Other
Scientific paper
May 1963
adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-data_query?bibcode=1963gecoa..27..459h&link_type=abstract
Geochimica et Cosmochimica Acta, vol. 27, Issue 5, pp.459-499
Other
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Scientific paper
In about 100 samples of "Buntsandstein" (Lower Triassic) and "Rotliegendes" (Lower Permian) iron, manganese, vanadium, copper, and lead have been determined. TiO 2 and Zr have been analysed semi-quantitativly. The Fe 2 O 3 , Mn, TiO 2 , Zr, and higher Cu data are results of X-ray fluorescence-the V, Pb, and lower Cu data are from optical emission spectroscopie methods. Ferrous iron has been chemically determined in several samples. Reduction in natural environment was simulated by treatment of sample material by dithionite. The relation between the iron-, manganese-, and vanadium-contents and the mineral composition (from optical and X-ray investigations) is demonstrated as the following examples show: The dissolving of hematite in several sandstones (change of red and green layers, local bleaching) is caused by the reduction of ferric iron and subsequent removal of ferrous iron. The inclusion of hematite as red zones in those quartzes of red sandstones which still grew after deposition, show that the hematite must have been dissolved in the early diagenetic stage. This observation agrees with the absence of hematite in quartzes of colourless sandstones. The reduction probably is caused by syngenetically deposited organic matter. Spherical haloes of discolourization often occur in rocks with a higher content of clay. They result from the limited transportation of solutions in sediments with a small interconnected pore volume. Beside its occurrence in the detrital material from weathered rocks, manganese is found in several oxides of different valency and together with calcium in carbonates. Related to Calcite as much as 1 per cent MnCO 3 contents occur. The formation of the dark brown manganese oxides is indirectly influenced by the contact with carbonates. Calcite in equilibrium with solution causes a pH-environment which facilitates the formation of higher manganese oxides with low solubility. The contents of vanadium and iron show a distinct proportionality. This occurs as well in the residues of weathered rocks as in the hematite. This is probably the result of the formation of slightly soluble iron-vanadates. The high concentration of vanadium in the dark cores of spherical haloes in the "Rotliegendes"-sandstone can easily be derived from normal vanadium contents of the surrounding rocks. There the vanadium may be mobilized when the hematite is dissloved by reduction. In the strong reducing environment of the core V 5+ is reduced to the much less soluble V 3+ (or V 4+ ) and precipitated. Precipitation occurs mainly around residues of organic material (carbon analysis). The contents of lead and copper of the investigated samples can easily be explained by the trace amounts in silicates. Few samples with higher contents are probably influenced from primary enrichment of heavy metal-sulfides. Although these investigations have been made on sandstones of a limited area, the results may be applied to many other sandstone deposits formed under climatic conditions similar to those of the "Rotliegendes" and "Buntsandstein"-time (sandstones of the Colorado Pateau (USA), etc. Zusammenfassung In etwa 100 Proben des Buntsandsteins sowie einigen aus dem Rotliegenden wurden die Eisen-, Mangan-, Vanadium-, Kupfer-und Bleigehalte bestimmt. Halbquantitativ wurden TiO 2 und Zr ermittelt. Die Bestimmungen erfolgten teils röntgenspektrographisch (Fe 2 O 3 , Mn, TiO 2 , Zr und teilweise auch Cu), teils optischspektrographisch (V, Pb und die niedrigen Cu-Gehalte). Au erdem wurden in verschiedenen Proben chemische FeO-Analysen ausgeführt. Mit Dithionitlösung konnten zur Bestätigung der Beobachtungen Reduktionsversuche im Labor ausgeführt werden. Für die Auswertung wurden vorallem die Gehalte von Eisen, Mangan und Vanadium zueinander wie auch zum Mineralbestand (optisch und röntgenographisch untersucht) in Beziehung gesetzt. Hierdurch lieen sich folgende Schlüsse über das Vorkommen, die Mobilisation und die Anreicherung der genannten Elemente ziehen: Die Auflösung des Hämatitgehaltes in zahlreichen Sandsteinproben (Abwechslung roter und grüner Lagen, örtliche Entfärbungen) ist auf die Reduktion des Eisens und anschlie enden Abtransport zurückzuführen. Das Auftreten von Hämatit in weitergewachsenen Quarzen roter Sandsteine im Gegensatz zu seinem Fehlen in Quarzen entfärbter Sandsteine deutet auf weitgehend frühdiagenetische Hämatitauflösung hin. Die Reduktion ist vermutlich auf organische Substanz zurückzuführen, die bei der Sedimentation eingelagert wurde. Rundliche Entfärbungshöfe treten bevorzugt in tonreicheren Gesteinen auf. Sie erklären sich aus der Beschränkung des Lösungstransports in Sedimenten mit sehr feinem Porenraum auf engbegrenzte Bereiche. Mangan tritt auer in den Verwitterungsresten noch in stark wechselnden Gehalten in Form höherwertiger Oxyde und zusammen mit Kalzium als Karbonat auf. Auf den Kalzit bezogen kommen MnCO 3 -Gehalte bis zu 1% vor. Die Entstehung der häufig zu beobachtenden dunkelbraunen Manganoxydanreicherungen lä t sich indirekt auf den Einflu der Karbonate zurückführen. Kalzit im Gleichgewicht mit Lösung schafft ein pH-Milieu, das eine Oxydation zu schwerlöslichen Manganoxyden erleichtert. Die Vanadiumgehalte zeigen in fast allen Proben eine deutliche Proportionalität zu den Eisengehalten. Das ist nicht nur auf die Verwitterungsrückstände der Sandsteine zurückzuführen, sondern es gilt in gleichem Ma e auch für den Vanadiumgehalt des Hämatits. Möglicherweise ist für die enge Beziehung beider Elemente zueinander die Entstehung schwerlöslicher Eisenvanadate verantwortlich. Starke Vanadiumanreicherungen, wie sie in den dunklen Kernen der Entfärbungshöfe im Rotliegenden oft gefunden werden, lassen sich ohne Schwierigkeit aus den normalen Vanadiumgehalten des Nebengesteins herleiten, in welchem das Vanadium bei der Reduktion des Hämatiteisens transportabel wird. Unter den stärker reduzierenden Bedingungen des Kerns wird das V 5+ dann in die schwer-lösliche 3-(oder 4-) wertige Oxydationsstufe überführt und ausgefällt. Als Fällungszentren wirken vorallem Einlagerungen von organischer Substanz. Die Gehalte an Blei und Kupfer sind in den untersuchten Proben fast ausschlie lich durch die Spurengehalte der Silikate zu deuten. Nur einige Proben, die wahrscheinlich durch primär sulfidische Schwermetallanreicherungen beeinflu t sind, zeigen erhöhte Gehalte. Die Untersuchungen dieser Arbeit wurden zwar nur an sandigen Sedimenten eines begrenzten Raumes vorgenommen, doch werden die hier beschriebenen Beobachtungen auch für zahlreiche andere Sandsteinformationen gelten. Voraussetzung hierzu sind ähnliche klimatische Bedingungen wie zur Zeit der Rotliegendund Buntsandsteinsedimentation. Als Beispiel seien die Sandsteine des ColoradoPlateaus (USA) erwähnt.
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