Ursprünge von Chalkozit definiert durch Kupferisotopenwerte

Zusammenfassung

Der Ursprung von Chalkozit wird durch einen Vergleich der Kupferisotopenwerte dieses Minerals aus der Supergenanreicherung, dem sedimentären Kupfer / Rotbett und der Hochtemperatur-Hypogenmineralisierung auf der ganzen Welt untersucht. Daten aus der Literatur und die hier vorgestellten Daten zeigen, dass Chalkozit aus der Hochtemperaturmineralisierung im Vergleich zur sedimentären Kupfer / Rotbett- und Supergenanreicherung die engsten Cluster von Werten aufweist. Obwohl sich die Fehler der Mittel überlappen, liegen große Teile der Daten in unterschiedlichen Werten, so dass Bereiche für < -1 für sedimentäres Kupfer / rotes Bett, zwischen und für Hochtemperatur-Hypogen und > + 1 für Supergenanreicherung Chalkozit unterschieden werden können. Die Kupferisotopenwerte von sedimentärem Kupfer / Rotbett- und Supergenanreicherungs-Chalkozit werden durch Redoxreaktionen verursacht, die mit der Auflösung und dem Transport von Kupfer verbunden sind, während der engere Bereich der Kupferisotopenwerte für hypogene Mineralien mit Prozessen verbunden ist, die unter Gleichgewichtsbedingungen aktiv sind.

1. Die Bedeutung von Chalkozit

Chalkozit ist ein wirtschaftlich wichtiges Kupfermineral. Kristallographisch, Spurenelement, mineralische Assemblage, Und strukturelle Beobachtungen und Messungen wurden verwendet, um den Ursprung dieses Minerals zu verstehen . Die Modelle zur Entstehung von Chalkozit variieren erheblich, mit Bedingungen, die von hydrothermalen Systemen mit höchster Temperatur bis zu Verwitterungslösungen bei Umgebungstemperatur reichen, und kein einziges Modell kann verwendet werden, um zu beschränken, wie sich alle Vorkommen dieses Minerals gebildet haben.

Um zum Verständnis beizutragen, wie sich Chalkozit bildet und welche geologischen Prozesse zu seiner Konzentration führen, werden in dieser Studie Kupferisotopenwerte aus der Literatur und aus neuen Daten analysiert hier vorgestellt. Die Daten werden verwendet, um verschiedene Arten von Mineralvorkommen zu unterscheiden, die letztendlich mit den geologischen Prozessen zusammenhängen, die zur Erzeugung dieses wirtschaftlich bedeutenden Minerals führen.

2. Betrachtete Chalkozitarten und analysierte Ablagerungen

Die Entstehung von Chalkozit kann in drei allgemeine Modelle eingeteilt werden: (1) hypogene hypothermale Erze, die aus hydrothermalen Flüssigkeiten (> 150 ° C) ausfallen, (2) Rotbett- und schichtförmige „sedimentäre“ Erze, die aus Flüssigkeiten ausfallen, die bei Temperaturen < 150 ° C durch Sedimentbecken zirkulieren, und (3) supergene Anreicherungserze, die aus oxidativen Flüssigkeiten mit niedriger bis Umgebungstemperatur in oberflächennahen Umgebungen ausfallen.

Die Kupferisotopenzusammensetzung von Chalkozit in diesen Lagerstätten variiert aufgrund mehrerer Faktoren. Im Allgemeinen ist die Hauptquelle der meisten Kupfervorkommen ein großer magmatischer Gesteinskörper mit einer Isotopenzusammensetzung von ungefähr (wo ) . Jedoch, Die relativ geringen Schwankungen in der Isotopenzusammensetzung von Cu des dominant magmatischen Ausgangsmaterials beeinflussen die möglichen Werte von Cu innerhalb der Erzlösung und des zugehörigen Chalkozits. Wichtiger, Die anfängliche Isotopenzusammensetzung kann durch Fraktionierung während des Auslaugens von Cu aus der Quelle beeinflusst werden, sowie während der Fällung von sekundärem Chalkozit. Die Art der Fraktionierung hängt von den spezifischen Auflösungs- und Fällungsprozessen (z. B. Bindung innerhalb des Feststoffs oder in Lösung) und den physikalischen und chemischen Bedingungen (z. B. Temperatur, Redox) ab, wobei Redoxprozesse zu stärkeren Bindungsumgebungen führen für 65Cu in oxidierten Produkten und 63Cu in reduzierten Produkten. Darüber hinaus beeinflussen das Ausmaß der Extraktion von Kupfer aus der Quelle und der Anteil von Kupfer, der in den Erzbildungsprozessen umgefällt wird, die Fraktionierung. Wenn 100% des Cu extrahiert und ausgefällt werden, bleiben keine Hinweise auf eine Fraktionierung erhalten. Wenn der chemische Transfer jedoch unvollständig ist, können die verschiedenen Phasen (Primärmineral, Lösung und Sekundärmineral) je nach Fraktionierungsgrad unterschiedliche Isotopenzusammensetzungen aufweisen.

Kupfer in Chalkozit, das mit hypogenen hydrothermalen Erzen assoziiert ist, stammt aus einer magmatischen hydrothermalen Flüssigkeit oder wird bei hohen Temperaturen aus Landgesteinen gewonnen. Darüber hinaus zeigten umfangreiche Studien, dass hypogene hydrothermale Kupfermineralien wie Chalkopyrit und Bornit keine nennenswerte Fraktionierung aufweisen (>±1) . Ähnlich, Es wird nicht erwartet, dass Chalkozit, das aus diesen Hochtemperaturflüssigkeiten ausgefällt wurde, Kupfer enthält, das einer signifikanten Kupferisotopenfraktionierung unterzogen wurde. Diese Studie umfasst 18 Chalkozitproben aus drei hypogenen Lagerstätten (Tabelle 1), einschließlich eines archetypischen Beispiels von hypogenem Chalkozit in Butte, Montana .

Lagerstätte Art des Chalkozits Datenquelle
Butte, Montana Hypogen Mathur et al. 2009, Wand et al. 2011
Canarico, Peru Hypogen Mathur et al. 2010
Rippoldsau, Deutschland Hypogen Markl et al. 2006
Coates Lake, Kanada Sedimentary Cu Dieses Dokument
Coppermine, Kanada Sedimentary Cu Dieses Dokument
Dikulushi, DRC Sedimentäres Cu Haest et al. 2009
Kupferschiefer, Deutschland Sedimentäres Cu Asael et al. 2009
Cu, Michigan Sedimentäres Cu Dieses Dokument, Larson et al. 2003, Mathur et al. 2014
Timna, Israel Sedimentäres Cu Asael et al. 2007, Asael et al. 2009, Asael et al. 2012
Udokan, Russland Sedimentary Cu Dieses Dokument
Bayugo, Philippinen Supergene Braxton et al. 2012
Chuquicamata, Chile Supergene Mathur et al. 2009
Collahuasi, Chile Supergene Mathur et al. 2009
El Salvador, Chile Supergene Mathur et al. 2009
Inca de Oro, Chile Supergene Mathur et al. 2014
PCDs, Iran Supergene Mirenjad et al. 2010, Asadi et al. 2012
Morenci, Arizona Supergene Mathur et al. 2010
Ray, Arizona Supergene Mathur et al. 2010, Larson et al. 2003
Silver Bell, Arizona Supergene Mathur et al. 2010
Spence, Chile Supergene Palacios et al. 2010
Tabelle 1
Zusammenfassung der analysierten Einlagen und berücksichtigten Datenquellen.

Im Gegensatz zu hypogenem Chalkozit wird das Kupfer, das mit Rotbett- und schichtförmigen Chalkozitarten assoziiert ist, durch Auslaugen von Sandsteinen und Schiefern bei niedrigen Temperaturen durch Restsolen gewonnen. Die Quellgesteine enthalten Cu2 +, das in mafischen Detritalmineralien enthalten ist oder an Fe-Hydroxide absorbiert wird, die als Produkte der Verwitterung und Diagenese gebildet werden. Es wird angenommen, dass während des Transports von Kupfer in diesen Formationswässern eine Redoxverschiebung auftritt, da der Anfangszustand von Kupfer im verwitterten Ausgangsmaterial Cu2 + ist, das Kupfer jedoch im Cu + -Zustand als CuCl0 oder ähnliche wässrige Spezies mobilisiert wird . Somit, Die Reaktion, die erforderlich ist, um Kupfer für Sedimentablagerungen zu mobilisieren, beinhaltet die Reduktion von Kupfer, Es wird erwartet, dass dies eine Isotopenfraktionierung induziert, die 63Cu begünstigt, unter der Annahme, dass die Kupferextraktion aus dem Ausgangsmaterial unvollständig war. Gelöstes Kupfer bleibt unverändert, bis es auf organisches Material oder andere Reduktionsmittel im Sediment trifft, wobei Cu1 + durch Sulfid oder durch Reaktion mit bereits vorhandenem Pyrit fixiert wird .

Sechs Standorte, an denen Chalkozit in „sedimentären“ Kupferlagerstätten vorkommt (insgesamt 161 Proben), werden hierin betrachtet (Tabelle 1). Literaturquellen, die Chalkozit als Hauptphase in den Kupferisotopenanalysen berichteten, wurden zusammen mit neuen Daten aus Coates Lake verwendet, Kupfermine, Michigan, und Udokan. Daten aus Kupferschiefer , Michigan , und Coates Lake liefern klassische Beispiele für sedimentäre Kupferlagerstätten zusammen mit dem Prospekt, Kupfermine . Die Daten zu jeder dieser Lagerstätten sind in Tabelle 2 zusammengestellt.

Beispiel Phase Phase (pro Meile)
1 Udaya, Russland cc
2 Udaya, Russland cc
3 Udaya, Russland cc-bn
4 Udaya, Russland bn-cc
5 Udaya, Russland bn-cc
6 Udokan, Russland cc-bn
7 Udokan, Russland cc
8 Udokan, Russland cc
9 Udokan, Russland cc
10 Udokan, Russland cc
11 Udokan, Russland cc
12 Udokan, Russland cc
13 Udokan, Russland cc
14 Udokan, Russland cc
15 Udokan, Russland cc
16 Udokan, Russland cc
17 Udokan, Russland cc
18 Udokan, Russland cc
19 Udokan, Russland cc
20 Udokta, Russland cc
21 Udokta, Russland cc
22 Udokta, Russland cc
23 Udokta, Russland cc
24 Udokta, Russland cc
9098 Coates Lake, Kanada cc
9110 Coates Lake, Kanada cc
9430 Coates Lake, Kanada cc
NWT 743 B1/5 Coates See, Kanada cc
JP77 7X1 2122 R2 #42 Coates See, Kanada cc 0.08
JP77 36984-4 3381.5 #38 Coates See, Kanada cc
NWT JP77 74121225 #45 R8 Coates See, Kanada cc
JP77 COATES 36984-1 1638 #36 Coates Lake, Kanada cc
NWT 7371 Coates See, Kanada cc
NWT 7Y3 B1/11 Coates See, Kanada cc
NWT JP77 644 3379 #39 Coates Lake, Kanada cc
JP77 781 422 #43 R4 Coates See, Kanada cc
9097 cc Coates Lake, Kanada cc
7371 Coates Lake, Kanada cc
#41 Coates Lake, Kanada cc
45 r8 Coates See, Kanada cc
43 r4 Coates See, Kanada cc
7352 Coates Lake, Kanada cc
7358 Bis Coates Lake, Kanada cc
#38 Coates Lake, Kanada cc
NWT 7356 Coates See, Kanada cc
NWT 7361A Coates See, Kanada cc
JP77 36984.2 2289 #37 Coates Lake, Canada cc
NWT 9410 Coates Lake, Canada cc
9410 Coates Lake, Canada cc
NWT KQ 74-11964 Coates Lake, Canada cc
CM32619 Baltic Mine, Michigan, USA cc
CM32620 Baltic Mine, Michigan, USA cc
CM32621 Baltic Mine, Michigan, USA cc
CM32622 Baltic Mine, Michigan, USA cc
jk 10 h12 Coppermine, Canada cc
cool rock Coppermine, Canada cc
ly 03 h16 Coppermine, Canada cc
dn 04 Coppermine, Canada cc
nr 02 Coppermine, Kanada cc
h13 Coppermine, Kanada cc
dt 02 h8 Coppermine, Kanada cc
rd 04 Coppermine, Kanada cc
rd 04-2 Coppermine, Kanada cc
h23 Coppermine, Kanada cc
ct 02 h3 Coppermine, Kanada cc
ly03 Coppermine, Kanada cc
h16 Coppermine, Kanada cc
jk01 Coppermine, Kanada cc
Tabelle 2
Kupferisotopendaten aus sedimentären Kupferlagerstätten, wobei cc Chalkozit bedeutet und einige Proben Spuren von bn (Bornit) aufweisen.

Das Kupfer für Chalkozit vom Supergen-Typ wird durch oxidative Verwitterung von Gesteinen oder Erzen gewonnen, die Cu-Sulfid enthalten (z. B. Chalkopyrit-CuFeS2). Das oxidierte Kupfer wird nach unten in Richtung Grundwasserspiegel transportiert, wo es wieder ausgefällt wird . Oberflächennahe Oxidationszonen in Porphyr-Kupferlagerstätten sind ein klassisches Beispiel für diesen Prozess. Üblicherweise verbleibt etwas Cu in der ausgelaugten Kappe. Diese unvollständige Oxidationsreaktion führt zu fraktioniertem Kupfer durch das verwitterte Profil. Eine Reduktionsreaktion von Kupfer am Grundwasserspiegel, bei der frische metallische Oberflächen von Pyrit und anderen Sulfiden vorhanden sind, führt zur Ausfällung des reduzierten Kupfers. Aufgrund des erhöhten pH-Wertes am Grundwasserspiegel und der effektiven Entfernung von Kupfer durch Ausfällung auf Sulfidmineralien wird angenommen, dass ein Großteil des Kupfers aus den oxidativen Lösungen zurückgewonnen wird . Late Stage Covellite (CuS) begleitet normalerweise Supergen-Chalkozit, was die reduktive Natur der Reaktion weiter demonstriert. Da die Reduktion am Grundwasserspiegel im Wesentlichen vollständig ist, Die Fraktionierung, die im Chalkozit aus der Supergenanreicherung erhalten bleibt, ist auf die Verwitterung der Oxidationsstufe zurückzuführen und würde daher voraussichtlich 65Cu begünstigen. Die kontinuierliche Überarbeitung der vorherigen Supergenanreicherungsschichten aufgrund von Auftrieb und Erosion wurde modelliert, um zu veranschaulichen, wie sich größere Fraktionierungsgrade entwickeln würden.

Insgesamt wurden 182 Proben aus 10 Standorten betrachtet (Tabelle 1). Alle Daten aus den folgenden Quellen, in denen Chalkozit als analysierte Phase aufgeführt war, wurden einbezogen . Daten von Morenci, Ray, Chuquicamata und Spence liefern typische Beispiele für die Supergenanreicherung in klassischen Porphyr-Kupferlagerstätten.

3. Das Verhalten von Kupferisotopen und vorhergesagte Unterschiede für Redoxreaktionen

Während viele Reaktionen zu einer Verschiebung der Kupferisotopenwerte führen können, wurde dokumentiert, dass Redoxreaktionen die wesentlichsten Änderungen hervorrufen; Redoxreaktionen, die zu oxidiertem Kupfer führen, begünstigen das 65Cu-Isotop, während Reaktionen, die zu reduziertem Kupfer führen, das 63Cu-Isotop aufgrund stärkerer Bindungsumgebungen für jedes Isotop begünstigen . Experimentelle und empirische Daten unterstützen die Größe und Richtung der Kupferisotopenfraktionierung während der Redoxreaktionen .

Bei oxidativen Reaktionen wurde die Verwitterung von Kupfersulfid in Supergenanreicherungsumgebungen bis ins kleinste Detail untersucht. Lösungen, die Kupfer während der Oxidation aus dem Kupfersulfidmineral auslaugen, werden aufgrund einer stärkeren Bindungsumgebung im 65Cu-Isotop angereichert. Obwohl der Anreicherungsgrad (Fraktionierungsfaktor) für eine Vielzahl von Kupfersulfiden (Chalkopyrit, Chalkozit, Bornit und Enargit) unterschiedlich ist, erzeugen die Reaktionen jeweils Kupfer (Cu + 2) in Lösung, die immer größer ist als das Ausgangsmineral. Dieses Phänomen wurde in natürlichen wässrigen Lösungen wie Flüssen, Seen, Grundwasser und Meerwasser nachgewiesen .

Reduktionsreaktionen mit Kupfer wurden nicht so gründlich untersucht. Laborexperimente, die Kupfer aus oxidierten Lösungen reduzieren, haben zu ausgefallenen Feststoffen geführt, die niedrigere Werte als die Ausgangslösungen haben . Modellierung von Kupferisotopen in sedimentären Kupfervorkommen von Asael et al. zeigte, dass die Reduktion von Kupfer während der Übertragung in Lösung das leichtere Kupferisotop begünstigen sollte. Die verfügbaren Daten zeigen also, dass Reduktionsreaktionen das leichtere Kupferisotop begünstigen und dass die Reduktionsprodukte niedrigere Werte aufweisen als die Ausgangsmaterialien. Außerdem, Aktuelle Modelle des Kupferverhaltens während Redoxreaktionen würden vorhersagen, dass eine Kupfermineralisierung mit Supergenanreicherung mit höheren Kupferisotopenwerten verbunden wäre als die von sedimentären Kupferlagerstätten.

4. Methoden für Cu-Isotopendaten vorgestellt

Insgesamt werden 68 neue Cu-Isotopenmessungen aus Chalkozit vorgestellt. Die Chalkozitproben wurden aus Adern oder Disseminationen handverlesen. Röntgenbeugungstechniken wurden verwendet, um vorhandene Mineralarten zu identifizieren, und diese Methoden werden von Mathur et al. (2005). Ungefähr 30-40 Milligramm pulverförmiger Chalkozit wurden in 15 ml Teflongläsern gelöst, die 4 ml erhitztes Königswasser für 12 Stunden enthielten. Die vollständige Auflösung wurde visuell bestätigt. Die Lösungen wurden getrocknet und Kupfer mittels Ionenaustauscherchromatographie, beschrieben von Mathur et al. (2009).

Isotopenmessungen wurden an ICP-MS Multikollektoren an der University of Arizona und der Pennsylvania State University durchgeführt. Die Lösungen wurden bei 100 ppb gemessen und die Massenverzerrung wurde durch Standard-Probe-Standard-Bracketing unter Verwendung des NIST 976-Standards korrigiert. Instrumentierung Setup und Laufbedingungen werden im Detail von Mathur et al. (2005). Fehler für die vorgestellten Analysen sind und und die Fehlerberechnung wird von Mathur et al. (2005). Interne Cent-Standards wurden an beiden Standorten während der analytischen Sitzungen und der 1838 Cent (, ) gemessen.

5. Daten und ihre Auswirkungen

Das Histogramm in Abbildung 1 vergleicht die Verteilung der Kupferisotopenwerte von 361 Chalkozitproben aus drei verschiedenen Bildungsumgebungen: Supergenanreicherung (182 Proben), sedimentäre Kupfervorkommen (161 Proben) und hypogene Erze (18 Proben). Jedes Datum hat einen Fehler in der Größenordnung von ± 0,1 und die Daten werden in Schritten von 0,5 zusammengefasst. Alle hier gemeldeten Daten wurden mit dem NIST 976-Standard verglichen, wobei die Massenverzerrung durch Standardklammern gesteuert wurde.

Abbildung 1
Histogrammdiagramm kombiniert mit einem Cartoon-Modell der Kupferisotopenwerte von Chalkozit, das in drei verschiedenen Umgebungen gebildet wurde. Daten aus der Supergene-Gruppe zeigen den größten Bereich und überlappen die Bereiche der beiden anderen Lagerstättentypen.

Die Mittelwerte und 1-Sigma-Variationen für supergene Kupfer chalcocite sind , für sedimentäre Kupfer chalcocite sind (), und für hypogene chalcocite ist (). Obwohl die drei Populationen im schwach fraktionierten Bereich erhebliche Überschneidungen aufweisen, sind 64% der sedimentären Kupfermessungen kleiner als , und 65% des Chalkozits aus der Supergenanreicherung haben Werte größer als +1. Die auf diese Weise dargestellten Daten zeigen, dass die Kupferisotopenzusammensetzung von Chalkozit mit Ablagerungstypen in Beziehung gesetzt werden kann, mit Werten, die weniger als höchstwahrscheinlich mit sedimentären Kupferablagerungen zusammenhängen, während Werte, die größer sind als höchstwahrscheinlich unter Supergenprozessen gebildet werden. Um die Variationen der Kupferisotopenzusammensetzung zwischen den beiden genetisch unterschiedlichen weiter zu erläutern, Ablagerungen mit niedrigerer Temperatur, Ein lagerstättenspezifischer Vergleich ist in Abbildung dargestellt 2, mit 1σ Variationen berechnet durch die Standardabweichungen aller dargestellten Daten. Bezeichnend ist, dass die Ablagerungstypen wenig Überschneidungen aufweisen und vollständig innerhalb der oben vorgeschlagenen Bereiche liegen. Trotz der Tatsache, dass Bereichsgrenzen ungefähr sind und keiner der Grenzwerte die Kluft definiert, Dieser Ansatz bietet ein statistisch gültiges Mittel zur Unterscheidung von Chalkozit von Sediment- und Supergenprozessen basierend auf der Kupferisotopenzusammensetzung.

Abbildung 2
Mittelwert und 1σ-Fehlerdiagramm spezifischer Lagerstättentypen zum Vergleich von Supergen und sedimentärem Chalkozit aus den vorgestellten Daten.

Beachten Sie, dass die mit den Supergenanreicherungslagerstätten verbundene Variation signifikant größer ist als die für die anderen Mineralisierungsumgebungen und fast doppelt so hoch wie die der sedimentären Kupferlagerstätten. Dies spiegelt höchstwahrscheinlich die Tatsache wider, dass diese Supergensysteme immer noch aktiv sind, mit fortgesetzter Mobilisierung und Migration von Kupfer mit der damit verbundenen Entwicklung von Kupferisotopenzusammensetzungen; das ist, Die aktive Supergenanreicherungsdecke verwittert weiterhin und verliert während der Oxidation 65Cu, wie in Morenci zu sehen ist, wo die Oberseite der Anreicherungsdecke Chalkozit mit niedrigeren Kupferisotopenwerten enthält als in tieferen Ebenen .

Es ist interessant festzustellen, dass der Bereich des Hochtemperatur-Hypogen-Chalkozits den Bereich, der in anderen kupferreichen Sulfidmineralien (Bornit, Chalkopyrit) aus der Hochtemperatur-Hypogenmineralisierung dokumentiert wurde, direkt überlappt, wie von Wall et al. (2011) und Saunders et al. (2015). Die Überlappung der Isotopenzusammensetzung von Hochtemperatur-Hypogen-Chalkozit mit der von Hochtemperatur-Hypogen-Chalkopyrit und Bornit legt nahe, dass die Prozesse, die zu Variationen der Kupferisotope bei erhöhter Temperatur führen, unabhängig von der resultierenden Kupfermineralzusammensetzung weitgehend ähnlich sind. Mehrere Studien legen nahe, dass der Bereich der Kupferisotopenwerte mit Änderungen des pH-Werts oder der Eh oder der Verteilung von Cu zwischen flüssigen und Dampfphasen zusammenhängen kann, wenn die hydrothermale Lösung abkühlt. Das Überdrucken von Hochtemperaturereignissen könnte möglicherweise zu höheren Fraktionierungsgraden führen; jedoch, Keine der Proben hier hat petrographische Beweise dafür. Zusätzliche experimentelle Arbeiten sind erforderlich, um die Rolle verschiedener Mechanismen zu klären, die zu diesen kleinen, aber messbaren Variationen der Kupferisotope führen, und um zu entscheiden, ob sie systematisch in einer Lagerstätte variieren, wie von Mathur et al. (2012) und Li et al. .

6. Transport von Kupfer und Ausfällung von Chalkozit in Niedertemperaturlösungen

Die betrachteten hydrothermalen Systeme beinhalten eine Metallmigration bei < 150 ° C in Gemischen aus Sole, diagenetischen und meteorischen Flüssigkeiten, die mit typischen sedimentären Kupfer- und Supergenanreicherungsprozessen verbunden sind . Die geochemische Modellierung der Reaktionskinetik und des Gleichgewichts der beobachteten Mineralzusammensetzungen hat unser Verständnis darüber, wie und warum sich Metalle in diesen Umgebungen bewegen, erheblich verbessert. Im Algemeinen, Diese Studien identifizieren die Kontrollen des Kupfertransfers und der Ausfällung in diesen Systemen als kompliziert und werden von vielen miteinander verbundenen Variablen beeinflusst, wie pH, Eh, Salzgehalt, Temperatur, Massenchemie der Lösung, und Massenchemie des Substrats, das die Ausfällung initiiert . Gekoppelt mit Isotopenstudien dieser Erze und Wirtsgesteine, Die Reaktionsquellen und -wege können identifiziert werden.

Es wird angenommen, dass das Kupfer in Chalkozit (Cu2S) aus Supergenanreicherung und sedimentären Kupfervorkommen durch zwei verschiedene Redoxreaktionen mobilisiert und transportiert wird. Zur Supergenanreicherung wird Kupfer aus bereits vorhandenen Kupfermineralien oxidiert, die während des Auftriebs und der Erosion meteorischen Flüssigkeiten ausgesetzt sind. Diese Flüssigkeiten sind aufgrund der Oxidation von Pyrit, die die Cu-Sulfide begleitet, überwiegend stark sauer. Die Säure ermöglicht den Transport von Cu2+. Da sich alle untersuchten Ablagerungen noch in der Entwicklung befinden, ist die Reaktion noch nicht abgeschlossen und es verbleibt etwas Cu in der ausgelaugten Zone. Somit ist die Quelle des Kupfers gut verstanden.

Im Gegensatz dazu werden Kupferquellen in sedimentären Kupfervorkommen viel diskutiert . Es wird jedoch vereinbart, dass eine wahrscheinliche Quelle des Metalls Cu2 + ist, das an Fe-Oxide in Sandsteinen adsorbiert wird. Die folgenden zwei Reaktionen (Davies, 1978) beschreiben, wie Kupfer an der Adsorption von Stellen von Fe-Oxidoberflächen haftet (siehe (1)) und wie es von Adsorptionsstellen transportiert wird (siehe (2)): Wo ist die Oberfläche des Fe-Oxids oder anderer Mineralien Im Hinblick auf die damit verbundene Fraktionierung von Kupferisotopen ist zu beachten, dass Kupfer in zwei verschiedenen Redoxzuständen transportiert wird. In diesen nahezu neutralen Lösungen ist Cu2 + löslich und der Transport erfolgt als CuCl0 oder verwandte komplexe Ionen . Obwohl wahrscheinlich viele verschiedene Kupfermoleküle in Verbindung mit Carbonaten gebildet werden, Sulfate, und organische Liganden, Es ist das Isotopenproportionierungspotential der beiden Redoxreaktionen und die Wahrscheinlichkeit einer partiellen Extraktion, die die gemessenen Variationen der Kupferisotope steuert. Wie in den Abbildungen gezeigt 1 und 2, Die Supergenanreicherung Chalkozit bewahrt einen schwereren Kupferisotopenwert, was höchstwahrscheinlich den Transport und die Konzentration von oxidiertem Kupfer im Supergen darstellt. Im Gegensatz, Die Reduktionsreaktionen, die zum Transport von Kupfer im sedimentären Kupfer führten, führten zu Chalkozit mit signifikant niedrigeren Kupferisotopenwerten.

Die hier vorgestellten Daten zeigen, dass Redoxreaktionen im Zusammenhang mit dem Kupfertransport das primäre Mittel sind, mit dem Kupfer in Niedertemperatursystemen fraktioniert. Am Ablagerungsort, Fällungsprozesse scheinen einen vernachlässigbaren Beitrag zum Grad der Isotopendifferenzierung durch Fraktionierung zu leisten. Für Kupferlagerstätten mit Supergenanreicherung wird das oxidierte Kupfermolekül während der Bildung von Chalkozit reduziert, wenn das oxidierte Wasser mit dem Grundwasserspiegel und den hypogenen Sulfidmineralien interagiert. Dieses Reduktionsverfahren ist sehr effektiv bei der Entfernung von Kupfer aus der Lösung , und die im Wesentlichen vollständige Ausfällung der gelösten Kupferergebnisse löscht die Aufzeichnung der Redoxfraktionierung in diesem Prozess. In sedimentären Kupfervorkommen, Kupfer, das über CuCl-Komplexe transportiert wird (wie und ändert den Redoxzustand bei Fällung nicht. Somit, Es wird nicht angenommen, dass eine Fraktionierung aufgrund eines Elektronentransfers während der Fällung im sedimentären Kupfer-Chalkozit auftritt.

7. Schlussfolgerungen

Trotz der chemischen Komplexität der Systeme, aus denen Chalkozit hergestellt wird, bieten Kupferisotopenwerte in Chalkozit ein Mittel, mit dem die drei Hauptquellen von Chalkozit unterschieden werden können: (1) Werte, die geringer sind als höchstwahrscheinlich mit sedimentären Kupfervorkommen assoziiert; (2) Werte, die größer sind als höchstwahrscheinlich mit Supergenanreicherung assoziiert sind; und (3) eine eng geclusterte Population von at 0.0 ist am konsistentesten mit hypogenen Erzen. Diese deutlichen Schwankungen der Werte in Chalkozit werden überwiegend durch Redoxreaktionen bei niedriger Temperatur und Gleichgewichtsreaktionen bei hohen Temperaturen gesteuert. Deshalb, Kupferisotopenwerte in Chalkozit können Einblicke in die Entstehung von Chalkozit geben und zur Entwicklung verbesserter Mineralisierungsmodelle verwendet werden.

Interessenkonflikte

Die Autoren erklären, dass sie keine Interessenkonflikte haben.

Danksagung

Die Autoren danken J. Ruiz und M. Baker von der University of Arizona für den Zugang und die Instrumentierung der ISOPROBE und M. Gonzalez von der Pennsylvania State University für die Verwendung von Neptun.

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