Seltene Erden aus Deutschland – Forscher entdecken potenziell üppige Quelle

Vulkane stellen für viele Menschen eine Quelle für hohe Kohlenstoff- und Schwefeldioxidemissionen, Asche und vulkanisches Glas, auch Obsidian genannt, dar. Australische und chinesische Forscher können diese Liste nun um Seltene Erden ergänzen.

Laut Dr. Michael Anenburg von der Australischen Nationaluniversität ist dieser Rohstoff besonders in eisenhaltigen Magmen enthalten, wie sie in ihrer kürzlich veröffentlichten Studie erklären. Je nach geologischen Bedingungen könnten sich Vulkane als reichhaltige Quellen zur Gewinnung der begehrten Metalle erweisen.

Millionen Jahre alte Quelle

Seltene Erden werden für Smartphones, Flachbildfernseher, Magnete und sogar für Züge und Raketen gebraucht. Außerdem sind sie für die Entwicklung von Elektrofahrzeugen und im Bereich der erneuerbaren Energien unerlässlich geworden. Da Politiker und Firmen weltweit ihren Ausbau fordern und fördern, ist die Nachfrage nach dem Rohmaterial und ihr Verbrauch enorm hoch.

Für Anenburg und seine Kollegen könnte eisenhaltiges Magma zum Decken der Nachfrage beitragen. Grundsätzlich liegen Seltene Erden in jedem Vulkan vor – egal ob aktiv oder erloschen. Damit sie jedoch eine üppige und abbaufähige Quelle sind, muss viel Eisen im Magma vorhanden sein. Und genau diese Voraussetzung ist bislang nur in erloschenen Vulkanen gegeben.

„Wir haben noch nie gesehen, dass ein eisenhaltiges Magma aus einem aktiven Vulkan ausgeworfen wurde. Dafür wissen wir, dass einige erloschene Vulkane, die Millionen Jahre alt sind, dieses rätselhafte Material ausstießen“, erklärte Dr. Anenburg. „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese eisenreichen erloschenen Vulkane auf der ganzen Welt – wie der El Laco in Chile – als potenzielle Quelle für Seltene Erden untersucht werden sollten.“ Zu diesen gehört auch der Kaiserstuhl in Baden-Württemberg.

Der Kaiserstuhl ist ein kleines Mittelgebirge vulkanischen Ursprungs in der Oberrheinischen Tiefebene im Südwesten von Baden-Württemberg. Foto: Nachteule/iStock

Die ehemals explosiven Quellen könnten nach Schätzungen der Geologen dabei bis zu hundertmal mehr Seltenerdmetalle liefern als Magmen aktiver Vulkane.

Seltene Erden im Labor

Zu dieser Erkenntnis kamen die Forscher, als sie die Bedingungen von Vulkanen im Labor nachstellten. Dabei verwendeten sie Gesteine, die denen von eisenreichen erloschenen Vulkanen ähneln. Sie legten diese Gesteine in einen Druckofen und brachten sie auf extrem hohe Temperaturen, um sie zu schmelzen und mehr über die Mineralien im Inneren der Gesteine zu erfahren.

Auf diese Weise entdeckten sie eine üppige Anzahl an Seltenen Erden in dem eisenhaltigen Vulkangestein. Doch was bedeutet diese Entdeckung und welchen Nutzen können Menschen weltweit daraus ziehen?

Derzeit verfügt China über die größten Vorkommen an Seltenen Erden weltweit. In Europa liegt die größte bekannte Lagerstätte in Schweden. Das heißt jedoch nicht, dass es sie woanders nicht gibt. Sie sind überall, nur unterscheiden sich ihre Konzentrationen erheblich.

„Seltene Erden sind gar nicht so selten. Sie sind ähnlich reichlich vorhanden wie Blei und Kupfer. Aber die Aufspaltung und Gewinnung dieser Metalle aus den Mineralien, in denen sie enthalten sind, ist schwierig und teuer“, so Dr. Anenburg.

Überblick über Elemente, die zur Herstellung von Technologien benötigt werden – einschließlich Seltenen Erden. Foto: PeterHermesFurian/iStock; deutsche Übersetzung ts/Epoch Times

Seltene Erden in Vulkanen

Doch was passiert im Erdinneren, sodass sich Seltene Erden vor allem in Vulkanen anreichern? Professor Lothar Viereck, stellvertretender Vorsitzender der Deutschen Vulkanologischen Gesellschaft und ehemals Geowissenschaftler der Friedrich-Schiller-Universität Jena, erklärte gegenüber Epoch Times: Magmen aus der Asthenosphäre (5), jener Schicht unmittelbar unter der Erdkruste (4), haben die wenigsten Selten-Erd-Metalle.

Innerer Aufbau der Erde. Schichten nach chemischer Zusammensetzung: 1 Erdkruste; 2 Erdmantel; 3 Erdkern (3a äußerer, 3b innerer). Schichten nach mechanischen Eigenschaften: 4 Lithosphäre; 5 Asthenosphäre; 6 äußerer Erdkern; 7 innerer Erdkern. Foto: Gemeinfrei

Derartige Magmen treten entlang der Mittelozeanischen Rücken zutage. In ihnen sind leichte Seltenen Erden wie Lanthan und Cer etwa zehnmal seltener vertreten als die schweren Seltenen Erden wie Ytterbium und Lutetium.

Dies ist zugleich der Ausgangszustand. In einem mehrstufigen Prozess und über Hunderte Millionen bis mehrere Milliarden Jahre könne es zur zehn-, hundert- und sogar mehr als tausendfachen Anreicherung kommen.

1. Anreicherung: Metasomatose

In der ersten Stufe steigt heißes Gestein aus dem Erdmantel auf und erhitzt die darüberliegende Erdkruste. Sie schmilzt an. Das führt zu Mineralneubildungen und zur Fixierung der Seltenen Erden. Nach dieser sogenannten Metasomatose sind im Gestein ebenso viele bis geringfügig mehr leichte Seltene Erden als schwere enthalten.

2. Anreicherung: Erneutes Aufschmelzen

Wird dieser mineralogisch umkristallisierte Erdmantel nun erneut erhitzt, führte Prof. Viereck weiter aus, gehen zuerst diejenigen Elemente wieder in die Schmelze, die ursprünglich nicht in die Minerale eingebaut werden konnten. Dazu gehören auch die Seltenen Erden, sodass die Schmelze mehr Seltene Erden enthält als der Erdmantel, aus dem sie stammen.

Bricht das Magma durch die Erdoberfläche, bezeichnen wir es als Lava, wobei das durch Kristallisation entstehende Gestein nun etwa 100- bis 200-mal mehr leichte Seltene Erden aufweist als schwere Seltene Erden.

3. Anreicherung: Erkalten im Vulkan

Erreicht die Schmelze jedoch nicht die Erdoberfläche, sondern bleibt in der Erdkruste stecken und kristallisiert dort aus, erfolgt eine dritte Anreicherungsstufe: Das Magma steigt auf und kühlt ab.

Bei dieser Abkühlung kristallisieren zuerst die silikatischen Minerale wie Olivin und Pyroxene. Weil diese allerdings nur bestimmte Elemente einbauen, bleiben die Seltenen Erden zunächst in der noch etwa 1.000 Grad Celsius heißen Schmelze und reichern sich auf das 1.000- bis 2.000-Fache der ursprünglichen Konzentration im Erdmantel an.

Olivin-Peridot aus Sapat Nala, Pakistan. Foto: Bjoern Wylezich/iStock

4. Anreicherung: Silikate und Carbonatite

Unter den richtigen Voraussetzungen kann sich diese Restschmelze zudem in eine karbonatische und eine silikatische Phase trennen, wobei die karbonatische die überwiegende Menge der Seltenen Erden aufnimmt. Dadurch kommt es zu noch höheren Anreicherungen. Auf diese Trennung bezieht sich die von Dr. Anenburg und Kollegen beschriebene 100-fach höhere Konzentration, wie der Forscher gegenüber Epoch Times bestätigte.

Dies ist zugleich der Grund, dass die Gesteine, die aus nicht eruptierten, karbonatischen Magmen entstehen, sogenannte Carbonatite, die höchsten bekannten Gehalte an Seltenen Erden, insbesondere an den leichten Seltenen Erden, schließt Prof. Viereck.

Deutschland auf Weltniveau

Wie Dr. Anenburg erklärte, nutzen die größten Selten-Erd-Minen weltweit eisenreiche Magmen, einschließlich Mount Weld (Australien), Bayan Obo (China) und Mountain Pass (USA). Auch die Vorkommen in Kiruna (Schweden), El Laco (Chile) und Pilot Knob (USA) stehen in Verbindung mit Carbonatiten. Eine Förderung sei nicht gefährlicher als andere Bergbauaktivitäten, so Dr. Anenburg. „In Bezug auf die Sicherheit sollte es keine Probleme geben, wenn alles nach den geltenden Vorschriften durchgeführt wird. Die Vulkane werden nicht ausbrechen – machen Sie sich darüber keine Sorgen.“

In Deutschland stehen Carbonatite an der Erdoberfläche nur im Kern des erodierten Kaiserstuhlvulkans an. Durch Bohrung nachgewiesen wurden sie zudem bei Storckwitz im Vulkanfeld Delitzsch in Sachsen. In Letzterem seien sie zwar von Flusssedimenten überlagert, wurden laut Prof. Viereck aber „in Konzentrationen und Mengen nachgewiesen, die so hoch sind, dass sie wirtschaftlich abbauwürdig sind“ – vorausgesetzt, der Marktpreis steige weiter.