Thread by @realsci_DE

Gestern ging es um den Weg vom Stein zum (metallischen) Rohstoff, heute schauen wir mal einen Schritt früher an:

Woher weiß man überhaupt, wo es sich lohnt, Gestein abzubauen? Also: Wie funktioniert Exploration?

An sich hat man ein breites Sammelsurium an Methoden zur Verfügung: Geophysikalische Messungen, geochemische Untersuchungen, Bohrungen... Aber wie überall spielt auch hier Geld eine Rolle. Bohrungen sind beispielsweise verdammt teuer, pi mal Daumen 1000 € pro Meter.

Deshalb fängt man erstmal billig an und wirft einen Blick auf eine geologische Karte:

[Ich spiele mit euch heute grob meine Univeranstaltung "Mineral Exploration" durch, alle Daten und Karten sind also fiktiv und ich darf sie zu Bildungszwecken nutzen.]

Bisher ist das noch ganz schön wenigsagend. Aber vielleicht werden wir schlauer, wenn wir uns eine detailliertere geologische Karte besorgen?

Was wir bereits mit den vorhandenen Informationen (die recht günstig zu beschaffen waren) erkennen können: Die Gesteine in der Region sind gefaltet worden, das sieht man auf der Übersichtskarte. Das spricht dafür, dass sie hohem Druck und evtl. auch Temperaturen ausgesetzt waren.

Nun gibt es ganz verschiedene Typen von Lagerstätten, aber hoher Druck und hohe Temperaturen sind ein guter Start, denn dabei können sich Minerale umwandeln, oder werden in Wasser gelöst, das unter hohem Druck durch Spalten im Gestein unterwegs ist (-> hydrothermale Lagerstätte).

"Lagerstätte" heißt nämlich erstmal nur "abbauwürdige (also wirtschaftlich interessante) Konzentration von Rohstoffen an einem Ort". Lagerstätten sind daher immer geologische Ausnahmen! Irgendwie muss sich die "normale" Konzentration von z.B. Kupfer erhöht haben.

Bei hydrothermalen Lagerstätten also beispielsweise: heißes Wasser unter hohem Druck dringt durch Spalten ins Gestein ein, löst Minerale auf (die nur unter so hohem Druck löslich sind) und transportiert sie weg.

Irgendwoanders (z.B. näher an der Erdoberfläche) ist der Druck nicht mehr so hoch und die Minerale können nicht länger im Wasser gelöst bleiben. Sie kristallisieren aus, und zwar ganz viel vom gleichen Mineral am selben Ort. Das könnte eine ganz interessante Lagerstätte ergeben!

Um hier mal etwas konkreter zu werden: ein häufiger Lagerstättentyp für Kupfer sind SSC-deposits: sediment-hosted stratabound copper deposits, also "an Gesteinsschichten gebundene Kupferlagerstätte in Sedimentgestein". Wenn alle Voraussetzungen gegeben sind...

... dann lagern sich große Mengen Kupfer an der Grenze zwischen oxidiertem (=Sauerstoff vorhanden) Sandstein und reduziertem (=kein Sauerstoff vorhanden) Silt- oder Tonstein ab. Das könnte bei unserem Beispiel der Fall sein!

Ohne gebohrt zu haben oder anderes teures Gerät eingesetzt zu haben, wissen wir also schonmal, dass die Grenze zwischen "Sandstone" (Sandstein) und "Shale" (Tonstein) vielversprechend ist.

Der sinnvollste nächste Schritt ist, den Boden auf Anomalien, also ungewöhnlich hohe Metallgehalte zu untersuchen. Wir haben das auf einem Stück gemacht und siehe da - stellenweise ganz schön viel Kupfer im Boden!

[Nach dem Mittagessen geht's weiter :)]

Jetzt könnte man prinzipiell mit geophysikalischen Methoden arbeiten: bei seismischen Messungen beispielsweise werden an der Erdoberfläche gezielt Erschütterungen ausgelöst, die dann an Gesteinsgrenzflächen reflektiert und von Sensoren an der Oberfläche wieder registriert werden.

Da ich aber von Geophysik nicht viel Ahnung habe und jetzt auch nicht so tun will als ob ich sie hätte, hier nur soviel: es braucht viel Erfahrung (und ein bisschen Phantasie) um aus einem Bild wie dem hier⬇️viel ableiten zu können.

[Bild: fathomgeophysics.com/seismic.html ]

Zumindest den Wechsel von einem Gesteinstyp zu einem anderen kann man mit Seismik einigermaßen erkennen. Aber die Superkraft von GeologInnen ist: aus reinen Oberflächeninformationen schon viel über den Untergrund schlussfolgern zu können!

Wenn ich beispielsweise weiß, dass eine bestimmte Gesteinsschicht an einem Punkt nach Osten einfällt, und ein paar hundert Meter weiter auch, aber dort auf dem Kopf steht, dann kann ich daraus schlussfolgern, dass sie dazwischen wohl gefaltet und überkippt wurde!

Und wenn ich an einer Stelle hohe Kupfergehalte gefunden habe [Abb. links], dann hab ich gute Chancen, dass ich auch an den "zugehörigen" Stellen [Abb. rechts] hohe Kupfergehalte vorfinde.