Eine Lagerstätte, aus der Erz gewonnen wird, wird als Erzlagerstätte bezeichnet. Eine Erzlagerstätte ist somit eine natürliche Gesteinsmasse, die mit derart hohem Gehalt ein nützliches Element, eine Verbindung oder ein Mineral enthält, dass sich bei ausreichender Gesamtmenge der Abbau des Materials (Erz) wirtschaftlich lohnen kann.Walter Pohl: Mineralische und Energie-Rohstoffe. Eine Einführung zur Entstehung und nachhaltigen Nutzung von Lagerstätten. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung, 2005, ISBN 3-510-65212-6. Eisen, Kupfer, Gold, Aluminium, Mangan und Zink stellen die wertmäßig bedeutendsten Metalle der Weltproduktion dar. Erzmineralanhäufungen deren Abbau unwirtschaftlich ist, nennt man Vorkommen. Kohlelagerstätten, Erdöl- und Erdgaslagerstätten werden nicht als Erzlagerstätten betrachtet.
In den meisten Erzlagerstätten muss Abraum, Bergematerial oder anderes Taubes Gestein abgetragen werden, um an das Erz zu gelangen. Das Erz selbst besteht aus den zu verwertenden Erzmineralen und der wirtschaftlich nicht wünschenswerten Gangart. Die wertvollen Erzminerale werden durch die Erzaufbereitung von den Gangart-Mineralen getrennt und im Erzkonzentrat angereichert.M. C. Fuerstenau, N. Han Kenneth (Hrsg.): Principles of Mineral Processing. Society for Mining, Metallurgy, and Exploration, Littleton, CO 2003, ISBN 0-87335-167-3.H. Schubert: Aufbereitung fester mineralischer Feststoffsysteme. VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1975. Die getrennten Gangart-Minerale werden meist in „Tailingsbecken“ gelagert. Die gesellschaftliche Akzeptanz und die Umweltverträglichkeit sind wichtige Aspekte, die bei der Beurteilung eines möglichen wirtschaftlichen Abbaus einer Erzlagerstätte berücksichtigt werden müssen, wobei das Management der „Tailings“ eine große Rolle spielt.
Erzlagerstätten bilden sich durch zahlreiche geologische Prozesse. Aufgrund ihrer Genese werden folgende vier Hauptgruppen unterschieden: orthomagmatische, hydrothermale, sedimentäre und Verwitterungs-Lagerstätten.
Erzlagerstätten: Genetische Klassifikation Lagerstätten gebildet hauptsächlich durch orthomagmatische Prozesse Orthomagmatische Lagerstätten entstehen während der Magmenverfestigung. Das Präfix „ortho“ unterscheidet diese Lagerstätten von denen, die durch magmatisch-hydrothermale Prozesse erzeugt werden. Folgende Lagerstättentypen werden als orthomagmatisch bezeichnet:K. Misra: Understandung ore deposits. Springer, 2000, 845 S. C.A. Heinrich, P.A. Candela: Fluids and ore formation in the Earth’s crust. In: Holland H.D. and Turekian K.K. (eds.): Treatise on Geochemistry, Second Edition, B . 13 (S. D. Scott, ed.), Elsevier, 2014, S. p. 1-28.
In mafisch-ultramafischen Komplexen mini|Aufschluss von Chromitit- (schwarz) und Anorthositbändern (hellgrau) im Bushveld-Komplex mini|Typisches Erz von der Ni-Lagerstätte Sudbury wo sich die Sulfide durch Liquidentmischung von der Silikat-Schmelze getrennt haben. Bildbreite: 3,4 cm
Minerale mit hohen Schmelzpunkten wie z. B. Chromit scheiden sich früh von ultramafischen Magmen ab (siehe auch Fraktionierte Kristallisation). Wenn diese Minerale eine höhere Dichte als die Restschmelze haben, können sie als „Kumulate“ auf den Boden der Magmakammer sinken, wo sie sich anreichern. Aktuelle Theorien zur Bildung von Chromit-Erzen basieren eher auf einer Kontamination des Magmas mit siliciumhaltigen Nebengesteinen oder eine Magmamischung, die monomineralische Chromit-Bänder und -Schlieren ermöglichen kann wie z. B. in den Chromit-Lagerstätten des Bushveld-Komplexes in Südafrika.
In anderen Fällen kann es zur Trennung bestimmter unmischbarer Komponenten (Phasen) in der Schmelze kommen, so wie sich Wasser von Öl trennt (Liquidentmischung). In Sulfid-Silikat-Schmelzen scheiden sich z. B. Sulfidtröpfchen ab. In diesen Tröpfchen konzentrieren sich besonders Kupfer und Nickel, ebenso Metalle der Platin-Gruppe. Wenn sich die einzelnen Tröpfchen miteinander vereinen, können so umfangreiche Sulfid-Lagerstätten entstehen, wie z. B. in Greater Sudbury (Kanada).
Siehe auch: orthomagmatische Lagerstätten
Lagerstätten gebunden an alkalinen intrusionen Diamant Lagerstätten in Kimberliten und Lamproiten mini|170px|Schematisches Profil eines Kimberlit-Schlotes
Diamanten bilden sich im Erdmantel unter hohen Drücken und Temperaturen, typischerweise in Tiefen zwischen 250 und 700 KilometernS.B. Shirey, J.E. Shigley: Recent advances in understanding the geology of diamonds. In: Gems and Gemology, B. 49, S. 188–222 doi: 10.5741/GEMS.49.4.188.. Abbauwürdige Diamanten werden in relative kühlen dicken kratonischen Bereichen durch Kimberliten und Lamproiten in wenigen Stunden vom Erdmantel an die Oberfläche verfrachtet. Diese große Geschwindigkeit ermöglicht, dass der Diamant die Oberfläche als metastabile Phase erreichen kann und nicht in Graphit umgewandelt wird. Die von den Kimberliten und Lamproiten erzeugten vulkanischen Durchschlagsröhren oder pipes weisen meist einen Durchmesser von weniger als einem Quadratkilometer auf. Zur Tiefe hin verengen sie sich immer weiter und enden schließlich an gangartigen Strukturen, die mit unbrekziiertem Kimberlit gefüllt sind. Von diesen „Wurzelzonen“ nimmt man an, dass sie an regionale Schwächezonen mit Dehnungsrissen und Grabenbildungen gebunden sind, die bis in den Oberen Mantel hinabreichen. Die Kimberlite und Lamproite, die die Diamanten transportieren, sind im Allgemeinen 20 bis 550 Millionen Jahre alt, die Diamanten selbst sind viel älter, meistens mehr als 1,5 Milliarden Jahre. Der Diamant ist also ein Xenocryst in den Kimberlitbrekzien, das heißt ein Fremdmineral, das beim Aufstieg des Magmas aus dem Erdmantel mitgerissen wurde.
Siehe auch: Diamant: Bildung und Fundorte
Lagerstätten in Karbonatiten Extrem alkaline Gesteine sind Karbonatite mit magmatisch gebildeten Karbonaten. Phosphor- und Aluminium-reiche Apatit- und Nephelin-Lagerstätten treten in Karbonatiten auf. Zu diesen Karbonatit-Alkaligestein-Komplexen gehören wichtige Lagerstätten der Metalle der Seltenen Erden und anorganische Phosphat-Lagerstätten wie in Phalaborwa und auf der Kola-Halbinsel.
Siehe auch: Lagerstätten in Karbonatiten
Spätkristallisation – Pegmatite Nach der Kristallisation eines großen Teils der gesteinsbildenden Minerale bleiben Restschmelzen zurück, in denen bestimmte Elemente wie Li, Be, B, P, F, Nb, Ta, Sn und W angereichert vorliegen, die sich vor allem wegen ihrer Ionengröße und Ladung (siehe auch inkompatibles Element) kaum in die häufigsten gesteinsbildenden Minerale einbauen ließen. Ein Kennzeichen der nun verbliebenen Restschmelzen ist, dass sie zunehmend mehr Wasser enthalten. Diese letzte Stufe der Pegmatitkristallisation stellt somit einen Übergang zur hydrothermalen Phase dar. Aufgrund ihres gangförmigen Auftretens und des zumeist geringen Volumens spielen Pegmatite im weltweiten Vergleich als Lagerstätte nur eine kleinere Rolle. Jedoch haben Pegmatite in der letzten Zeit an Bedeutung gewonnen, da sie für die Technologie „kritische Rohstoffe“ wie Li- und Ta-Minerale („Coltan“) sowie Seltene Erden liefern. Schmucksteine wie Topas, Turmaline und Berylle werden hauptsächlich von Pegmatiten gewonnen.
Siehe auch: Pegmatitlagerstätten
Hydrothermale Lagerstätten: magmatische und nicht magmatische Fluide Hydrothermale Fluide, das heißt heiße (etwa 700° bis 50°) wässrige Fluide,M. Steele-MacInnis, C.E. Manning: Hydrothermal properties of geologic fluids In: Elements, v. 16, p. 375–380, 2020, doi: 10.2138/gselements.16.6.375. sind mit Abstand die wichtigsten Transportmittel für Metalle. Hydrothermale Fluide, die durch Dekompression oder Kristallisation aus Magmen abgesondert werden, sind für die Bildung von Erzlagerstätten am wichtigsten. Von großer Bedeutung sind auch erhitzte intraformationelle Wässer meteorischen oder marinen Ursprungs. Metamorphe Fluide können in wenigen Fällen eine erzbildende Rolle spielen. Der physikalische Zustand von hydrothermalen Fluiden kann flüssig, dampfförmig oder überkritisch sein. T.M. Seward, A.E. Williams-Jones, A.A. Migdisov: The chemistry of metal transport and deposition by ore-forming hydrothermal fluids. In: Holland H.D. and Turekian K.K. (eds.): Treatise on Geochemistry, Second Edition, B . 13 (S. D. Scott, ed.), Elsevier, 2014, S. 29–57.
Bei der magmatischen Kristallisation bleiben nach der Ausscheidung der gesteinsbildenden Minerale aus den Restschmelzen noch heiße, wässrige Fluide zurück; die sogenannten magmatisch-hydrothermalen Fluide, die eine große Temperatur- und Salinitätbandbreite haben. Diese hydrothermalen Fluide sind in der Lage, lösbare Elemente wie Cu, Zn, Pb, Au, Ag und viele andere zu transportieren. Sie tragen damit wesentlich zur Bildung vieler Erzlagerstätten bei. Nach abnehmendem Druck und Temperatur unterteilte Schneiderhöhn 1941Hans Schneiderhöhn: Lehrbuch der Erzlagerstättenkunde Gustav Fischer, Jena, 858 S., 1941 die magmatisch-hydrothermale Phase in katathermal, mesothermal und schließlich epithermal, wobei heute fast ausschließlich der Begriff „epithermal“ und ab 300 °CJ.M Guilbert, C.F. Park: The Geology of Ore Deposits. W. H. Freeman and Company, New York, 1986, 985 S. (das heißt nicht im Sinne Lindgrens (1933), ab 200 °CWaldemar Lindgren: Mineral deposits. 4. Aufl. Mc Graw-Hill, New York, 930 S., 1933.) benutzt wird. „Mesothermal“ wird heute in einem anderen Sinne, als Alternative zu orogenen Gold-Lagerstätten verwendet.
Hydrothermale Fluide, wie bereits oben geschrieben, müssen aber nicht magmatischen Ursprungs sein. Auch erhitzte Becken-Fluide meteorischen und marinen Ursprungs können hydrothermale Fluide darstellen und große Lagerstätten bilden. Die Erhitzung erfolgt meistens durch Einsinken der Fluide in tiefere, wärmere Teile der Oberkruste. Die erzbildenden Elemente werden zum größten Teil von verschiedenen Gesteinen ausgelaugt.
Temperatur, Salinität, pH-Wert, Oxidationszustand und Druck sind die wichtigsten Parameter, die Elementtransport und Ausscheidung kontrollieren. Mischung zwischen Fluiden mit verschiedenen Eigenschaften und Reaktionen des Fluides mit dem Wirtgestein sind ebenfalls wichtige erzbildende Prozesse.
Magmatisch-hydrothermale Lagerstätten Porphyrische Kupferlagerstätten mini|300px|Schematischer Querschnitt durch eine Porphyrische Kupferlagerstätte mit der wichtigsten hydrothermalen Alterations-Zonen, um eine Intrusion herum
Einen besonders wichtigen Typ der magmatisch-hydrothermalen Lagerstätten stellen die sogenannten porphyrischen Kupferlagerstätten dar. Hierbei handelt es sich um Lagerstätten mit verhältnismäßig geringen Erzgehalten, aber oftmals riesigen Volumen. Heute geht über die Hälfte der weltweiten Kupferproduktion auf „Kupferporphyries“ zurück, diese werden oft in riesigen Tagebauen ausgebeutet.