Auswirkungen der hydrothermalen Alteration und der Metamiktisierung auf die U-Th-Pb-Verteilung und die U-Pb-Isotopensystematik in Pyrochlor des Sokli Karbonatit-Komplex, N-Finnland

Warnsloh, Jens M.; Kramm, Ulrich

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-14848

Auswirkungen der hydrothermalen Alteration und der Metamiktisierung auf die U-Th-Pb-Verteilung und die U-Pb-Isotopensystematik in Pyrochlor des Sokli Karbonatit-Komplex, N-Finnland = The effect of hydrothermal alteration and metamiktisation on the U-Th-Pb- distribution and U-Pb-systematics of pyrochlore of the Sokli carbonatite complex N-Finland

Warnsloh, Jens M.

2006

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Jens M. Warnsloh

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2006

UmfangVIII, 350 S. : Ill., graph. Darst., Kt.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2005

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Kramm, Ulrich (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2005-06-10

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-14848
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/60849/files/Warnsloh_Jens.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik (500000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Geowissenschaften (frei) ; Pyrochlor (frei) ; Sokli-Karbonatitkomplex (frei) ; U-Pb-Isotopensystematik (frei) ; Metamiktisierung (frei) ; hydrothermale Alteration (frei) ; pyrochlore (frei) ; metamictisation (frei) ; U-Pb-distribution (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 550

Kurzfassung
Pyrochlor ist ein kubisches Nb-Ta-Mineral, in dessen Struktur eine Vielzahl unterschiedlicher Kationen eingebaut sein können. Diese Unterschiede geben Informationen sowohl zu seinen magmatischen und erzbildenden Prozessen, als auch zur Alteration und Verwitterung des Minerals. Zu den eingebauten Kationen gehören die Aktiniden Uran und Thorium, die mit Gehalten im Prozentbereich Pyrochlor zum „Sammler” der Aktinide im Karbonatit macht. Während des radioaktiven Zerfalls der instabilen Isotope dieser Elemente kann die Pyrochlorstruktur teilweise bis vollständig zerstört werden, d.h. der Kristall wird metamikt. Der Sokli Karbonatit Komplex in N-Finnland gehört zur Kola Alkali Provinz und entstand vor 370 Ma. Er entstand in mehreren magmatischen Schritten, wobei die frühen Schritte von calzitischen Karbonatiten und Phoscoriten dominiert werden, die letzten Schritte hingegen hauptsächlich aus dolomitischen Karbonatiten bestehen. In allen magmatischen Stufen tritt Pyrochlor als akzessorisches Mineral auf.In der vorliegenden Arbeit werden Pyrochlorkristalle aus 9 verschiedenen Phoscorit- und Karbonatit- Gesteinsproben der Stufen I bis IV des Sokli-Komplex chemisch vorgestellt. Es zeigt sich, dass sowohl zwischen den Pyrochloren der unterschiedlichen Gesteinsproben und Bildungsstufen, als auch innerhalb einzelner Pyrochlorkristalle chemische Variabilitäten herrschen. Pyrochlor der Stufe I bis IV zeigt für verschiedene Elemente, u.a. U und Th chemische Entwicklungstrends. Ferner können grundsätzlich zwei Arten von retrograder Überprägung unterschieden werden: 1. Der Verlust von Ca, Na und Ti und der Ersatz durch Ba, Sr, Th, Ce und Fe, und 2. den Verlust von Nb, Na und Ca und der Ersatz durch Zr, Ti, Si, Fe, Th, Ba und Sr. Die retrograde Veränderung des 2. Typs wurde bisher nicht an Pyrochlor des Sokli Karbonatit Komplex beobachtet. Aufgrund der in dieser Arbeit gemachten Beobachtungen wird davon ausgegangen, dass es sich bei diesen Phasen um Mineralneubildungen handelt, die aus dem Pyrochlor-Residuum und zugeführten Elementen wie Zr und Si bestehen. Während der retrograden Überprägung des 1. und 2. Typs wird Th angereichert, der Pb-Gehalt hingegen verringert sich. U ist nur in Gesteinsprobe 387R130 nach lang anhaltender retrograder Überprägung nach Typ 1 etwas verringert. In Kristallen mit Typ 2 Überprägung wurde U nicht detektiert.Bis auf Pyrochlor der Gesteinsprobe 387R130 zeigen alle röntgenografisch untersuchten Pyrochlorkristalle klare Reflexe, die eindeutig zur Pyrochlorstruktur gehören. Pyrochlor der Serie 387R130 zeigt keine Reflexe, d.h. die Struktur ist zerstört, bzw. vollständig metamiktisiert. Nach Berechnung der Zerfallsdosis für alle strukturell untersuchten Pyrochlorproben zeigt sich, dass auch die U-freien Proben aufgrund ihres Th-Gehaltes ebenfalls teilweise bis vollständig metamikt sein müssten. Dies widerspricht den Beobachtungen, kann aber damit erklärt werden, dass sich aufgrund der langen Halbwertszeit von Th die Zerfallsspuren wieder verheilten. Die U/Pb Isotopenuntersuchungen zeigen, dass die unalterierten Bereiche ihr Pb und U über den Zeitraum von 370 Ma behielten und nicht durch Langzeitdiffusion verloren haben. Das macht Pyrochlor zu einem möglichen Endlager für radioaktive Abfallstoffe, zumindest unter physiko-chemischen Bedingungen, wie sie im Sokli Karbonatit-Komplex herrschen. Pb-Verlust findet über feine Risse und Brüche durch Alteration statt, wie gut in Pyrochlor der Gesteinsprobe 387R130 zu sehen ist. Die recht hohen PbO-Gehalte in den alterierten Bereichen der Pyrochlorkristalle der Gesteinsprobe 387R130 zeigen, dass die Alteration entweder noch während der Entstehung des Komplexes oder unmittelbar danach stattfand, da ansonsten ein Teil des aus dem U- und Th-Zerfalls entstandene Pb herausgelöst worden wäre. Die nur leicht überconcordanten U/Pb-Alter zeigen, dass primärer Pyrochlor sehr wohl geeignet ist, um die Bildung eines magmatischen Komplexes zu datieren.

Pyrochlore is a common accessory mineral in granite pegmatites, nepheline syenites and carbonatites. Its ability to accomodate many different elements leads to a wide range of pyrochlore varieties. This is obvious for the U- and Th- contents. The Sokli carbonatite complex ist part of the Kola alkaline province (KAP) in the northern Baltic Shield. The complex ist situated in the area of Savukoski, Finish Lapland, close to the border to Russia. The emplacement age of 360 - 370 Ma falls in the range observerd for other complexes in KAP. The magmatic core was build up in three phases, two magmatic phases separated by a hydrothermal phase.Pyrochlore crystals of the Sokli carbonatite complex show a large chemical variation over the evolution of the magmatic stages, as well as in small rock samples within single stages. This is obvious for the U- and Th- contents. The pyrochlore crystals show a principle change in crystallinity caused by metamictisation due to high U- and Th- concentrations. These high concentrations make pyrochlore useful for age determinations, albeit the metamict state and its modified diffusibility for chemical elements can disturb this. The U- concentration decreases from the early stages of the magmatic evolution to the late stages, to be completely depleted in the last stage. The Th- concentration increases from the early stages until the middle stages, then it decrease to the late stages. Except pyrochlore of rocksample 387R170 all structural analyzed pyrochlor crystals show clear reflexes and present the cubic pyrochlore cell unit. During the structural analyses revealed for sample 387p1 no reflexes were detected, which demonstrates that the pyrochlore crystal lattice is fully broken down due to the metamictisation caused by the high U- content within a decay time of 370 Ma.The analyzed U-Pb-system of the unaltered metamict pyrochlore show no loss of those elements due to long term diffusion. The slightly over concordant U-Pb-ages show that pyrochlores of carbonatites of the northern Baltic shield are suitable for dating.

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