin and polished rock sections were reviewed and the most important and significant ones were selected for detailed analysis. (4) Electron-microprobe (EMP) analytics, in which chemical compositions of minerals were determined. Textural relations were documented by back-scattered electron images. X-ray maps were produced to recognize the chemical zonation of minerals. 350 polished and thin sections from drill holes and underground locations were selected and analyzed. 626 measurements were taken of stoichiometric and non-stoichiometric metallic minerals, which resulted in new insights about their hot hydrothermal origin and depositional environment. Scanning electron microscope (SEM) studies with wavelength dispersive X-ray spectroscopy microprobe analyses (WDS) were conducted with the CAMECA SX 50. For the calculation of the mineral formulas and the mineral distribution diagrams, the Mincalc-5-program was used. (5) The Raman spectra were measured with the Horiba XpLora Raman microscope with confocal optics with laser wavelengths of 532 and 638 nm. The research focused on minerals and inclusions that were in the size fraction between 1 and 50 nm. Metallic minerals and hydrocarbon aggregates were identified and their intensity frequencies determined. (6) δ34S isotope analysis was conducted on 55 samples that were specifically selected to represent single sulfide aggregates to demonstrate the multi-phase nature of the mineralization. The mineral concentrates were analyzed with an EA-analyzer to SO2 at a reaction temperature of 1,050 °C. The S-isotopic composition was measured with a NC 2500 connected to a Thermo Quest Delta+XL mass spectrometer. The results confirmed the multi-phase nature of the deposit mineralization and supported the new model of origin. (7) Rock samples in historical and significant museum collections were reviewed and evaluated at the following places: Geological Collection at Universität Tübingen, Mansfeld Museum, Wettelrode Röhrigschacht Museum, German Federal Geological Survey Museum at Potsdam, Freiberg Bergakademie Mineralogical Museum, Polish Geological Museum, Warsaw, and Collection of the Mineralogical Institute of University Cracow, Poland. (8) Research progress was presented and discussed in-house and with national and international researchers at seminars, conferences and through publications. The new research results show that the high-grade, Upper Permian, Zechstein polymetallic deposits indicate strong chemical and paragenetic relationships that lead to a unified genetically linked model related to deep-sourced, hot hydrothermal, rift-related volcanism. Mantle heat during failed, intra-continental rifting of the Pangea supercontinent at the end of the Permian time released vast amounts of the exotic metal-rich, alkali-rich, silica-aluminum-rich, organic-rich, halogen-rich, high-density brines into deep-basement fractures, depositing them above the continental flysch Rotliegend sandstones and conglomerates. Detailed investigations show that the high-grade, exotic metal and hydrocarbon mineralization has a hot hydrothermal origin. These result in a micro-layered deposit that was extruded on the Upper Permian Rotliegend peneplain that may have been covered with a shallow Zechstein sea, which was very hostile to lifeforms, at the time of the Permian Mass Extinction. The mineral assemblies are unusual, often chemically non-stoichiometric and unique in their composition as they contain high-temperature and low-temperature minerals adjacent to each other. The stability fields of the sulfides indicate the temperature ranged between 72 °C and 557 °C and up to 1,120 °C for high digenite. Mineralogical results obtained through microscopy, microprobe, Raman spectroscopy, geochemistry and δ34S isotope analysis in this thesis show that: o The Kupferschiefer deposit type mineralization in its vast majority is somewhat monotonous, as it is made up in Spremberg and the European Copper Belt mainly of chalcocite (Cu2S), digenite (Cu1.75S5), covellite (CuS), bornite (Cu5FeS4), and chalcopyrite (CuFeS2), plus a high hydrocarbon content, which is significant as it occurs over a distance of more than 750 km in length. o Many of the copper minerals are of non-stoichiometric composition and unusual association. Bornite, chalcocite, chalcopyrite and pyrite occur as spherules, immiscible metallic drops in the slurry mud. Bornite of the Kupferschiefer sensu stricto T 1 layer often shows exsolutions of electrum (AuAg) and other solid state exsolutions with chalcopyrite and covellite, indicating pre-mixture in the rising metal-hydrocarbon mud slurry and rapid cooling after extrusion on the sea floor surface. o The microprobe element analysis of sulfide phases that are widespread in natural ores of the Kupferschiefer Cu-Ag deposits plot in a phase field that includes chalcocite, digenite, djurleiite, anilite, yarrowite (“blaubleibender” covellite), klockmannite, and krutaite. Klockmannite (CuSe) and krutaite (CuSe2) have a stability field of about 343 °C and 384 °C and thus document the high hydrothermal nature of the mineral deposition. o The δ34S sulfur stable isotopes are a unique feature to the Kupferschiefer sensu stricto and at Spremberg have a similar composition as those of the copper mineralization of the other deposits of the European Copper Belt. The δ34S sulfur stable isotopes are light to very light with values ranging from -31‰ to -40‰ (permille) in chalcocite-digenite and chalcopyrite samples of the lower Kupferschiefer sensu stricto. Given the high temperature of the sulfide mineralization, these low values cannot be explained by microbial reduction. As it is shown in published diagrams, deep-sourced systems of ultramafic to serpentinitic origin and composition can contribute brines with a similar δ34S sulfur stable isotope composition. o Geochemical major and trace element compositions are anomalous and are much enhanced compared to average global black shale. The Kupferschiefer sensu stricto analysis and geostatistical comparison diagrams demonstrate the interdependence of the base, precious and polymetallic mineralization with the hydrocarbon deposition in the Zechstein rocks. o Geometallurgical analysis of the available operational and scientific data proves the genetic association of the enriched ultrabasic-sourced elements PGE, Co, Ni, Cr, V, Se, Re, Os with the contemporaneously deposited hydrocarbons. o Geological observation and mineralogical analyses demonstrate that the hematitic “Rote Fäule” is a post Zechstein Kupferschiefer, pervasive alteration event. In places, the “Rote Fäule” may have two distinct phases, of which one might have added gold to the system, forming independent new deposits. The advancing “Rote Fäule” front creates a “TZ Transition Zone”, where existing base and precious metals are enriched to a higher grade. o The age of the Zechstein Kupferschiefer deposition is considered to be 252.5 M.y. This might vary slightly along the 750 km of the European Copper Belt. The age dating relies on illite and rhenium-osmium ages. Spremberg samples have been submitted to age dating. The mineralization has a multi-phase history with age dates spreading from 267.7 M.y. to the “Rote Fäule” alteration event date of 244.5 M.y. o Large, deep-reaching, continent-size rifting lineaments are known in the Zechstein mineralized area of the European Copper Belt. These NW-SE lineaments are disrupted by NE-SW faults. This tectonic pattern is common in all Kupferschiefer districts and has been demonstrated with a seismic exploration program at Spremberg. Geological observations and mapping in Sangerhausen-Wettelrode, Spremberg and the Lubin-Rudna district show that: o The Weissliegend sand is an injectite/extrudite, silica slurry of Zechstein age that mostly rests on top of the Permian Rotliegend peneplain and is covered in an undulating manner by Kupferschiefer sensu stricto. o The Weissliegend sands are cut by veins and veinlets of sulfides and hydrocarbon and Kupferschiefer-like black mud rock that may represent the feeder veins of an open, hot hydrothermal vent. o The Weissliegend sand hosts by far the majority in quality and quantity of the Kupferschiefer-type deposit mineable copper resources measured in 100s of million of tons. o These observations resulting in a high-temperature, hydrothermal emplacement model lead in their conclusion to a paradigm change that replaces the “obsolete” syn-sedimentary epigenetic model, with consequences: - future exploration and mine development, - can rely on parameters that are congruent with the scientific knowledge that in many aspects resembles Volcanic Submarine Massive Sulfide deposits, and - will assist in the finding and development of the so far termed(by the USGS) “undiscovered Kupferschiefer resources”. • The new model for the Zechstein Kupferschiefer deposits postulates a high-energy, hot-hydrothermal, extrusive environment not dissimilar to submarine “Black Smoker” and volcanogenic, submarine, metal-brine deposits. The metal-rich fluids ascended through deep-reaching faults and erupted as slurries in low-relief, mud volcanism above fractures in an open, shallow, inland sea. Metal sulfide deposition is systematically accompanied by the precipitation of silica, dolomitic carbonate, and illite, as well as primary copper chlorides, such as atacamite (CuCl2) and other brine minerals, such as anhydrite and sylvite. • The ultimate brine source is interpreted to be serpentinized peridotite in the lower crust near the Moho transition to the mantle. Dehydration of the serpentinite source to talc (steatization) by mantle heat during failed, intra-continental rifting of the Pangaea supercontinent at the end of Permian time released vast amounts of element-laden, high-density brines into deep basement fractures, depositing them above the continental flysch sediment Rotliegend sandstone and conglomerate peneplain in the shallow Kupferschiefer sea, which is analogous to the modern northern Caspian Sea and the Salton Sea of southern California, USA.Item Open Access Provenance and metamorphic evolution of high-pressure rocks from the Malpica-Tuy zone (MTZ) in NW Spain(2016) Li, Botao; Massonne, Hans-Joachim (Prof.)