Siderit-Magnesit-Mischkristallbildung im system Mg²⁺-Fe²⁺-CO ²⁻₃ -Cl ²⁻₂ -H₂O

Abstract

The formation of the solid solution series MgCO₃-FeCO₃ in the system Mg²⁺-Fe²⁺-CO ²⁻₃ -Cl ²⁻₂ -H₂O has been investigstad between 200° C and 500° C. The experimental results show that the composition of any of these carbonates strongly depends on the temperature: At high temperatures mixed crystals rich in MgCO₃ are formed and low temperatures lead to the formation of FeCO₃-rich carbonates. Thus, at 200° C a Fe-poor (Mg-rich) solution is in equilibrium with a Fe-rich carbonate. At temperatures higher than 350° C a Fe-rich (Mg-poor) solution coexists with a Fe-poor (Mg-rich) solid phase; see Fig. 1. At 350° C a solution with a mole fraction^mFe²⁺/(^mFe²⁺+^mMg²⁺) of 0.20 leads to the formation of magnesite very poor in Fe, whereas at 250° C the same solution is in equilibrium with sideroplesit, containing 80 Mol-% FeCO₃, see Figs. 2 and 3.

The importance of the experimental results for the formation of deposits of magnesite and siderite is discussed.

Zusammenfassung

Die Bildung von Siderit-Magnesit-Mischkristallen im System Mg²⁺-Fe²⁺-CO ²⁻₃ -Cl ²⁻₂ -H₂O wurde zwischen 200 und 500° C experimentell untersucht. Die Versuchsergebnisse zeigen, daß bei gleicher Ausgangszusammensetzung und verschiedenen Temperaturen Mischkristalle stark unterschiedlicher Zusammensetzung gebildet werden. Hohe Temperaturen begünstigen die Bildung MgCO₃-reicher Mischkristalle und niedrige Temperaturen führen zur Entstehung FeCO₃-reicher Mischglieder der Reihe Siderit-Magnesit. Bei 200°C (Konzentration an Fe²⁺ + Mg²⁺ in der Lösung =1 molal; Molverhältnis CO ²⁻₃ /(CO ²⁻₃ + Cl ²⁻₂ )=0,5;P _f=1000 Bar) koexistiert z. B. eine Lösung mit einem Molverhältnis Fe²⁺/(Fe²⁺ + Mg²⁺) von nur 0,10 mit einem Mischkristall, der zu 90 Mol.-% aus FeCO₃ und zu 10 Mol.-% aus MgCO₃ besteht. Bei Temperaturen oberhalb 350° C und den gleichen übrigen Bedingungen koexistiert eine Fe-reiche Lösung mit einem Fe-armen Bodenkörper, s. Abb. 1. Bei Temperaturen um 350° C führt eine Lösung, die z. B. ein Fe²⁺/(Fe²⁺ + Mg²⁺)-Verhältnis von 0,2 hat, zur metasomatischen Bildung von Fe-armen Magnesit; bei Temperaturen um 250°C kann die gleiche Lösung Sideroplesit-Bildung bewirken, s. Abb. 2 und 3.

Die experimentellen Ergebnisse widerlegen geochemische Argumente, die bisher gegen die Möglichkeit einer Genese von Siderit- und Magnesitlagerstätten durch eine gemeinsame Lösung vorgebracht wurden. Sie zeigen, daß Temperaturunterschiede von nur 50–100° C genügen, damit die gleiche Lösung einerseits Siderit- und andererseits Magnesitlagerstätten metasomatisch bilden kann. Sie machen die Gleichförmigkeit, die zwischen den Siderit- und Magnesitlagerstätten besteht, verständlich und erklären, warum das Eisen in höhere Horizonte (niedrigere Temperaturen) hinaufsteigt, als das mit in Bewegung gesetzte Magnesium.