Geochemische Tabellen [2 ed.] 3432885822

Citation preview

Geochemische Tabellen

Hans Jürgen Rösler LInd Horst Lange

Geochemische Tabellen 2., stark überarbeitete und erweiterte Auflage Mit 314 Bildern und 1 Beilage

®

Ferdinand Enke Verlag Stuttgart 1976

Prof. Dr. rer. nato habil. Hans Jürgen Rösler Dr. rer. nato Horst Lange Sektion Geowissenschaften der Bergakademie Freiberg VEB Geologische Forschung und Erkundung Halle, Betriebsteil Freiberg

Die 2. Auflage der »Geochemischen Tabellen« wurde gegenüber der Erstauflage stark erweitert. Sie umfaßt das Datenmaterial des gesamten Wissenschaftsbereiches Geochemie in textlicher, tabellarischer und bildlicher Form. Das betrifft sowohl die chemischen und physikochemischen sowie analytischen und mathematisch-statistischen Grundlagen als auch die Verteilung der Elemente im Kosmos und der Erde als Ganzes und in seinen Teilbereichen (Geosphären). Besondere Beachtung ist der angewandten Geochemie und der Isotopengeochemie geschenkt. Weiterführende Literatur ist in großem Umfang zu jedem Kapitel aufgeführt. In einer ausführlichen Darstellung sind chemische, physikalische, geologische und andere Grunddaten zusammengestellt.

CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek Rösler, Hans Jürgen Geochemische Tabellen ISBN 3-432-88582-2 NE: Lange, Horst

I von H. J. Rösler u.

H. Lange

© 1976 by VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig Printed in the German Democratic Republic Gesamtherstellung: INTERDRUCK Graphischer Großbetrieb Leipzig Lizenzausgabe für den Ferdinand Enke Verlag, 7 Stuttgart 1, POB 1304 Alle Rechte, insbesondere das Recht der Vervielfältigung sowie der Übersetzung, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf in irgendeiner Form (Photografie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren) ohne schriftliche Genehmigung der Verlages reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden.

Aus dem Vorwort zur l.Auflage

Die Geochemie hat sich in dem halben Jahrhundert ihres aktiven Auftretens zu einer wichtigen modernen Teildisziplin der geologisch-mineralogischen Wissenschaften entwickelt. Ihre Bedeutung liegt einerseits in der neuartigen methodischen Durchdringung und Anschauungsweise der natürlichen Materie, zum anderen, und z. T. daraus resultierend, in der praktischen Wirksamkeit beim Studium und bei der Nutzung der Gesteine und Lagerstätten. Es ist deshalb notwendig, alle Geowissenschaftler, insbesondere die Mineralogen und Geologen, mit der geochemischen Arbeitsmethode und ihren Ergebnissen bekannt zu machen. Dies stößt, wie die Erfahrungen eines ausgedehnten und langjährigen Unterrichts am Institut für Mineralogie und Lagerstättenlehre der Bergakademie Freiberg zeigen, auf zunehmende Schwierigkeiten. Es ist in einer begrenzten Zeit nicht mehr möglich, das für geochemische Arbeiten notwendige Grundlagenmaterial zu vermitteln, geschweige denn die Unmenge bisher erarbeiteten Datenmaterials auch nur im begrenzten Umfang darzulegen. Die Vorlesungen und Übungen können nur Anleitungen und Hinweise geben und müssen sich auf ein übersichtlich zusammengestelltes Faktenmaterial stützen können. Dies gilt nicht nur für das Studium der Geochemie selbst, sondern auch z. T. für die Zeit aktiven geochemischen Arbeitens nach dem Abschluß des Studiums. Aus diesem Grunde haben die Verfasser sich bemüht, einen Teil dieses verstreut in der Literatur vorhandenen Materials zusammenzutragen, und hoffen, daß es insbesondere die studentische Ausbildung erleichtert. Jeder Fachkollege wird zustimmen, daß ein solches Tabellenwerk nur die wichtigsten grundlegenden Daten bringen kann und insbesondere auf den Teilgebieten der Geochemie nur typische Beispiele aufgeführt werden können. Die Geochemischen Tabellen können und sollen kein Lehrbuch der Geochemie sein oder ersetzen. Um trotzdem den Studenten das Auffinden des Zusammenhangs zwischen den Tabellen und Diagrammen zu erleichtern, wurden sie in einen knappen und einfach gehaltenen, oft stichwortartigen Text eingebettet. In ihm sind auch die wichtigsten Definitionen geochemischer Gesetze und Begriffe enthalten. Dies führt dazu, daß die »Tabellenr zwischen einer Kurzanleitung geochemischer Methodik und einem Nachschlagewerk stehen. Diese Zwischenstellung wird gestützt durch die Wahl der Stoffanordnung, die von allgemeinem chemischem und physikalischem Grundwissen zu sehr speziellen Ergebnissen geochemischer Teilgebiete führt. Besonderer Wert wurde entsprechend dem Charakter dieses Buches darauf gelegt, sich über ausführliche Literaturangaben in Spezialgebieten informieren zu können.

Die Autoren

Vorwort zur 2. Auflage Die »Geochemisohen Tabellen« sind als Arbeitsmittel für die studentische Ausbildung von Geowissenschaftlern konzipiert und geschrieben worden. Als solches erfüllen sie ihren Zweck und werden es nach der Überarbeitung, so hoffen die Autoren, noch besser tun. Unerwarteten Anklang fand das Tabellenwerk auch bei den in der Lehre und Forschung tätigen Fachkollegen im In- und Ausland; aber auch Chemiker, Bergleute und Aufbereiter, Rohstoffkundler, Wissenschaftler aus der Land- und Forstwirtschaft und des Umweltschutzes zeigen verstärkt Interesse an dieser Datensammlung.

Die Autoren waren bemüht, die 2. Auflage so zu verbessern und zu erweitern, daß das Gesamtgebiet der Geochemie möglichst homogen dargestellt ist und daß insbesondere auch den in der praktischen Arbeit stehenden Geowissenschaftlern Hinweise und Anregungen gegeben werden können. Bei diesem Bestreben darf jedoch nicht vergessen werden, daß eine Vollständigkeit der Vermittlung von Daten nicht beabsichtigt und auch schwer möglich ist. Im Vordergrund steht der Lehrcharakter des Buches, so daß nicht nur der heutige Stand der Erkenntnisse dargelegt, sondern auch die Entwicklung und Anwendungsmöglichkeit der geochemischen Wissenschaft aufgezeigt werden soll. Der Umfang des Buches wurde gegenüber der I. Auflage stark erweitert. Die Kapitel I bis 6 mußten erheblich überarbeitet und umfassender gestaltet werden. Zur logischen Gliederung und besseren Übersieht wurden die Kapitel 7 und 8 der 1.Auflage zum neuenKapitel 7 vereinigt und wesentlich ergänzt. Verstärkung fanden hierbei insbesondere die Beziehungen Kosmos-Erde sowie Mantel-Kruste, die Geochemie der Verwitterung und Sedimente, Teilbereiche der Geochemie von Hydrosphäre, Biosphäre und Atmosphäre sowie die Literaturzusammenstellung zur Geochemie von Einzelelementen. Die Bereiche Mineralchemie und Isotopengeochemie wurden wegen ihrer Bedeutung als selbständige Kapitel 8 und 9 gestaltet. Besondere Beachtung wurde der angewandten Geochemie im Kapitel 10 geschenkt. Hier erfuhren die Gebiete geochemische Prospektion, geochemische Faziesanalyse, Gesteins- und Lagerstättengeochemie, angewandte Isotopengeochemie und die Geochemie der Umwelt eine dem Ziel studentischer Ausbildung angemessene umfangreiche Darstellung. Die praktische Verwertbarkeit der »Tabellem soll weiterhin erhöht werden durch die Kurz- und Langperiodensysteme der Elemente im bedruckten Vorsatz sowie die lose beigefügte Geochemische Übersichtstafel. Dem gleichen Ziel dienen ein Hinweis auf die am häufigsten benutzten Tabellen und Daten zu Beginn des Buches sowie die Kolumnentitel. In wichtigen Tabellen, in denen Daten verschiedener Autoren aufgeführt sind, sind zur Erleichterung der Arbeit des Anfängers die »empfohlenem Werte fettgedruckt. Die Literaturangaben wurden besonders unter Berücksichtigung der Publikationen der sozialistischen Länder, vor allem der Sowjetunion, kritisch gesichtet und meist wesentlich ergänzt. Systematisch ausgewertet und nahezu vollständig erfaßt wurde die Literatur bis 1974, darüber hinaus auch einige wichtige Veröffentlichungen jüngeren Datums. Zitierte Autoren von Bildern und Tabellen erscheinen gelegentlich nicht im Literaturverzeichnis des entsprechenden Kapitels, da sie entweder bereits an anderer Stelle genannt wurden oder auch persönliche Information vorliegt. Die Autoren konnten sich wiederum auf die Hilfe zahlreicher Fachkollegen stützen. Besonderen Dank schulden wir Herrn Dr. habil. J. PILOT für seinen umfangreichen Beitrag zur Isotopengeochemie. Die Herren Dr. W. SCHRÖN und Dr, habil. R. STARKE lasen das Manuskript und gaben wichtige Hinweise und Beiträge. Weitere Unterstützung gewährten die Herren Prof. Dr. habil. G. AcKERMA.NN, Prof. Dr. R. MEINHOLD, Doz, Dr. E. P. MÜLLER, Doz. Dr. habil. G. TISCHENDORF, Dr, M. GUNTAU, Dr. K. KOCH und viele andere Kollegen der Bergakademie Freiberg. Ihnen sei für ihre freundliche Hilfe hiermit herzlich gedankt. Wir bitten weiterhin um Unterstützung durch Hinweise und konstruktive Kritik. Die Autoren

IIUmaltsverzeichDds

1.

Geschichte, Aufgaben, Stellung und Gliederung der Geochemie

15

1.1. 1.2. 1.3.

Geschichte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aufgaben der Geochemie Stellung und Gliederung der Geochemie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15 16 17 19

2.

Chemische und physikalische GrundbegrUle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

2.1. 2.2. 2.3. 2.4.

Chemische Elemente und Periodensystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bausteine der Materie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Atombau Bau der Atomkerne, Isotope Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ionisationspotential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektronenaffinität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Größe der Atome und Ionen Allgemeine Gesetzmäßigkeiten Wertigkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Polarisation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ionenpotential Koordination. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bindungsarten Elektronegativität ................................................. Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Physikalische Konstanten von Atomen und Verbindungen Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Thermodynamische Daten.................................... ... ..... . Entropie S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Freie Energie F . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Enthalpie H und freie Enthalpie G Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22 32 32 38 48 50 54 54 55 65 68 69 70 71 71 73 76 76 91 91 91 91 101

3.

Geochemische Migrationsfaktoren

102

3.1. 3.2.

Geoohemische Migration.. InnereMigrationsfaktoren Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

102 103 104

2.5. 2.6. 2.7. 2.7.1. 2.7.2. 2.7.3. 2.7.4. 2.7.5. 2.8. 2.9. 2.10. 2.11. 2.11.1. 2.11.2. 2.11.3.

";

3.2.1. 3.2.2. 3.2.2.1. 3.2.2.2. 3.2.2.3.

Ionen- bzw. Atomwichte Energetik der Kristalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Gitterenergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Energiekoeffizient EK und Paragenbegriff von A. E. FERSMAN . • . . . • . • • • . • • • Potentialwerte als Ausdruck der Bindungskräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.3. 3.2.3.1. 3.2.3.2.

Ismorphiebeziehungen und Diadochie Isomorphie Diadochie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.4.

Radioaktivität. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3.3. 3.3.1. 3.3.1.1. 3.3.2. 3.3.3. 3.3.4.

Äußere Migrationsfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Gravitationsenergie Einige Definitionen und Daten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sonnenenergie und kosmische Energie ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Radioaktive Vorgänge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Wärmeinhalt und -abgabe der Erde (Wärmefluß) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

3.3.5.

Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. pTx-Abhängigkeit mineralogisch-geochemischer Systeme (Physikalische Geo-

3.3.5.1.

chemie) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einige Begriffe und Gesetze. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

104 105 105 109 112 113 114 114 116 120 121 122 122 123 123 126 127 129 131

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

132 133 137 138 141 146 146 155 155 160 161 165

4.

Geochemische Arbeits- und Untersuchungsmethodik

166

4.1. 4.1.1. 4.1.2. 4.1.3.

166 166 166

4.1.4. 4.1.5.

Probenahme und Probenvorbereitung. . .. . . .. Probenahme. .. Probenvorbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Gewinnung monomineralischer Fraktionen (Sortier- und Anreicherungsverfahren) Gewinnung von Gasproben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Extraktion von Gasen und Flüssigkeiten aus Einschlüssen in Mineralen . . . . ..

4.2. 4.2.1. 4.2.1.1. 4.2.1.2.

Analytik , . . . Methoden der Elementbestimmung Übersicht über Analysenmethoden und Nachweisgrenzen Chemische Analyse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3.3.5.2. 3.3.5.3.

Beispiele für die p-T-Abhängigkeit mineralogisch-geochemischer Systeme. . . . . . Geologische Thermometer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3.3.6.

Redoxpotential Eh

,

.

..

..

Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3.3.7.

Wasserstoff-Ionen-Konzentration und pH-Wert. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.8.

Sorption, Kolloide, Ionenumtausch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

170 177 177 178 180 180 180 188 189

8

4.2.1.3. 4.2.1.4. 4.2.1.5. 4.2.1.6. 4.2.1.7. 4.2.1.8. 4.2.1.9. 4.2.1.10. 4.2.1.11. 4.2.1.12. 4.2.2. 4.2.2.1. 4.2.2.2. 4.2.2.3. 4.3. 4.4.

5.

Chemische Mikroanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 189 Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Kolorimetrie und Photometrie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 190 Chromatographie und Ionenaustauscher. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 191 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 191 191 Potentiometrie und Polarographie Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 192 192 Flammenspektrometrie und Atomabsorptionsspektrometrie Literatur " 193 Emissionsspektralanalyse und Laser-Mikrospektralanalyse 193 Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 197 Röntgenfluoreszenzanalyse und Elektronenstrahlmikroanalyse (Mikrosonde) . . . 198 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 199 Neutronenaktivierungsanalyse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 200 Radioaktivitätsmessungen 200 Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 201 Feldmethoden . . . . . . .. 201 Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 202 Methoden der Phasenanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 203 Röntgenanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 203 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 204 Ultrarotspektrometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 205 Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 205 Differentialthermoanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 205 Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 206 207 Geochemische Standardproben Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 TGL (Technische Normen, Gütevorschriften und Lieferbedingungen), Richtlinien und Instruktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

Gewinnung, mathematische Behandlung und Darstellung geochemischer Daten...............................................................

212

5.1. 5.1.1. 5.1.2. 5.1.3. 5.1.4.

Grundsätze für den Gesamtbereich der Geochemie Gewinnung geochemischer Daten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Mathematische Behandlung geochemieeher Daten. .... . . ... . .. ... ... . . .... Darstellung geochemischer Daten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Geochemische Interpretation der verarbeiteten Daten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

212 212 212 216 217

5.2.

Mineralchemische Berechnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Petrechemische Berechnungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

218

5.3.

217 222

222 227

9

6.

Verteilung der Elemente in der außerirdischen Materie. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

228

6.1. 6.1.1. 6.1.2. 6.1.3.

Entstehung der Elemente und ihre Verteilung im Kosmos und auf der Sonne. . Entstehung der Elemente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Elemente im Kosmos und »kosmische Materie«, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Elemente in der Sonne und im Sonnenwind Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

228 229 230 231 233

6.2.

.. Zusammensetzung der Meteorite (und Kometen) Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chemismus der Planeten und des Mondes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Planeten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Mond................................................................ Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

234 244 245 245 247 249

6.3. 6.3.1. 6.3.2.

7.

Die chemische Zusammensetzung der Erde.........

252

7.1. 7.1.1. 7.1.2.

Entstehung der Erde und historischer Charakter geochemischer Gesetze Entstehung und Entwicklung der Erde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Historischer Charakter geochemischer Gesetze (Historische Geochemie) Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geochemische Gliederung der Erde und geochemischer Charakter der chemischen Elemente Geochemische Gliederung der Erde. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geochemischer Charakter der Elemente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

252 252 252 255

7.2. 7.2.1. 7.2.2. 7.3. 7.4. 7.4.1. 7.4.2. 7.4.2.1. 7.4.2.2. 7.4.2.2.1. 7.4.2.2.2. 7.4.2.3. 7.4.2.4. 7.4.2.4.1. 7.4.2.4.2. 7.4.2.4.3. 7.4.2.4.4.

Erdmantel und Beziehung zur Erdkruste Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Verteilung der Elemente in der Erdkruste. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Allgemeine Grundlagen und Berechnungsmethoden der Clarkewerte Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. GeochemiederIJthosphäre Durchschnittsgehalte und fundamentale Gesetzmäßigkeiten der Häufigkeitsverteilung in der Lithosphäre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Geochemie des magmatischen und postmagmatischen Bereiches. . . . . . . . . . . .. Magmatischer Bereich Postmagmatischer Bereich (magmatische Gase und hydrothermale Lösungen) lÄteratur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Geochemie des metamorphen Bereichs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Geochemie der Verwitterung und anorganischen Sedimente................. Geochemie der Verwitterung................. Literatur.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Geochemie der Böden und der Oxydationszone Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Transport, Sedimentation und Fazies, Diagenese. Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Geochemie der tonig-sandig-karbonatischen Sedimente und Sedimentite ..... Lileml",r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

256 256 258 262 262 265 266 266 270 272 272 278 278 299 303 308 313 314 314 318 319 323 325 333 334 340

10

7.4.2.4.5.

Geochemie der Salze. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

347 352

7.4.3. 7.4.3.1. 7.4.3.2. 7.4.3.3. 7.4.3.4. 7.4.3.5.

Geochemie der Hydrosphäre Wasserverteilung auf der Erde und Systematik der Wässer. . . . . . . . . . . . . . . .. Verteilung der Elemente im Meerwasser und in Salzseen Elementverteilung im Süßwasser (Flußwasser, Seewasser, Regenwasser). . . . .. Geochemie der Tiefenwässer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geochemie der Mineralwässer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

354 354 356 362 366 370 372

7.4.4. 7.4.4.1. 7.4.4.2.

Geochemie der Atmosphäre und Gase Geochemie der Atmosphäre....... .. Geochemie der Gase in den anderen Geosphären Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

375 375 379 384

7.4.5. 7.4.5.1. 7.4.5.2. 7.4.5.2.1. 7.4.5.2.2. 7.4.5.2.3.

Geochemie der Biosphäre und biogenen Produkte (Organische Geochemie) .... . . . . . . . . . . . . . . . .. Geochemie der lebenden Materie (Biogeochemie) Geochemie der fossilen organischen Materie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Übersicht : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .. . .. Humitische Ablagerungen.. Bituminöse Produkte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

385 385 394 394 396 400 403

7.5. 7.5.1.

Geochemische Kreisläufe und Geochemie von Einzelelementen Geochemische Kreisläufe (Geochemische Zyklen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Literatur "

407 407 410

7.5.2.

Geochemie von Einzelelementen Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

411 411

8.

Mineralchemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

420

8.1. 8.2. 8.3.

Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Hauptelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Spurenelemente der Minerale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

420 458 463 470

9.

Isotopengeochemie (einschließlich Isotopenanalyse) . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . ..

474

9.1. 9.2. 9.2.1. 9.2.2. 9.3. 9.3.1. 9.3.2.

Aufgabe, Entwicklung und allgemeine Zusammenhänge.................... Isotopenhäufigkeiten und Isotopenanalyse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. Darstellung von Isotopenhäufigkeiten (einschließlich Standards). . . . . . . . . . . .. Meßmethoden der Isotopenanalyse Beeinflussung von Isotopenhäufigkeiten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Kemprozesse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. Isotopieeffekte (Fraktionierungseffekte) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

474 475 475 477 479 479 479 482

9.4. 9.5.

Isotopengeochemie einiger Elemente Außerirdische Isotopenhäufigkeiten (Mond) Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • • • • • • • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

483 489 490

11

10.

Wichtige angewandte geochemische Untersuchungen Mteratur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

493 493

10.1. 10.1.1. 10.1.2. 10.1.3. 10.1.3.1. 10.1.3.2. 10.1.4. 10.1.4.1. 10.1.4.2. 10.1.4.3. 10.1.4.4.

Geochemische Prospektion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Allgemeines und Gliederung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Dispersionshöfe und geochemische Anomalien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Pedogeochemische und hydrogeochemische Prospektion. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Probenahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Analyse und Auswertung Weitere Prospektionsverfahren Biogeochemische Prospektion Atomgeochemische oder Gasprospektion Bohrlochgeochemie und bohrlochgeochemische Prospektion Schwermineralanalyse (sog. Schlichanalyse) , Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

494 494 496 503 503 505 508 508 509 511 511 511

10.2. 10.2.1. 10.2.2.

Geochemische Faziesanalyse und geochemische Barrieren. . . . . . . . . . . . . . . . . .. Geochemische Faziesanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Geochemische Barrieren Mteratur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

517 517 520 522

10.3. 10.3.1. 10.3.1.1. 10.3.1.2. 10.3.1.3.

Geochemische Untersuchungen an Gesteinen und Lagerstätten. . .. . . .. Untersuchungen an Gesteinen.................... . . .. Magmatische Gesteine.... .. . . . .. . . .. . . . .. Sedimentäre Gesteine Metamorphe Gesteine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Literatur . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

524 524 524 526 528 537

10.3.2. 10.3.2.1. 10.3.2.2. 10.3.2.3. 10.3.2.4. 10.3.2.5.

Lagerstättengeochemie Magmatogene Erz- und Minerallagerstätten Sedimentäre und sedimentogene Erzlagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Lagerstätten der Salze sowie Steine und Erden Lagerstätten der Kaustobiolithe (einschl. Erdgase) Wasserlagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

539 539 545 551 558 565 567

10.4. 10.4.1. 10.4.2. 10.4.2.1. 10.4.2.2. 10.4.2.3. 10.4.2.4. 10.4.2.5. 10.4.2.6.

Spezielle isotopengeochemische Untersuchungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Übersicht über die isotopengeochemischen Untersuchungsmöglichkeiten . . . . . . »Absolute« (radioaktive) Altersbestimmungen '" . .. .. Das Gesetz des radioaktiven ZerfalIes Typen radioaktiver Altersbestimmungen und ihre Voraussetzungen Speichermethoden : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Blei-Modell-Alter Zerfallsmethoden Geochronologische Tafeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Mteratur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Isotopen-Thermometrie (Paläotemperaturen u.a.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Paläotemperaturen im sedimentären Bereich Isotopen-Thermometrie im magmatischen und metamorphen Bereich... . .. Mteratur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Probleme der Erde und des Kosmcs., r , " • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • : . • • • • • • •

572 572 573 573 574 577 581 583 584 584 587 588 589 591 592

10.4.3. 10.4.3.1. 10.4.3.2. 10.4.4.

12

Probleme in geologischen Teilbereichen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Allgemeine geochemische Probleme Lagerstätten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

592 592 597 602

10.5. 10.5.1. 10.5.2. 10.5.3.

Geochemie der Anthropo- und Technosphäre (Geochemie der Umwelt) . . ... .. Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Land- und Forstwirtschaft (Agrogeochemie) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Schadstoffe der Industrie (Technogeochemie) Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

603 603 604 609 614

11.

Maßeinheiten, Vbersichten und sonstige Tabellen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

616

11.1. 11.2. 11.3. llA. 11.5. 11.6. 11.7. 11.8. 11.9. 11.10. ILlI.

Gesetzlich vorgeschriebene Einheiten (Grundlagen) .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Längenmaße.... . ... .. .... .... ..... . . ... . . . . ..... .... . .... . . ... . . . ... Flächenmaße. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Hohl- und Raummaße................................................. Dichte Masseeinheiten Alte Maßeinheiten des mitteleuropäischen Bergbaus. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . Maßeinheiten des Druckes und der Temperatur. Radiologische Einheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Konzentrationsmaße Korngrößenklassen bei Gesteinen und sonstigen Partikeln sowie internationale Prüfsieb-Gewebereihen " Klassifikation von Gesteinen Dimensionen von Planeten, Mond und Sonne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Physikalische Konstanten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

616 619 620 621 622 623 624 625 626 627

12.

Verzeichnis von Zeitschriften mit geochemischen Beiträgen. . . . . . . . . . . . . ..

641

12.1. 12.2. 12.3.

Referateorgane .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Periodica mit vorwiegend geochemischen Beiträgen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Periodica mit Beiträgen zur geochemischen Untersuchungsmethodik . . . . . . . ..

641 642 643

Griechisches Alphabet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Vergleichende Transliterationstabelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Autorenregister . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Sachwörterverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

644 645 647 664

1004.5. 1004.5.1. 1004.5.2.

11.12. 11.13. 11.14.

629 633 638 640 640

13

Häufig benutzte Tabellen

1. Atommassen (&Atomgewichte«) 2. Atomkerne (Isotopen) 3. Atom- und Ionenradien 4. Physikalische Konstanten von Elementen und Verbindungen 5. Thermodynamische Daten von Elementen und Verbindungen 6. Redoxpotentiale 7. Wichtigste Wertigkeiten der Elemente 8. Nachweisgrenzen der Elemente 9. Geochemische Standards 10. Häufigkeit der Elemente im Kosmos 11. Häufigkeit der Elemente in Meteoriten 12. Clarke-Werte 13. Durchschnittsgehalte in Magmatiten 14. Durchschnittsgehalte in Sedimentiten 15. Mineralchemismus 16. Geochronologische Tafeln

. . . . .

'.'

t

•••••••••••

. . , . . . . . . .

22f. 42ft". 57ff.

ms. 92ff. 147fI. 152. 182fI. 209fI. 231fI. 238f. 274f. 281 fI. 334fI. 422fI. 585

14

Größe von g außerhalb der Erde: 1 100 des normalen Wertes in 10 Erdradien Abstand (äußere Grenze des vAN-ALLEN-Strahlungs-

gürtele, s, Bild 3.6) 1 3600 des normalen Wertes in 60 Erdradien Abstand (Mondentfernung). Bei Erhebung um je 1

100 m nimmt g in Erdbodennähe um 0,03085 cm/s2 , also etwa 30000 von gab. Meßgenauigkeit der absoluten Schweremessung.

1

108 g.

Die Entwicklung der Schwerewerte von der Erdoberfläche zum Erdkern zeigt Bild 3.4. Die Dichte einiger Gesteine und die Dichte im Erdmantel als Funktion des Druckes veranschaulicht Bild 3.5.

r---,---,---,-----,-----.------,----,4

15

1000

z

10 ~-------::X'"

9

\

\

\

\

\

\

\

\

\

\

\ \

\ ~-___+--~---=---_:___--:___----:!,.......,O

Bild 3.4. Dlohte-, Druck- und Schwereverteilung iu der Erde (nach K. E. BULLlIIN, aus L. HIlliRSEMANN, 1956)

800 ~7oo

~600

...... 5(X)

-g400

15300 200

100- _,.u.".', O\L.....LL-,--L..,----,,....--.....---

30

35

40

45

Bild 3.5. Die Dichte einiger Gesteine uud die Dichte im Erdmantel als Funktion des Druckes (nach HUGHlliS und McQUlIIBN, aus L. EGYlIID, 1969) Die Werte an der Ordinate müssen richtig lauten: 3.0 3,5 4,0 4,5 5,0

50

Dichte Cgcm-3 ]

3.3. Äußere Migrationsfaktoren Gravitationsenergie . Einige Definitionen und Daten

125

3.3.2.

Sonnenenergie und kosmische Energie

Die von der Sonne auf die Erde gestrahlte Energie ist für die sich auf der Erdoberfläche abspielenden Vorgänge von außerordentlicher Bedeutung. Eine Übersicht der außerirdischen, für die Erde wirksamen Energiequellen gibt Tabelle 3.13. In unseren Breiten ist die Wärmezufuhr durch Sonneneinstrahlung etwa 3,2 .10- 2 cal/cm2s, insgesamt etwa 4,2 .1018 cal/s. Sie ist etwa 5000· bis 10000fach so stark wie der durch die Erdoberfläche nach außen dringende irdische Wärmefluß. Die Eindringtiefe der jährlichen Temperaturschwankungen beträgt nur etwa 2 bis 3 m, die der täglichen Schwankungen etwa 10 bis 20 cm (vgl. Bild 3.6 und 3.7). Bild 3.6. Die tägliche Temperaturänderung im Boden als Funktion der Tiefe (aus L. EGYED. 1969)

,.....,20 o

~15 :::J Ci

~10

3cm

c,

E

~

5

15 +----------,r+o ~ 10+------;~~~--:::r'~~~..--+ L

.a ~

",'"

sro, AL 203

o Arkosen arid

6

20 15 10

4

5 2

--~ ........

203

....

~

'.

~

Quarz Feldspat

Bild 7.53. Yerteilung terrigener MInerale und Komponenten in sandigen Gesteinen der RUBSisehen Tafel in AbhängIgkeit von den klimatIschen und faziellen Bedingungen (nach A. B. RONOV et aI.,1963)

Glimmer Feldspat

[%]

12

30 25

2,5

"'n

~···$o

\

sro, Al2O!

3,0

'.'.

8 6

AL '.'+ """"NCi;O

[ro]

-"'-

25

0

'.'.

K20 + NazO

['Yo] 12

3

humid

Feldspat Glimmer 30

~--

9

c·

Quarz Feldspat

+-.-.-.+.

l!'~Q'~"""

'fI,. •••• ~

\~.

.~

+_ Na 0 b:.~E',. ....-t '.

.....+--~

2,0

8

.e

15

_~~;. ~(\~.A... +-----+......

4- 10

1,5

1,0 0,5

20

e~/

0---'

./

2

5

0

b) Sedimentation und Fazies Sedimentation: Die Sedimentation des grobklastischen, kolloidalen und gelösten Materials unterliegt klaren Gesetzmäßigkeiten. Sie ist insbesondere abhängig von der Transportkraft des Wassers (und der Luft) bei grobklastischen Komponenten, von der Möglichkeit zur Koagulation (Ausflockung) bei Kolloiden und von der Löslichkeit (dem Löslichkeitsprodukt) bei ionargelösten Substanzen. Allgemeine Gesetzmäßigkeiten der Ausscheidungsreihenfolge von Mineralen undElementen zeigt Bild 7.51. Über die Bedeutung der Begriffe Resistate, Hydrolysate und Evaporate, s. Tabelle 7.58; Abschn. 7.4.2.4.4. Für die Verteilung grobklastischer Produkte in Abhängigkeit von Transportweite, Klima und Ablagerungsbereich geben die Bilder 7.52 und 7.53 eine Vorstellung. Die Brauchbarkeit des Ionenpotentials zur Deutung der Verbreitung gelöster Elemente in Sedimenten weist. das Bild 2.13, Abschn. 2.7.4. nach. 7.4. Elementeverteilung in der Erdkruste Geochemie der Verwitterung und anorganischen Sedimente

329

PECK, A. 1.: Mass Transport in Porous Rocks, Miner. Deposita 2 (1967) 243-247 PERELMAN, A. 1.: Die Geochemie der epigenetischen Prozesse. Die Zone der Hypergenese. (russ.). 3. Auß. Nedra, Moskva 1968 PIMENOV, G. G.: Die Rolle der physikalisch-chemischen Faktoren bel der authigenen Mineralbildung (russ.) ; in: Mater. po Geol. polezn. Iskop. Orenburgskoj. ObI. Bd. 3, Celjablnsk 1972, 307-328 POPOVA, T. P.: über die gemeinsame Ausfällung einiger Mikrokomponenten nattlrlicher Wässer mit CaCOa (russ.), Geochimija (1961) 12, 1125-1128 PUSTOVALOV, L. V.: Die geochemischen Fazies und ihre Bedeutung in der allgemeinen und angewandten Geologie (russ.). Probl. sovi. Geol. 1 (1933) 57 RAUPACH, F. V.: Die rezente Sedimentation im Schwarzen Meer, im Kaspi und im Aral und ihre Gesetzmäßigkeiten. Geologie 1 (1952) 78-132 RIEKE, H. H., u. CHILINGARIAN: Compaction of Argillaceous Sediments. Elsevier. Amsterdam 1974 RÖSLER, H. J., H. LANGE U. J. PILOT: Analyse der geochemischen Ablagerungsbedingungen von Sedimenten. Freiberger Forschungsh. C 272, VEB Dtsch. Verlag f. Grundstoffindustrie, Leipzig 1971 SPENCER, D.: Factors Effecting Element Distributions in a Silurien Graptollte band. Chem. Geol. 1 (1966) 221-249 STRACHOV, N. M.: Das Problem der Verteilung und Akkumulation der chemischen Hauptkomponenten in den Sedimenten der rezenten und alten Wasserbecken (russ.). Beratung über die Sedimentgesteine. Akad. Nauk. USSR (1952) 1 TEODOROVIt, G. 1.: Sedimentäre mlneraloglsch-geochemlsehe Fazies (russ.): in: Fragen der Mineralogie von Sedlmenten, Univ. Lvov. 3-4 (1956) TROFIMOV, A. V.: Oxydatlonsaktivität und pH in braunen Sedimenten der Barentssee (russ.), Dokl. Akad. Nauk SSSR 23 (1939) 9, 925-928 TWENHOFEL, W. H.: Princlples of Sedimentation. McGraw Hill Book, London 1950 UDODOV, P. A. et al.: Migrationsbesonderhelten einiger Metalle bel Anwesenheit von organischen Stoffen vom Humustyp (russ.). Vestn. Sib. otd. Akad. Nauk, SSSR (1969) 4, 131-136 UDODOV, P. A., u. J. S. PARILOV: über einige Gesetzmäßigkeiten bei der Migration der Metalle in natürlichen Wässern (russ.), Geochimija (1961) 8, 703-707 VOLKOV, 1. 1., u. V. F. SEVASTJANOV: Umlagerung chemischer Elemente bei der Diagenese von Sedimenten des Schwarzen Meeres (russ.): aus: Geochemie sedimentärer Gesteine und Erze. Nauka, Moskva 1968 WATTENBERG, H.: Die Bedeutung anorganischer Faktoren bei der Ablagerung von CaCOa im Meer. Kieler Meeresforsch. 2 (1937) 81-93 WEDEPOHL, K. H.: Primäre und diagenetische Strontiumgehalte von Karbonatgesteinen. Ber, deutsch. Ges. GeoJ. WIsSt B. 14 (1969) 17-23 ZARICKY, P. V.: über die Intensität der diagenetischen Substanzumlagerung (rUBS.). Llthologlia i poleznje lskopaemu (1968) 2, 119-130 N. N.: Migration chemischer Elemente bei Oberflächenprozessen (russ.). Nauka, Moskva 1966

7.4.2.4.4.

Geochemie der tonlg-sandlg-karbonatlsehen Sedimente und Sedimentite

Der Chemismus dieser sedimentären Bildungen ist aufgrund des unterschiedlichen Verhaltens der Minerale und Elemente bei der Verwitterung, beim Transport und der Sedimentation extrem stark schwankend. Eine erste Übersicht über die durchschnittlichen Elementgehalte in einigen wichtigen Typen der Sedimente und Sedimentgesteine gibt Tabelle 7.57.

Tabelle 7.57. Chemische Durchschnittsgehalte [ppm] von sedimentären Teilbereichen (nach A. P. VINOGRADOV, 1962 = Vin.; nach TUREKIAN und WEDEPOHL, 1961 = T. u. W.) Symbol

Sedimentite

Tiefseesedimente Sandstein

Karbonate

Karbonate

Tone

T.u.W.

Schiefer + Tone Vin.

T.u.W.

T.u.W.

T.u.W.

T.u.W.

Au

0,07 80000 13 O,OOX

0,1 104500 6,6 0,001

O,OX 25000 1 O,OOX

O,OX 4200 1 O,OOX

O,OX 20000 1 O,OOX

0,11 84000 13 O,OOX

B Ba Be

100 580 3

100 800 3

35 XO O,X

20

55 190 O,X

230 2300 2,6

Schiefer

Ag Al As

7. Chemische Zusammensetzung der Erde

10

O,X

334

Tabelle 7.57. Fortsetzung Symbol

Tiefseesedimente

Sedimentite Sandstein

Karbonate

Karbonate

Tone

T.u.W.

Schiefer + Tone Vin.

T.u.W.

T.u.W.

T.u.W.

T.u.W.

S Sb Sc Se Si Sm Sn Sr

2400 1,5 13 0,6 730000 6,4 6 300

8000 2 10 0,6 238000 6,6 10 400

240 O,OX 1 0,05 368000 10 O,X 20

1200 0,2 1 0,08 24000 1,3 O,X 610

1300 0,15 2 0,17 32000 3,8 O,X 2000

1300 1,0 19 0,17 250000 38 1,6 180

Ta Tb Th Ti Tl Tm

0,8 1,0 12 4600 1,4 0,2

3,6 0,9 11 4600 1 0,26

O,OX 1,6 1,7 1500 0,82 0,3

O,OX 0,2 1,7 400 O,OX 0,04

O,OX 0,6 X 770 0,16 0,1

O,OX 6

4600 0,8 1,2

U

3,7

3,2

0,45

2,2

O,X

1,3

V

130

130

20

20

20

120

W

1,8

2

1,6

0,6

O,X

X

Y Yb

26 2,6

30 3

40 4,0

30 0,5

42 1,5

90

Zn Zr

95 160

80 200

15 220

20 19

35 20

165 150

Schiefer

7

15

Tabelle 7.58. Geochemische Gliederung der Sedimente (nach V. M. GOLDSCHMIDT) Sedimenttyp

Bildungsbedingungen

Material

Beispiele entsprechender Ablagerungen

Resistate

chemisch unveränderte Verwitterungsrückstände

Gesteinsblöcke bis feinster Grus, hauptsächlich Quarz

Sandsteine, Konglomerate, Schwermineralseifen

Hydrolysate

hydrolysierte Verwitterungsprodukte, feinste Teilchen durch Wasser transportiert und abgelagert

Tonminerale, Al-Hydroxide

Bauxite, Böden (z. T.)

Reduzate

Ablagerung unter reduzierenden Bedingungen

kohlenstofIreiche Substanzen (z. T. mit Sulfiden)

Kohle, Erdöl, Faulschlamm (Sapropel, Torf)

7. Chemische Zusammensetzung der Erde

336

:-J

~

~

t%J

~

j

~

lD

~

g-

Iii·

B

(tl

~ Kalkschlamm

55

17

1110 1360 338 150 91 232 12 100 18 140 300 51 20

230 1050 370 180 200 330 18 80 12 170 460 97 38

0,15 0,31 (org. C)

0,14 0,24 (org, C)

450 2000 400 175 100 300 20 90 20 126 390

0,27 0,22

3,00 0,87 0,33 1,29 0,30 0,80 1,48 3,91 (+ HzO-) 52,25

7,9~

63,91 0,65 13,30 5,66 0,67 0,50 1,95 0,75 0,94+ 1,90 7,13 (+ HzO-) 2,13

Kieselschlamm

55,34 0,84 17,84 7,04 1,13 0,48 3,42 0,93 1,53 3,26 6,54 (+HzO-) 1,62

26,96 0,38

Durchschnittsanalysen von 25 Proben (EL W.AX.EEL und RILEY, 1961)

Roter Tiefseeton

er

0,06 1,41 2,17 1,51 2,30 1,96 1,40 (COz) 0,33 0,18 2,78 (HzO-)

69,96 0,59 10,52 3,47

Flußdelta (P. NIGGLI, 1952)

Misaissippischlamm

Mo

V

Spurenelemente Sr Ba Cu Pb Co Ni Ga La Sn Zr

Karbonat SOs PZOli Sonstiges

2O+

Ks° H

NallO

Cao

AlIlOS FellOS FeO MnO MgO

rso,

Si0 2

Herkunft (Autor)

Art

40

93

180 460

(nur Pazifik) 710 3900 740 150 160 820 19 140

0,16

42,72 0,59 12,29 4,89 0,94 0,41 2,18 0,60 1,10 2,10 5,30 (+HzO-) 26,88

Durchschnitt aller Ozeane

Tiefseesedimente

Tabelle 7.61. Chemische Zusammensetzung typischer mariner Flach- und Tiefseeschlämme (Makrochemismus in Masse-%; Spurenelemente in ppm)

(Rezente) Sedimente, insbesondere der Tiefsee

Eine heute noch weitgehend anerkannte geochemische Gliederung der Sedimente stammt von V. M. GOLDSCHMIDT; sie ist mit kurzen Erläuterungen in Tabelle 7.58 dargestellt. Junge feinkörnige Sedimente sind außerordentlich voluminös und haben dementsprechend ein großes Porenvolumen, das sich erst bei der diagenetischen Kompaktion und der Metamorphose verringert; einen überblick gibt Tabelle 7.59. Terrestrisch-limnische Sedimente entsprechen in ihrem Chemismus weitgehend dem der kontinentalen Sedimentgesteine. Geochemisch besonders interessant und in jüngster Zeit Cp/CM intensiv untersucht sind die marinen Sedimente der Schelf2 46810 20 l,Q6D100 01 02 04 08 gebiete und der tiefkratonalen (pelagischen) Tiefsee. ÜberSi sichten der makro- und mikrochemischen Zusammensetzung Al Fe der wichtigsten Sedimenttypen sowie Durchschnittswerte Ti geben die Tabellen 7.61, 7.62 und 7.63 wieder. Besonders Mg auffällig ist die starke Anreicherung von Mn, Ni, Cu, Co, Ca Na Pb, Mo, Y, Ba und B in den pelagischen Sedimenten (s. K Bild 7.57). Die Durchschnittsgehalte von Manganknollen Sr Ga bringt Tabelle 7.64 (Lagerstättenvorrätes.Abschn.IO.3.2.2.). V

Zr

Mn

Ni

Cu

Bild 7.67. Verhältnis der chemischen Durchschnittsgehalte von pelagischen Pazlflk-Sedimenten (Cp) zu dem von Magmatiten (CIl) (nach Daten von GOLDBERG und ARRHENlUS, 1968)

Co

?.-+--

Pb

Mo

y Ba B

Tabelle 7.62. Durchschnittliche Spurenelementgehalte [ppm] in den pelagischen Tonen der Ozeane (aus Z. V. PUSKINA, 1971) Element Stiller Ozean

Indischer Ozean

Atlantischer Ozean

Element Stiller Ozean

Indischer Ozean

Cu Ni Co Mo Pb Zn

289 219 44 35 41 116

130 140 38 9 45 130

V

95 72 24 171 5700

400 300 110 46 110 200

er

130 78

W Zr Mn

6700

Atlantischer Ozean 140 86 130 4000

Tabelle 7.63. Einige durchschnittliche Spurenelementgehalte [ppm] in Meeressedimenten (nach Angaben von WEDEPOHL, 1960, EL WAKEEL und RILEY, 1961, GOLDBERG und ARRHENIUS, 1958, YOUNG, 1954) Element

KÜstennahe Sedimente

Tiefseesedimente

Ba Co Cr Cu Ga

750 13 100 48 19

2240 116 77 570 20

Element

Küstennahe Sedimente

Tiefseesedimente

Ni

55 20 21 130

293 162 30 330

Pb

Sn V

7.4. Elementeverteilung in der Erdkruste Geochemie der Verwitterung und anorganischen Sedimente

339

Mn

Fe Si Na Mg Al Ca K Ni Ti

15,3 ···32,1 9,1 ···22,4 4,1 . ··1l,0 (2,3 .. ·2,6) 1,15···1,8 0,73···3,1 0,27···2,7 ::::::::0,8 0,39···0,99 0,37···0,81

Co Ba P Cu Pb

Mo V B Cr

0,17···0,59 0,17· .. 0,59 0,18···0,54 0,06·· ·0,59 0,03·· ·0,25 0,035·· ·0,20 0,042·· ·0,073 0,005·· ·0,03

Tabelle 7.64. Schwankungsbreite von Durchschnittsgehalten einiger chemischer Elemente in Manganknollen aller Ozeane (nach verschiedenen Autoren, in Masse- % )

~0,007

Literatur ANGINO, E. E.: Geochemistry of Antarctic Pelagfc Sediments. Geochim. Cosmochim. Acta 30 (1966) 939-961 ATAMAN, G.: Olfgoelements dans les argllea, Rev. Inst. franc, Petrote 19 (1964) 958-969 ATA1IAN, G.: Geochlmle des Mlneraux Arglleux dans les Bassins Marins. Etudes sur le Bassin Triassique du Jura. Mem. Servo Carte geol, Als. Lorr, 25 (1966) 1-237 BABINEC, A. E., MUROPOLSKIJ, A. J., u. a.: Hydrologische und geochemische Besonderheiten der Ablagerungen in großen Wassertiefen des Schwarzen Meeres. Nauk Dumka. Moskva 1973 CHESTER, R.: Element Geochemistry of Marine Sediments; aus: RILEY u. SKIRROW, Chemical Oceanography, Bd.2 CHESTER, R., U. R. G. MESSlHA-HANNA: Trace Element Partition Patterns in North Atlantic Deep-sea Sedlments. Geochim. Cosmochim. Acta 34 (1970) 10, 1121-1128 CLOUD, P. E.: Carbonate Precipitation and Dissolution in the Marine Environment; aus: RILEY u. SKIRROV, Chemical Oceanography, Bd. 2 CORRENS, C. W.: Der Anteil des Staubes an der Bildung der Sedimentgesteine. Z. V.D.J. 95 (1953) 293-296 CRONAN, D. S.: Inter-element Associatlons in Some Pelagic Deposita. Chem. Geol. 5 (1969/1970) 2, 99-106 DEGENS,E. T.: Geochemistry of Sediments- aBrief Survey. Prentice-Hall, Englewood Cliffs (N.J.) 1965; deutsch als: Geochemie der Sedimente, Enke Verlag, Stuttgart 1972 EL WAKEEL,S. K., u. J. P. RILEY: Chemical and Mineralogical Studies of Deep-Sea Sediments. Geochim. Cosmochim. Acta 25 (1961) 110-146 EMELJANOV, E. M.: Haupttypen rezenter Bodensedimente des Mittelmeeres, ihre Mineralogie und Geochemie (russ.), Litol i pol. Iskop. (1973) 1, 29-46 GLAGOLEVA, M. A.: Gesetzmäßigkeiten der Verteilung der Elemente in rezenten Sedimenten des Schwarzen Meeres (russ.). Dojkl. Akad. Nauk SSR 136 (1961) I, 195-198 GOLDBERG, E. D., u. G. O. S. ARRHENIUS: Chemistry of Paciftc Pelagic Sediments. Geochim. Cosmochlm. Acta 13 (1958) 153-212 GRIMSHAW, R. W.: The Chemistry and Physlcs ot Clays and Allied Ceramic Materials. Benn, London 1971 HIRST, D. M.: The Geochemistry of Modern Sediments from the Gulf of Paria. Geochim. Cosmochim. Acta 26 (1962) 309-334, 1147-1187 HOROWIi'Z, A.: The Distribution of Pb, Ag, Tl and Zn in Sediments on Active Ocean Ridges, Mar. 'Geol, 9 (1970) 4,241-259 KRUMM, H.: Die Tonmineralverteilung in den rezenten Ostsee-Sedimenten. Fortsehr. Miner. 47 (1970) Belh, I, 37-38 LANGE, J.: Geochemische Untersuchungen an Sedimenten des Persischen Golfes. Contr. Miner. Petr. 28 (1970) 4, 288-305 LAUBENBERGER, G., u. L. HARTMANN: Speicherung von SchwermetaUsalzen in Flußsedimenten und ihr Einfluß auf die Schlammbiocoenose. Die Wasserwirtschaft 11 (1970) 372-378 PORRENGA, D. H.: Clay Mineralogy and Geochemistry of Recent Marine Sediments in Tropical Areas. Dissertation, Amsterdam 1967 POTTER, P. E., N. F. SHIMP U. J. WITTERS: Trace Elements in Marine and Fresh-water Argillaceous Sediments. Geochim. Cosmochim. Acta 27 (1963) 669-694 RONOV, A. B,; u. Z. V. CHLEBNIKOVA: Chemische Zusammensetzung der Genetischen Haupttypen der Tone (russ.). Geochimija (1957) 6, 449-469 RUSSELL, K. L.: Geochemlstry and Halmyrolysls of Clay Minerals, Rio Ameca, Mexico. Geochim. Cosmochim. Acta 34 (1970) 893-908 STRACHOV, N. M.: Geochemische Asymmetrie von Ablagerungen des Stillen Ozeans (russ.). Litol. i pol. lskop, (1974) 1, 11-26 STRACHOV, N. M., I. V. BELOVA, M. A. GLAGOLEVA U. I. Ju. LUB{;ENKO: Vorkommen und Verteilung von Elementen in der Oberflächenschicht der rezenten Schwarzmeer-Ablagerungen (russ.), Litologija i poelenie lskopaemie (1971) 2, 3 -31 TAGEEVA, N. V.: Über die Geochemie der tonigen Sedimente im Kaspischen Meer (russ.), Dokl. Akad. Nauk SSSR 121 (1958) 6, 1052-1059 TREUIL, M., J. FAUCHERRE U. J. C. MACQUAR: Contribution a I'etude du comportement geochlmlque de quelques elements metalllques dans la sedimentegenese. Mineral. Deposita 5 (1970) 1-22 TUREKIAN, K. K.: Some Aspects of the Geochemistry of Marine Sediments; aus: RILEY u. SKIRROW, Chemical Oceanography, Bd. 2 VINOGRADOV, A. P.: Einführung in die Geochemie des Ozeans (russ.). Nauka, Moskva 1967 VINOGRADOV, A. P.: Iodine in Marine muds. - Trudy Biogeochim, Labor. Akad. Nauk SSSR 5 (1939) 19-46

7. Chemische Zusammensetzung der Erde

34:0

Tabelle 7.65. Fortsetzung

C. Sandig-kieselige Gesteine Komponente

Buntsandstein

Askosesandstein

Arkose

Grauwacke

Durchschnitt Grauwacke

Lydit

Si0 2 Ti0 2 A120a Fe 20a FeO MnO MgO CaO Na 20 K 20

79,70

60,83 0,46 13,86 3,08 1,64 0,52 2,28 3,93 1,54

62,00

68,85 0,74 12,05 2,72 2,03 0,05 2,96 0,50 4,87 1,81

66,7 0,6 13,5 1,6 3,5 0,1 2,1 2,5 2,9 2,0

90,42

9,23 3,60 0,10 0,70 0,10 0,20 4,50

13,00 2,00 3,30 2,30 7,00 2,20 1,40

3,24 1,58 0,69 0,28 1,70 0,71 0,39

Tabelle 7.66. Durchschnittliche chemische Zusammensetzung von Tongesteinen der Russischen Tafel (nach A. P. VINOGRADOV und A. B. RONov, 1956) Geologisches System

Si0 2

Al 20a

Fe 20 a Ti0 2 CaO

MgO K 20

Na 20 SOa

Riphäikum Kambrium Ordovizium Silur Devon Karbon Perm

58,21 60,36 43,77 49,58 47,34 52,45 42,97

18,34 17,83 11,82 12,62 15,00 17,24 ll,45

8,37 6,71 5,25 5,46 6,64 6,51 5,78

2,26 2,17 3,40 4,99 3,58 2,92 5,67

0,76 0,49 0,79 0,69 0,59 0,63 1,30

0,88 0,55 0,84 0,83 0,64 12,82 0,60 8,99 0,87 8,69 0,84 4,32 0,57 12,94

3,96 4,82 3,95 4,42 3,61 3,87 2,71

CO2

O,ll 1,17 0,15 0,70 0,16 ll,13 0,15 7,37 1,05 7,23 0,31 4,12 1,55 ll,34

G.V. Summ 5,65 5,03 6,21 5,38 5,50 7,04 3,90

100,2 99,9 99,9 100,2 100,1 100,3 100,1

ioo.n

Paläozoikum 0 Trias Jura Kreide

49,38 50,74 55,12 56,09

15,21 14,72 16,55 16,00

6,56 6,12 6,24 5,90

0,80 7,41 0,71 10,10 0,77 4,78 0,74 5,59

3,57 3,68 1,98 1,80

3,68 2,29 3,12 2,42

0,72 1,03 1,40 1,28

0,78 0,09 0,15 0,17

6,44 7,42 3,69 4,40

5,56 3,73 6,03 5,60

100,63 99,83 99,99

Mesozoikum 0 Tertiär Quartär

54,94 57,10 59,65

16,ll ll,59 13,54

6,09 6,14 5,97

0,75 0,59 0,67

5,81 7,25 4,93

2,12 2,16 3,07

2,76 2,32 3,15

1,31 1,18 0,74

0,15 0,32 0,00

4,42 5,69 4,06

5,58 5,67 4,31

100,04 100,01 100,09

Känozoikum 0

57,85

12,16

6,09

0,62

6,57

2,42

2,56

1,05

0,22

5,21

5,27

100,02

Mittelwert

50,65

15,10

6,47

0,78

7,19

3,31

3,49

0,81

0,63

6,10

5,58

100,ll

In den letzten Jahren sind ausführliche geochemische Untersuchungen über die Entwicklung der Sedi mente der Russischen Tafel in Abhängigkeit vom Alter durchgeführt worden. Einige Ergebnisse sind in Tabelle 7.66 und den Bildern 7.58 und 7.59 dargestellt sowie ein geochemischer Vergleich mit dem nordamerikanischen Schild (Bild 7.60). 7. Chemische Zusammensetzung der Erde

342

~;-J

..-

CD

~

,

~

~

ta

l:l

g.

~ ~ ~

e. Sm

m

~t

j:l..t;j

§ ~

(JQp..

l:l l:l

~~ ~ :=.: i~ a ..

'"I

g.g.

;.~

G

e

g.t;j

o ~

\

I

_Tafel

510 ~ If~ 1+1J10-1 Ir

Cr:,+O 1

\

4

I

I

I

'Russische

.d

I

I I

I

I

U~A

1

~4

i

Bild 7.59. Entwicklung des Ca/Mg-Verhältnisses in Karbonatgesteinen der Russischen Tafel und der USA (nach A. P. VINOGRADOV und A. B. RONOV, 1959)

absolutes Alter [Mill.a]

'~t S~::r::=:G"" n

'5

20

25

35

r

_

+ I

1__

I.. _ L.

_______t

L::C

~L

_

Anreicherung im Sediment

a=

+

i

I

I

I

i

I

Verarmung im Sediment

- Q -0- - -

o

+

+

-r------------

Sedimente Nordamerikanische Tafel

o Sedimente Russische Tafel

+

Bild 7.60. Vergleich der Konzentrationskoefflzlenten elnlger Elemente zwischen den Russischen (0) und Nordamerikanischen (x) Schilden sowIe deren sedimentärer "Bedeckung (ausgezogene Linie) (nach RONOV und MIGDISOV, 1970)

0,1

0,2

0,3

0,5

0,7

~

~1

1: l1>

~2 o ~

~3 o

so

2

7 ~5

u

10

20

0,4

Russische Tafel

Bild 7.58. Entwicklung der Durchschnittsgehalte organischen Kohlenstoffs In Sedimentgesteinen der Russischen Tafel und der USA (nach A. B. RONOV, 1959)

30

40

50

70

100

150

200

45 40

60 55 50

65

90 85 80 75 70

CalMg

absolutesAlter [MilI. 0]

-5'0--31O--...!.t~5-'50-70-0-­

oI

0,'

0.3 0.2

05 0/+

0,8 0,7 0,6

1.1 1.0 0.9

~1,5 ~',4 01,3 u 1.2

',8 ',7 ...... 1,6

Von besonderem wissenschaftlichem und ökonomischem Interesse sind die kohlenstoffreichen Sedimente, die sog. Schwarzschiefer. Ein klassischer erzführender Typ ist der Mansfelder Kupferschiefer, von dem einige moderne Daten im Abschn. 10.3.2.2. dargestellt sind. Eine vergleichende Übersicht über den Geochemismus der Schwarzschiefer gibt Tabelle 7.67. Zur Einführung in die Geochemie der Karbonate ist besonders auf die Arbeiten von E. INGERSON (1962), G. V. CmLLINGAR et al. (1967) sowie G. MÜLLER und G. FRIEDMAN (1968) zu verweisen. Einen Vergleich zwischen sedimentären Karbonatgesteinen und magmatogenen Karbonatiten zeigt die Tabelle 7.68. Die beigefügte Literatur ist nur eine geringe Auswahl aus dem sehr umfangreichen Angebot.

Tabelle 7.67. Haupt- und Spurenelemente in (kohlenstoffreichen) Schwarzschiefern (oben in Masse-%, unten in ppm)

Analyse Ja

Graptolithenschiefer des Silurs in Thüringen, unterer Kieselschieferhorizont (58 % Quarz, 17 % Illit, 3 % Kaolinit, 5 % Pyrit, 9 % Corg ; nach SZUROWSKI, 1958)

Analyse Jb

Graptolithenschiefer des Silurs in Thüringen, oberer Alaunschieferhorizont (32 % Quarz, 34 % Illit, 3 % Kaolinit, 7 % Pyrit, 7 % Dolomit, 6 % Corg ; nach SZUROWSKI, 1958)

Analyse 2

Schwarzschiefer des Silur-Devons im Erzgebirge (Lößnitzer Mulde, NECAEV, 1968)

Analyse 3

Schwarzschiefer (nach SPENCER, 1966), zusätzlich (in ppm): B (100), Be (2), As (25), Ga (18), Li (45), Zr (17 a), Rb (283), Cs (12)

Analyse 4

Mansfelder Kupferschiefer (Mulde von Sangerhausen ; nach KNITZSOHKE, 1965)

Probe-Nr.

Ja

Jb

2

Si0 2 Al 20 a Fe 20 a FeO CaO MgO K 20 Corg S2CO2 S04 2P 20 S

67,68 4,89 5,31

50,53 1l,82 6,76

2,13 0,88 1,48 9,07 3,05 0,79 0,24 0,68

5,82 2,01 2,80 5,97 3,51 4,48 0,20 1,07

54,87 8,30 1,09 4,23 6,15 2,38 2,35 13,88 (GV) 1,78 4,54 0,17 2,65

V Ti Ni Co Cu Mn Mo Cr Ba Sr Pb Zn

1400 1030 353 77 325 162 210 190 573 70 23 20

850 3060 540 62 187 399 120 208 II 10 226 32 38

7. Chemische Zusammensetzung der Erde

1000 6600 1300 25 300 100 130 730 n.b. n.b. 50 3000

3

12,00 (Al 3,77 (Fe) 0,60 (Mg) 3,49 (K)

1,01 (S) 0,07 (P) 389 5600 51 49 202 700 46 211 830 419 101 n.b,

4 36,80 19,98 4,31 6,22 2,49 12,29 2,82 6,87 0,63

877 n.b. 147 86 25700 n.b. 251 n.b. n.b. n.b. 6100 9600

344

KOVALEVSKIJ, A. L.: Die Abhängigkeit der Radioaktivität und des Elementgehaltes von der mechanischen Zusammensetzung der Sedimentgesteine (rnss.). Geochimija (1966) 3, 862-868 LEUTWEIN, F.: Geochemische Untersuchungen an den Alaun- und Kieselschiefern Thfiringens. Arch. Lagerstättenforsch. Nr. 82, Berlin 1951 LUDWIG, G.: Beziehungen zwischen Metallgehalten und Paläographie des Grauen Hardegsen-Tones im niedersächsischen Bergland. GeoI. Jb. 79 (1962) 587-550 LUlU§EV, K. 1., u. S. D. ASTAPOVA: Geochemische Besonderheiten der Lithogenese der Moränen (russ.). Nauka i technlka, Minsk 1971 MALJUGA, D. P.: Der Gehalt an Kobalt, Nickel, Kupfer und anderen Elementen der Eisenfamilie in Ablagerungen des Schwarzen Meeres. DokI. Akad. Nauk SSSR 67 (1949) 1057 MEMPEL, G.: Verbreitung und Genese der Buntmetallerzspuren in den paläozoischen und mesozoischen Sedimenten Nordwestdeutschlands. Erzmetall15 (1962) 62-72 MIGDISOV, A. A.: über das Ti/Al-Verhältnis in Sedimenten (ruse.). Geochimlja 2 (1960) 149-163 MINANI, E.: Gehalte an Seltenen Erden in europäischen und japanischen Tonschiefern. Nachr. Ges. Wiss. Göttingen, math.-physik. KI., Fachgr, IV, 1 (1985) 155 Mtl"LLER, G., u. G. M. FRIEDMAN: Carbonate Sedimentology in Central Europe. Springer Verlag, Berlinj Heldelbergj'New York 1968 OHRDORF, R.: Ein Beitrag zur Geochemie des Lithiums in Sedimentgesteinen. Geochim. Cosmochim. Acta 32 (1968) 2, 191-208 PETTIJOHN, F. J.: Chemical Composltion of Sandstones; in: Data of Geochemistry (6. Auß.). Kap. S., Washington 1963 REIMER, TH.: The Evolution of the Rubidium and Strontium Content of Shales. N. Jb. Miner. Abh. 116 (1972) 2, 167-195 RONOV, A. B.: Organischer Kohlenstoff in Sedimentgesteinen der russischen Tafel (russ.). Geochimija (1959) RONOV, A. B.: Entwicklung der Gesteinszusammensetzung und geochemlscher Prozesse in der Sedimenthülle der Erde (russ.). Geochimija (1972) 2, 137-147 RONOV, A. B.: Vergleichende Geochemie von geosynkllnalen und Plattform-Sedimentiten (russ.). Geochimlja (1965) 8, 961-976 RONOV, A. B., S. A. BALdov u. A. A. MIGDISOV: Geochemie der Seltenen Erden im sedimentären Zyklus (russ.), Geochimija (1967) 1, 3-19 RONOV, A. B., et al.: Sedimentäre Differentiation in Plattform- und Geosynkllnalbecken (russ.), Geochimija (1966) 7,763-776 SCHNEIDERHÖHN, H., et aI.: Das Vorkommen von Titan, Vanadin, Chrom, Molybdän, Nickel und einigen anderen Spurenelementen in deutschen Sedimentgesteinen. N. Jb. Mineralog., GeoI. Paläontol., Abt. A (1949) 50-72 SCHULZ, H.: Zur Petrographie und Geochemie des Lederschiefers im Geraer Vorsprung (Ostthürlngen), Freiberger Forscah. C 236. VEB Dtsch. Verlag f. Grundstoffindustrie, Leipziq 1968 STADNIKOFF, G.: Ein chemisches Verfahren zur Feststellung der Ablagerungsbedingungen von Tonen und tonigen Gesteinen. Glückauf 94 (1956) 58-62 STRACHOV, N. M.: Zur Geochemie des Phosphors, Vanadlns und Kupfers in marinen bituminösen Gesteinen (russ.). Abhandlungen des Moskauer Instituts für geologische Erkundung (MGRI) (1937) 7 SZUROWSKI, H.: Petrographlsche, mineralogische und geochemische Untersuchungen an den Graptolithenschiefern im Raum südlich von Rönneburg (Thüringen). Unveröff. Diplomarbeit, BA Freiberg, 1968 TADDEUCCI, A.: Una singolarita geochimica nella serie miogenica deI Lazio meridionale. Period. di Mineralogia 36 (1967) 1 259-314 TICHOMIROVA, JE. S.: Zur Geochemie der Schieferablagerungen im Baltikum. Dokl. Akad. Nauk SSSR 136 (1961) 1209-1212 TOURTELOT, E. B.: Selected Annotated Bibllography of Minor Element Content of ~Iarine Black Shales and Related Sedimentary Rocks. 1930-1965; GeoI. Surv. BuII., Washington (1970) 1293 USDOWSKI, H. E.: The Formation of Dolomite in Sediments; in: Müller-Friedman, Carbonate Sedimentalogy in Central Europe. Springer Verlag 1968, S. 21-32 VINE, J. D., et aI.: Element Distribution in some Trough and Platform Types of Black Shale and Associated Rocks. Contributions to Geochemistry. GeoI. Surv. Bull. 1214 H. Washington 1969 VINOGRADOV, A. P., u. A. B. RONOV: Zusammensetzung der Sedimentgesteine der russischen Plattform (russ.). Geochimija (1959) 6 WAZNY, H.: Geochemische Charakteristik der Gesteine des Zechsteins in NW-Polen (rusa.). Biul. inst. geol, (1970) 238, 137-169 WEDEPOHL, K. H.: Composition and Abundance of Common Sedimentary Rocks; In: Handbook of Geochemistry I, Springer Verlag 1969 ZAV'JALOV, V. A.: Geochemie und Mikroelemente der domanischen Ablagerungen der südlichen Pritamanja (russ.). Nauka, Moskva 1966

7. Chemische Zusammensetzung der Erde

346

Tabelle 7.72. Fortsetzung 11. N icht-Salinarparagene8e

- Elemente, die syngenetisch dem Meerwasser zusätzlich zugeführt werden: Al (und Fe) zur Bildung von Koenenit - epigenetische, infiltrische Elemente (durch Wasser unterschiedlicher Herkunft) in metasomatisch veränderten Salzbereichen: radioaktive Substanzen, CO2 , z. T. B 111. Organogene Elemente

- meist sekundär zugeführte Substanzen - kohlige und bituminöse Produkte, NH4 in Camallit anstelle von K

Zusammensetzung des ozeanischen Wassers Menge Verb. 9/10009 0,12

Ca (03

1,27

Cas04

27,21

NaCt

°P9

(NaBr)

2/25

MgS04

0,01

KristaIUsationsgebieted. Salzmineralien

g

bei der Eindampfung von Meerwasser

;:,

..... .......

10~ 90~

KCl

-

500400300-

Borate

200-

-- - - - - -

:_:

Mineral

- - - - --

Calcit basisch. Magnesiumkarb.

-.-

Gips, Polyhalit Gips

~

~ 700800-

MgCl2

35,05

-

~

600-:

0,74 3,35

c cu E

~.:-

~~

Steinsalz

(:::::=-- _ -

\\/\\

~.~

'3

Brom isomorph in Salzmineralien

--e~::~:::;~::>