Entstehung / Genese mineralogischer Sekundärbildungen

Im hinteren Bereich des Josephistollens wurden bereits bei der Aufwältigung zwei besonders eindrucksvolle sekundäre Mineralbildungen sichtbar. Da diese Bereiche an der Wassergrenze befindlich sind, lag es gleich zu Anfang nahe, eine Verbindung zu den Grubenwässern anzunehmen.

Kupferhaltige Stalaktiten
Eisenhaltige Sedimente

Dabei handelt es sich einerseits um eine direkt an der Farbe erkennbare kupferhaltige Mineralisation, andererseits um eine, ebenfalls an den Farben kenntliche, Mineralisation, die sicherlich Eisen und vermutlich auch Mangan enthält.

Die grünen Stalaktiten

Zur vorläufigen Feststellung der Hauptkomponenten wurden naßchemische Analysen durchgeführt. Diese Analysen bestätigten obige Inhaltsvermutung. Im Fall der grün gefärbten Stalaktiten ergab die Analyse neben Kupfer auch Aluminium, Silizium (Silikatgele), Karbonate/Hydrogenkarbonate, daneben noch geringe Mengen an Kalzium, Schwefel, Magnesium und Phosphor.
Zur genaueren Strukturanalyse wurde zusätzlich eine REM-energiedispersive Röntgenspektroskopie-Messung durchgeführt[1], die die zur chemischen Formel (Cu,Al)2H2Si205(OH)4*n H20 passende empirischen Formel Cu1,75Al0,25H1,75(Si2O5)(OH)4*0,25 H2O ergab. Dies würde allgemein zu einem Chrysokoll enthaltenden Mineralgemisch passen.

Die eisenhaltigen Sedimente und Anlagerungen

1: Ockerfarbene Ablagerung (O1),
2: schwarze Ablagerung (S2)
3: Schwarze Abscheidung an Firste (S3)

Naßchemisch wurden im Falle der schwarzen bzw. ockerfarbenen Ablagerungen Eisen, Mangan, Barium und Kalium festgestellt; die Abwesenheit von Sulfaten und Karbonaten läßt auf reine Hydroxid- und Oxidgele schließen.

Die drei Probenpunkte (O1, S2, S3) wurden zuerst mikroskopisch untersucht:

Probenpunkt O1, 10x
Probenpunkt S2, 10x
Probenpunkt S3, 10x
Probenpunkt O1, 150x
Probenpunkt S2, 80x
Probenpunkt S3, 80x
  • Die Probe O1 zeigt eine Eisenhydroxid-Gelstruktur mit schwarzen Kristallisationskeimen. Diese Gelstruktur tritt in der höheren Vergrößerung insbesondere an der sichtbaren Grenzfläche gut zu Tage.
  • Die Probe S2 weist eine Mischung von Eisenhydroxidgel und mangan-, barium- und kaliumhaltigen agglomerierten Kristallpartikeln auf.
  • Die Probe S3 besteht demgegenüber aus reinen Feststoffpartikeln ohne Gelanteilen.

Eine hohe Vergrößerung des Probenpunktes O1 zeigt die typischen Übergangsformen einer Gelstruktur (Vergrößerung 400x):

Zusammensetzung der Probepunkte O1, S2, und S3

  • O1: Reines Eisen-III-hydroxidgel mit eingeschwemmten Spuren manganhaltiger Substanz: Fe(OH)3.
  • S2: Gemisch aus Eisen-III-hydroxidgel mit Mangan-, Barium- und Kaliumverbindungen undefinierter Zusammensetzung; Wad-Gemische hypothetisch ähnlich Psilomelan Ba(Mn2+)(Mn4+)8O16(OH)4, Romanechit (Ba,H2O)2(Mn3+,Mn4+)5O10 bzw. (Ba,K,Mn,Ca)2Mn5010, Hollandit Ba(Mn2+,Mn4+)8O16 bzw. Ba2Mn8O16, Kryptomelan K2(Mn2+,Mn4+)8O16 bzw. K2Mn8O16 usw.
  • S3: Kein Eisenhydroxidgel, eisenhaltige wadartige Mineralgemische ähnlich S2.

Paramagnetismus bei thermischer Behandlung

O1, S2, S3: Getrocknet bei 120°C. Kein Paramagnetismus.
O1: Geglüht bei 1000°C, kein Paramagnetismus.
S2/S3: Geglüht bei 1000°C: deutlich sichtbarer, starker Paramagnetismus.

Bei S2 und S3 bilden sich während des Glühens stark paramagnetische Barium-, Eisen- und Manganferrite aus.

Schematische Mineralienbildung

Alles in allem kann also von folgender Bildungsweise ausgegangen werden: Von Tage stammende absinkende, sauerstoffreiche Wässer führen zur säurebildenden Oxidation kupfer-, eisen und manganhaltiger primärer Sulfiderze. Die in Lösung gebrachten Schwermetallionen sinken dem Grundwasserhorizont entgegen weiter ab und werden beim Kontakt mit dem alkalischerem, hydrogencarbonathaltigen Grubenwasser bzw. Grundwasser und eventuell dem zusätzlichem Sauerstoff des Grubenwetters (der Luft) zu schwerlöslichen Verbindungen umgesetzt.

 

Wechselnde Wasserstände innerhalb des Bergwerks begünstigen sowohl Bänderung als auch Stalaktitenbildung durch sich abscheidende Sekundärvererzungen.

 

Sekundärerzbildung aus absteigenden Grubenwässern bei wechselndem Wasserstand
Sekundärerzbildung in Zementationszone bei wechselnder Wasserständen

Insbesondere bemerkenswert ist, daß sich auf kurzer Strecke wandelnde (Primär-)Erzkörper zumindest bei relativ kurzer Abstiegsstrecke der Bergwässer zu massiv unterschiedlichen (Sekundär-)Mineralisierungen umsetzen können.

 

Die zudem hier im Kleinen ersichtliche mitunter starke Anreicherung abbauwürdiger Metalle in der dem Grundwasserspiegel entsprechenden Zementationszone weist deutlich darauf hin, warum entsprechende Grubenniveaus durch die Bergwerksgeschichte als besonders vielversprechend galten, und die Erträge höherer Teufen zum Zurückgehen neigten.

Fußnoten

[1] Analyse freundlicherweise durchgeführt von Herrn Justus Tonn und Frau Karin Wilker vom Kristallographischen Institut der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg.