Spurenelemente in Kaolinen als genetische Indikatoren (mit einem Beitrag zur Entstehung der Neuburger Kieselerde)
DOI: https://doi.org/10.23689/fidgeo-7433
Abstract
Alle Alumosilikate können unter geeigneten Bedingungen zu Kaolinit verwittern. Wenn der Kaolin in situ erhalten blieb oder zumindest nicht oft umgelagert wurde, kann aus seinem Gehalt an Spurenelementen und reliktischen Mineralen wenigstens in groben Zügen auf sein Ausgangsgestein geschlossen werden. Für sehr reife Kaoline, also jene, die nur noch aus Kaolinit und Quarz bestehen, für Kaoline, die mehrmals umgelagert wurden oder resilifizierte Bauxite dürfte es kaum möglich sein, das Ausgangsgestein mit einiger Sicherheit zu bestimmen. In der vorliegenden Arbeit wurden Kaoline über Schiefern und über Graniten/Arkosen untersucht. Aus dem kaolinitischen Material <63 μm wurde durch fraktionierte Sedimentation der Kaolinit angereichert. Diese Fraktionen wurden geröntgt und mit AAS und RFA auf ihren Spurenelementgehalt hin untersucht. Bei Kaolinen über Schiefern nehmen mit steigendem Al -Gehalt der Muskowitanteil und damit K2O sowie die Konzentrationen der glimmerspezifischen Elemente zu. Zugleich nehmen die Anteile der Elemente aus den Schwermineralen ab. Da die Gehalte von Rb, Ba, Cr und V proportional zum K2O- Gehalt steigen, kann auf reine Muskowite und ihre Gehalte an diesen Spurenelementen geschlossen werden. Es zeigt sich, daß im Muskowit/Illit der Schiefer-Kaoline die Konzentrationen dieser Elemente im Vergleich zu magmatischen Muskowiten zum Teil stark erhöht sind, während die Rb-Gehalte niedriger liegen. Die Anteile von Ni, Cu, Zn und Fe2O3 sind teilweise sehr gering, bedingt durch die sauren Bedingungen, unter denen die Kaolinisierung des Gesteins erfolgte. In den Kaolinen über Graniten/Arkosen nimmt in den quarzärmeren Fraktionen der Feldspatanteil ab, zugleich reichern sich die Glimmer an, und damit steigen die Konzentrationen von Cr und V. Die Anteile von K2O, Ba und Rb nehmen ab, aber nicht proportional zueinander. In diesen Kaolinen kann, bedingt durch die Kaolinisierung und Anwesenheit von Feldspat, der Pb-Gehalt im Vergleich zu den Schiefer-Kaolinen groß sein. Mit INAA wurden die Gehalte der Seltenerd-Elemente in einigen Kaolinfraktionen und in Mineralen des granitischen Ausgangsgesteins bestimmt. Die Konzentrationen der SEE in den Kaolinen sind abhängig von ihrem Gehalt im Ausgangsgestein und von der Stärke der Verwitterung. Sie sind größer als im Ausgangsgestein. Kieselerde, ein kreidezeitliches Sediment, dessen Genese geklärt werden sollte, besteht aus Quarz und organischer Kieselsäure, Kaolinit und ± Illit. Zusammen mit Tonen und Sanden blieb die Kieselerde in großen Karsthohlformen in der weiteren Umgebung von Neuburg/Donau erhalten. Wegen des Schwermineralgehaltes werden die Sande aus den Karsthohlformen zu den Schutzfelsschichten gerechnet, die ein in der Unter/Oberkreide fluviatil geschüttetes kaolinitisches Verwitterungsprodukt der Böhmischen Masse sind. Da die reliktischen Glimmer im Grobsand und in der Kieselerde das gleiche Rb/K2O-Verhältnis haben, sollte die Kieselerde ein Abschwemmungsprodukt aus den Schutzfelsschichten sein, die durch das cenomane Meer aufgearbeitet wurden. Die Kieselerde ist an Spurenelementen stark verarmt. Lediglich Cr und V haben so hohe Gehalte wie die Schiefer-Kaoline, der Pb-Anteil liegt unter der Nachweisgrenze. Es wird vermutet, daß sich der Kaolinit der Schutzfelsschichten und mithin ein Teil des Kaolinits der Kieselerde bereits am Ort des Ausgangsgesteins aus Glimmer und/oder Hornblende und bleiarmem Feldspat gebildet hat. Die großen Karsthohl formen brachen frühestens nach der Ablagerung der Kieselerde, bzw. nach der Sedimentation des Knollensandes (mittleres Unterturon) ein, so daß die Kieselerde als das stratigraphisch hangende Sediment von den feinen und groben Sanden umgeben ist; die darunter lagernden bunten Tone kleiden die Karsthohl formen aus.
Under suitable conditions all alumosilicates can become kaolinite by weathering. If the kaolins remained in situ or were not reworked frequently the parent material can at least roughly be inferred from the contents of trace elements or relic minerals in the kaolins. However, it might hardly be possible to determine the parent rock reliably if the kaolins are very mature, i.e. consist only of kaolinite and quartz, or had been reworked several times, or if they are resilicificated bauxites. In the present work kaolins formed by weathering of shales and of granites and arcoses were studied. The kaolinite was enriched from the material <63μm by fractionated sedimentation. These fractions were examined by X-ray, and the contents of trace elements were determined by AAS and RFA. In kaolins from shales muscovites are enriched with growing Al2O3 contents, and, as a consequence, the concentrations of K2O and the elements characteristic of micas are increased. At the same time the contents of elements from heavy minerals decrease. As Rb, Ba, Cr, and V increase proportional to K2O, it is possible to calculate the contents of trace elements in pure muscovites. It is found that in muscovites or illites from kaolinised shales the concentrations of these elements are enhanced compared to magmatic muscovites, while the contents of Rb are lower. Depending on acid conditions during the kaolinisation the concentrations of Ni, Cu, Zn, and Fe2O3 are sometimes very low. In kaolins from granites and arcoses the contents of feldspars decrease in the fractions depleted in quartz. At the same time the concentrations of Cr and V increase while micas are enriched. The concentrations of K2O, Ba, and Rb decrease, but not proportional to each other. In these kaolins the contents of Pb may be high compared to those from shales on account of the presence or the kaolinisation of kalifeldspar. The contents of REE were analysed by INAA in some fractions of kaolins and some minerals of the granitic parent rocks. The concentrations of REEs in kaolins depend on the contents in the parent rocks and the strength of weathering. They are higher than in the parent rocks. Kieselerde - its genesis should be clarified - is a Lower Turonian sediment consisting of quartz and needles of silica sponges, kaolinite, and ±illite. In the neighbourhood of Neuburg/River Danube Kieselerde is preserved together with sands and clay in large cavities of the Malm karst. On account of their contents of heavy minerals the sands are attributed to the "Schutzfelsschichten". These are fluviatile kaolinitie products of weathering from the Bohemian Massive, sedimented in Lower to Upper Cretaceous times. As the relic micas in the coarse sands and the Kieselerde exhibit the same ratio Rb/K2O the Kieselerde, too, should be part of the Schutzfelsschichten, that were reworked by the Cenomanian ocean. The Kieselerde is strongly depleted in trace elements. Only the contents of Cr and V are as high as in kaolins from shales, the concentration of Pb being below the limit of detection. It is supposed that parts of the kaolinite of the Schutzfelsschichten and, together with them, parts of the kaolinite of the Kieselerde were formed from micas and/or hornblends and feldspar poor in Pb at the place of the parent rock. The large karst cavities broke down at the earliest after the sedimentation of the Kieselerde or of the "Knollensand* (middle Lower Turon), so that the Kieselerde (or the Knollensand) being the hanging sediment is now surrounded by fine and coarse sands. The coloured clays being the lying sediments now coat the cavities.