Original paper

Eigenschaften und Entstehung der "Lahn-Phosphorite"

[Properties and Origin of the Lahn Phosphorites]

Germann, Klaus; Pagel, J.-M.; Parekh, P. P.

Kurzfassung

Die Phosphorit-Lagerstätten an Lahn und Dill haben vor allem im letzten Drittel des vergangenen Jahrhunderts bis zu ihrer Erschöpfung mindestens 750 000 t Rohphosphat geliefert und waren damit die wichtigste einheimische Phosphatquelle. Die Phosphoritführung ist vorwiegend an das Karstrelief des mitteldevonischen Massenkalks gebunden. In erdiger und krustig-knolliger Form treten die Phosphorite dort in der kaolinitischen Füllung von Karsthohlformen begleitet von oxidischen Fe- und Mn-Erzen des Typs "Lindener Mark" auf. Kennzeichnende Gefügemerkmale der mikrosphoritischen Derberze sind mehrphasige Breccienbildung und Zementierung mit schalig-krustigem Apatit. Die Phosphatkomponente ist ein Karbonat-Fluor-Apatit (Francolith) mit durchschnittlich 3,2% CO2 und 1,45% F. Von marinen Phosphoriten unterscheiden sich die Lahn-Phosphorite durch sehr niedrige Sr- und anomal hohe, mit Al korrelierte Jod-Gehalte (im Mittel 0,044%). Das SEE-Verteilungsmuster weist verwitterungstypische Merkmale auf; eine Ce-Anomalie deutet auf oxidierendes Bildungsmilieu hin. Nach der Art des Auftretens und ihren petrographischen und geochemischen Merkmalen sind die Lahn-Phosphorite terrestrische Verwitterungsbildungen, deren Stoffbestand von apatit-reichen devonischen Vulkaniten hergeleitet werden kann. Lösung und Transport erfolgten unter tropisch- bis subtropisch-feuchten Klimabedingungen in sauren Wässern, die Fixierung des Apatits durch Ausfällung und Verdrängung wurde von den physiko-chemischen Bedingungen des Karstmilieus kontrolliert. Als Entstehungszeiträume kommen eozäne und miozäne Verwitterungs- und Verkarstungsphasen in Betracht. Die Karst-Phosphorite von der Lahn sind damit Produkte eines kurzgeschlossenen Verwitterungsprozesses, der unter Umgehung der Biosphäre unmittelbar zur Anreicherung auf sekundärer Lagerstätte führt.

Abstract

Phosphate rock production from the Lahn and Dill region in Germany amounted to some 750 000 t at the end of the last century, the deposits being the most important domestic source. The phosphorite deposits rest on the karstic surface of a Middle Devonian reef limestone ("Massenkalk"). As high grade concretionary lumps and earthy material the phosphorite ores are embedded in and covered by kaolinitic clays and accompanied by Tertiary iron and manganese ores of the "Lindener Mark" type. The microsphoritic ores are characterized by repeated cracking and cementation by fibrous crusts of apatite. Prevailing apatite phase of the ores is a carbonate-fluorapatite (francolite), the CO2 and F contents of which average at 3,2 and 1,45% respectively. With their extremely low values for Sr and anomalous high iodine contents (mean value 0,044%), the Lahn phosphorites differ basically from marine phosphorites. The chondrite-normalized rare earth element (REE) pattern exhibits both negative Ce- and Eu-anomalies and enrichment in the heavy REE which can be attributed to weathering processes and reprecipitation in an oxidizing environment. According to their geological position as well as their petrographic and geochemical properties the Lahn phosphorites are Tertiary weathering products, apatite-rich Devonian volcanic rocks being assumed to represent the source of phosphorus and their other chemical constituents. The elements were mobilised under tropical to subtropical climatic conditions by acid solutions, their accumulation subsequently being controlled by the chemical environment and hydrography of the underlying karst. Accordingly, these karst phosphorites are products of a geochemical short-circuit bypassing phosphorus concentration in the biosphere.

Keywords

Middle Devonianlimestonepaleokarstphosphoritefrancolitekaoliniteiron oremanganese orebrecciationcement depositalterationtropical climateEoceneMiocene Rhenish Massif (Lahn-Dill region)Hessen TK 25: Nr. 541554165417551556