Die kommerzielle Bedeutung von Lithium nimmt ständig zu und seine Produktion wird weltweit von Lithium-Cäsium-Tantal-Pegmatiten (LCT) dominiert. Dabei handelt es sich um spektakuläre Gesteine mit beeindruckender ultragrober Textur, die jedoch aufgrund einer Kombination mehrerer Faktoren sehr schwer zu fassen sind: Sie sind klein und wurden bis vor einem Jahrzehnt oft nur als geologische Kuriosität angesehen. Daher ist unser Wissen über LCT-Pegmatite aus Explorationssicht begrenzt, was es schwierig macht, sie zu finden.
Der Ausgangspunkt der Mineralexploration ist typischerweise eine gezielte Suche nach der Entstehungsumgebung dieses Minerals. Doch während bei vielen anderen Erzen wie Kupfer und Gold mehrere genetische Modelle unsere Suche beeinflussen, sind die verfügbaren Modelle bei LCT-Pegmatiten begrenzt. Lot Koopmans et al. Ziel ist es, den Schleier zu lüften, der bisher über die Lithiumexploration verborgen war. „Um sie zu finden, ist es von größter Bedeutung zu wissen, dass bestimmte Umgebungen die richtige geologische Geschichte haben, um die Bildung von LCT-Pegmatiten zu ermöglichen“, erklärt er.
Zwei klassische Hypothesen erklären die Entstehung von Pegmatiten als Produkt entweder einer extremen Fraktionierung eines ursprünglichen Granitkörpers oder eines geringfügigen teilweisen Schmelzens eines metamorphen Gesteins. Koopmans et al. verwendeten petrologische Modelle, um zu bewerten, ob bei diesen Prozessen eine signifikante Lithiumanreicherung im Ausmaß einer wirtschaftlichen Lagerstätte erreicht werden konnte, und stellten fest, dass dies nicht möglich ist – zumindest nicht ausgehend von gewöhnlichen Gesteinszusammensetzungen.
Bei der Untersuchung von Pegmatiten in Simbabwe und den USA stellten Koopmans et al. fand immer wieder Feldbeweise, die mit den klassischen Modellen einfach nicht erklärt werden konnten. Wie sonst können sich LCT-Pegmatite bilden? Die Autoren fanden in der Literatur keine zufriedenstellende alternative Erklärung.
Nach anregenden Diskussionen auf disziplinspezifischen Konferenzen machten sie sich an die Arbeit, ihre Beobachtungen und thermodynamischen Berechnungen in einem neuartigen, mehrstufigen petrogenetischen Modell zusammenzufassen: Zunächst werden metasedimentäre Gesteine während der progressiven Metamorphose teilweise geschmolzen, wodurch eine Granitschmelze entsteht, die leicht mit Lithium angereichert ist und kristallisiert als Granitintrusion; Zu einem späteren Zeitpunkt wird dieser Granit erneut geschmolzen, wodurch eine hochangereicherte Schmelze entsteht, die schließlich als Lithium-reicher Pegmatit kristallisiert.
Dieser vorgeschlagene Mechanismus erfüllt einige geochemische und geochronologische Einschränkungen, die frühere Modelle nicht erfüllen konnten, und bietet einen effizienten Mechanismus zur Steigerung der Lithiumanreicherung und zur Erzeugung wirtschaftlicher Lithiumvorkommen. Die Arbeit von Koopmans et al. war gerade veröffentlicht in Geologie.
„Der nächste Schritt besteht darin, den Machbarkeitsnachweis zu finden. Dabei kommt es darauf an, das richtige Feldgebiet und die richtige Methode zur Untersuchung dieser Pegmatitbildungsprozesse zu finden – möglicherweise unter Einbeziehung neuartiger Isotopensysteme“, sagt Koopmans. „Hoffentlich können Geologenkollegen jetzt vor Ort gehen, Pegmatite finden und Beweise sammeln, um zu testen, ob sie sich gemäß dem von uns vorgeschlagenen Modell gebildet haben.“
Mehr Informationen:
Lot Koopmans et al, Die Bildung von lithiumreichen Pegmatiten durch mehrstufiges Schmelzen, Geologie (2023). DOI: 10.1130/G51633.1