Geologen der Universität Salzburg entdeckten eine Besonderheit der Salzburger Salzlagerstätten: Das Vorkommen des höchst seltenen Minerals Polyhalit. Ein Wissenschaftsteam unter der Leitung von Professor Franz Neubauer untersucht besondere Eigenschaften von Sulfaten sowie die Entwicklung neuer Datierungsmethoden. Das Projekt „Polyhalit“ (2010 bis 2013) wird vom Fonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung (FWF) finanziert.

Professor Franz Neubauer und Anja Schorn, die als Doktorandin im Polyhalitprojekt forscht | © Kolarik

Foto: Prof. Franz Neubauer untersucht das seltene Mineral „Polyhalit“ | © Kolarik

„ Unser Ziel ist die Entwicklung neuer Methoden, um die mechanische Stabilität von Salzmineralen abschätzen zu können“, betont der Geologe Franz Neubauer. Anwendung sollen die Ergebnisse in der Grundlagenforschung finden. Aber auch im Bergbau, unter anderem bei der Endlagerung von hochradioaktivem Müll. Im Rahmen dieses Projekts werden unterschiedlichste Minerale untersucht.

„Rotes Gold“: Polyhalit – Das rote Mineral

Der Salzbergbau in Salzburg blickt auf eine lange kulturelle Geschichte zurück. Bereits ab 750 v. Chr. wurde auf dem Dürrnberg bei Hallein/Salzburg das sogenannte „weiße Gold“ gewonnen. Die Salzburger Salzlagerstätten zeichnet jedoch eine Besonderheit aus: Das Vorkommen des sonst seltenen roten Minerals Polyhalit. Dieses Kalium führende Sulfatmineral wurde 1818 erstmals im Salzkammergut im Bad Ischler Salzberg gefunden und durch Friedrich Stromeyer beschrieben. „Auch in den Zechsteinsalzstöcken in Norddeutschland und in Salzlagern im Karpatenvorland in der Ukraine kommt Polyhalit vor. Es ist ein Mineral, das wohl häufiger vorkommt, als bisher angenommen“, so Neubauer. Reiner Polyhalit ist farblos und wird durch Fremdbeimengung rot. Indem feinste Körnchen von Polyhalit im natürlichen Steinsalz vorkommen, färbt es auch das Steinsalz rot, daher „Rotes Gold“. Zusammen mit Steinsalz und Polyhalit kommen noch weitere ähnliche Minerale – wie zum Beispiel Gips – vor.

FWF-Projekt „Polyhalit“

Bisher wurden die besonderen Eigenschaften von Sulfaten nur wenig untersucht. Das mit rund 180.000 Euro vom Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) geförderte Projekt „Polyhalit“ erlaubt nun einer Arbeitsgruppe von Nachwuchswissenschaftlern (Christoph Leitner und Anja Schorn) und Mitarbeitern des Fachbereichs (Manfred Bernroider und Johann Genser) unter der Leitung von Franz Neubauer, diese Minerale detailliert zu untersuchen. Ziel des Projekts ist es, neue Datierungsmethoden und deren Anwendung zu entwickeln. Neubauer dazu: „Mit Hilfe der Ergebnisse kann man voraussichtlich auch die Langzeitstabilität von Salzstöcken abschätzen. Insbesondere bei der Endlagerung von hochradioaktivem Müll ist das von großer Bedeutung. Mit Hilfe von Methoden der Materialwissenschaften und anhand von Altersdatierungen untersuchen wir die mechanischen Eigenschaften der Eindampfungsgesteine. Dabei zeigte sich, dass diese Gesteine während der Verformung umgewandelt wurden. Bei anderen Gesteinen geschieht das erst bei sehr viel höheren Temperaturen.“ Erstmals lassen sich solche Strukturen nun datieren und sagen aus, wann und wie die heute vorhandenen Strukturen gebildet wurden.

Steinsalz zählt – wie Gips und weitere eher seltene Minerale – zur Gruppe der Eindampfungsgesteine, den sogenannte „Evaporiten“. Sie werden durch Verdampfen des Meerwassers in subtropischen Lagunen am Rande großer Meeresbecken wie zum Beispiel am Kaspischen Meer oder Persischen Golf abgelagert. „Ihre geringe Festigkeit und geringe Dichte bewirken, dass sie aus der Tiefe durch Spalten nach oben aufsteigt. Beim Aufstieg können Blöcke von Nebengesteinen mitgerissen werden. Diese können dann nahe unter der Oberfläche als unregelmäßige Körper verschiedener Größe innerhalb von Salzstöcken vorkommen“, erläutert Franz Neubauer, Leiter der Arbeitsgruppe.

Erste Ergebnisse durch Ar-Ar-Methode

Manche Minerale von Gesteinen aus dem Salzkammergut sowie des permischen Zechsteinmeeres in Norddeutschland, das vor ca. 255 Millionen Jahren existierte, ließen sich mit der sogenannten Ar-Ar-Altersdatierungsmethode datieren. Bei dieser Methode werden die Proben in einem Reaktor bestrahlt, um aus einem Kaliumisotop ein Argonisotop zu erzeugen. In einem Massenspektrometer werden die Gehalte der verschiedenen Argonisotope gemessen und in einem hoch auflösenden Massenspektrometer bestimmt. „Die Ar-Ar-Methode ist eine der besten Altersdatierungsmethoden. Sie macht es möglich, die komplette Geschichte eines Minerals zu erfassen. Am Fachbereich Geologie existiert ein solches Labor, das wir ´Argonaut´ nennen“, so Neubauer weiter.

Mars: Künftig Datierung von Meeresbecken möglich

Erst im letzten Jahrzehnt entdeckten Marsroboter, dass der Planet an der Oberfläche ebenfalls aus geschichteten Eindampfungsgesteinen – hauptsächlich Sulfaten – besteht. „Und diese Minerale müssen, ähnlich wie auf der Erde, zwangsläufig aus einem Meeresbecken abgelagert worden sein. Finden wir also Methoden, wie man diese Gesteine datieren kann, gibt es in Zukunft auch die Möglichkeit, das Alter solcher Meeresbecken auf dem Mars zu datieren“, erläutert Neubauer.

Grundlagenforschung: Verschwinden eines Ozeans aufklären

In den in Salz und Gips eingeschlossenen vulkanischen Blöcken – wie jenen aus Hallstatt, Bad Ischl (OÖ) und Moosegg bei Golling (Salzburg) – wurden Reste eines ehemaligen „Roten Meeres“ gefunden. Neubauer verdeutlicht: „Das sind die Relikte der Geburtsstunde eines heute verschwundenen Ozeans. Die Reste einer solchen ´Riftzone´, das sind Risse an der Erdoberfläche wie sie sich heute im Afar-Dreieck in Äthiopien bilden, wurden bisher in den Ostalpen vermutet, aber nie gefunden. Die genaue Untersuchung dieser Blöcke gibt Einblick in die Frühgeschichte der Ostalpen, die Entstehung und das spätere Verschwinden dieses Ozeans.“ So hat dieses Projekt auch einen zusätzlich positiven Effekt für die Grundlagenforschung.

Kontakt:

O. Univ.-Prof. Dr. Franz Neubauer, Fachbereichsleiter Geologie

Tel: 0662/80 44-5401