College van de maand: ertsvormende processen

Metalen, in de huidige wereld kunnen we ze niet meer wegdenken. Van het palladium in je telefoonchip tot het ijzer in je fietsframe, metalen zijn onmisbaar geworden. Doordat we het zo veelvuldig om ons heen zien is het soms moeilijk in te denken dat alle metalen ooit als erts in de aarde hebben gezeten. Ertsen zijn economisch winbare grondstoffen van metalen ( bijvoorbeeld ijzer of uranium) . Ertshoudend gesteente komt meestal voor in grote gebieden waar een of meerdere ertssoorten veelvuldig aanwezig zijn. Deze gebieden liggen bijna altijd op kratonische aardkorst, dit is hele oude continentale korst die al sinds het Precambrium aanwezig is en daardoor heel veel deformatie, vulkanisme en metamorfose heeft meegemaakt (figuur 1). Dit zijn grotendeels ook de processen die zorgen voor ertsvorming.

In het hierna volgende deel worden een aantal ertsvormingen besproken met ijzererts als voorbeeld. Er zijn verschillende manieren om ertsen te vormen omdat alle elementen anders reageren en op verscheidende plaatsen in het aardse systeem voorkomen. IJzererts is een van de bekendste ertssoorten die wij kennen en alleen al hiervoor zijn verschillende vormen van het ontstaan bekend.

Sedimentaire ertsen
De bekendste en meest voorkomende zijn de banded iron formations (BIF’s). Zoals de naam al impliceert vormen de BIF’s banden van afwisselend ijzeroxide en klei die zijn afgezet op de zeebodem (figuur 2). Tijdens het Precambrium was er nog niet veel zuurstof op aarde waardoor de oceanen een reductief klimaat hadden en ijzer in opgeloste vorm in het water aanwezig was. Wanneer daar dan toch een beetje zuurstof bij kwam vond de chemische reactie 4FeO(aq) + O₂(aq) → 2Fe(_X)O₃(s) plaats met als product het onoplosbare ijzeroxide dat vervolgens op de bodem neersloeg. Deze manier van ijzer vormen ging door tot al het opgeloste ijzer in het water was neergeslagen gedurende de toename van zuurstof tijdens het grote oxidatiemoment aan het begin van het Cambrium.

Metasomatische ertsen
Een andere veel voorkomende manier hoe ijzererts, maar bijvoorbeeld ook lood, zink, koper en nog vele andere metaal ertsen ontstaan, is via alteratie door hydrothermale vloeistoffen. De grootste groep ertsen op aarde worden op deze manier gevormd. Hydrothermale vloeistoffen zijn vloeistoffen die diep vanuit de aarde naar het oppervlakte komen. Dit gebeurt vrijwel altijd in een actief vulkanisch gebied. Door subductie warmt het waterhoudende subducerende gesteente op waardoor het deels smelt en reageert met mantel materiaal. Tijdens deze reactie kan er in het gesmolten gesteente een soort vloeistof ontstaan van vrijgekomen elementen en water uit de subducerende plaat die vervolgens via magmagangen of zelfs via breuken de oppervlakte kunnen bereiken om te reageren met sedimenten op de zeebodem of met gesteente dat het onderweg tegenkomt (Figuren 3 en 4). In deze reacties kunnen dan net als bij de BIF’s reacties plaatsvinden waaruit ertsgesteente ontstaat. Ertsvorming op deze manier is voor het eerst ontdekt en beschreven in het Bergslagen mijndistrict in Zweden en het gesteente heeft daar de benaming skarn gekregen. Als de hydrothermale vloeistoffen het oppervlak bereiken en reageert met water vormt er een mooie laag op de zee/oceaan bodem waarin de ertsdeeltjes relatief egaal verspreid voorkomen. Reageren de hydrothermale vloeistoffen met omringend gesteente in de ondergrond, dan komen ertsaders meer voor omdat dit een relatief lokaal proces is.

Magmatische ertsen
De laatste grote groep ertsen ontstaat in magmakamers. Alle mineralen en elementen hebben verschillende kristallisatietemperaturen. Om deze reden ontstaat kristalfractionatie in een magmakamer waardoor je een soort gelaagde opeenvolging van verschillende mineralen krijgt (figuur 5). Omdat metalen over het algemeen een vrij hoge smelt- en kristallisatie temperatuur hebben vind je metaal ertsen zoals onder andere magnetiet(ijzer) en chromium(chroom) met name op de bodem van intrusies. In een vervolg op het proces van kristalfractionatie kan de samenstelling van een deel van het magma zo veranderen dat het niet meer wil mengen met de originele magmabron zodat er een soort emulsie van magmasoorten ontstaat. Met name sulfide houdende ertsen, bijvoorbeeld pyrrhotien ( Fe₇S₈), zullen onder het relatief lichtere silica zinken en in een laag neerslaan of reageren met het omliggende mafische of ultramafische gesteente.

Bronnen:

• Cooke, D. R., Bull, S. W., Large, R. R., & McGoldrick, P. J. (2000). The importance of oxidized brines for the formation of Australian Proterozoic stratiform sediment-hosted Pb-Zn (Sedex) deposits. Economic Geology, 95(1), 1-18.
• Jansson, N. (2011). The origin of iron ores in Bergslagen, Sweden, and their relationships with polymetallic sulphide ores (Doctoral dissertation, Luleå tekniska universitet).
• Stephens, M. B. (2009). Synthesis of the bedrock geology in the Bergslagen region, Fennoscandian Shield, south-central Sweden. Sveriges geologiska undersökning (SGU).