Thermodynamic properties, crystal structures, phase relations and isotopic studies of selected copper oxysalts

Plumhoff, Alexandra GND

Die Variabilität in der chemischen und isotopischen Zusammensetzung sowie die kristallchemischen Eigenschaften sekundärer Kupferminerale sind von großer Bedeutung für das Verständnis der Bildung und Entwicklung von Oxidationszonen in Erzlagerstätten. Unter anderem sind Kupferarsenate und –karbonate häufige und weit verbreitete Minerale in solchen Oxidationszonen. Ein Teil dieser Arbeit konzentriert sich auf die Bildung dieser Minerale, deren thermodynamische Eigenschaften, Stabilitätsbereiche und kristallchemische Daten. Die untersuchten Minerale sind Lirokonit, Pushcharovskit, Geminit, Adamit und Zinkolivenit sowie die Olivenit–Libethenit Mischkristallreihe. Die erhaltenen thermodynamischen Daten wurden genutzt, um Stabilitätsfelder und Bildungsbedingungen der zuvor genannten sekundären Kupferminerale zu modellieren und mit natürlichen Paragenesen verschiedener Erzlagerstätten zu vergleichen. Für die Olivenit–Libethenit Mischkristallreihe zeigen die Ergebnisse, dass eine komplette Mischkristallreihe ohne Mischungslücke existiert, wobei der Einbau von Phosphor gegenüber Arsen bevorzugt wird. Der andere Teil dieser Arbeit konzentriert sich auf die isotopische Fraktionierung von Kupfer-, Sauerstoff- und Wasserstoff-Isotopen zwischen Malachit und wässriger Lösung. Die Fraktionierungsverschiebung von Kupfer von –0.16 ± 0.05 ‰. impliziert, dass chemische Reaktionen von Mineralen, ohne Änderung des Redoxzustandes, nur eine geringfügige Kupferisotopenfraktionierung hervorbringen. Der berechnete Fraktionierungsfaktor von Sauerstoff und Wasserstoff wird dazu verwendet, um die isotopische Zusammensetzung der Bildungswässer der natürlichen Malachit-Proben von Lokalitäten weltweit zu bestimmen und mit der isotopischen Zusammensetzung von Regenwässern nahegelegener Stationen zu vergleichen. Zusammen mit den Kupferisotopen der natürlichen Malachit-Proben kann man annehmen, dass alle untersuchten Malachite supergene Proben sind, welche sich aus meteorischem Wasser bildeten.

Indeed, I had to write this thesis by myself, but for its success, the support and guidance of a lot of people were involved. For this, I want to thank them. Special thanks go to my advisors – without them it would not have been possible to write a dissertation at the Institute of Geosciences at the FSU Jena. I want to thank Prof. Dr. Juraj Majzlan for his guidance and support through my Ph.D. work. He gave me the chance to meet a lot of new people and researchers that I was able to work with. I also want to thank Prof. Dr. Thorsten Schäfer for his support and his feedback, who kindly agreed to be my second reviewer for this thesis. Furthermore, I would like to thank PD Dr. Klaus-Dieter Grevel, for spending hours discussing data with me. I benefited greatly from his help and his ideas. He constantly motivated me throughout my Ph.D. research. Moreover, I would like to thank all the researchers I was able to work with. Prof. Dr. Ryan Mathur, for his constructive discussions and feedback on my isotopic work. He kept in touch with me even when it was in long time intervals. Rastislav Milovský, who showed me his lab and was helpful with all questions concerning stable isotopes. Jakub Plášil for the single crystal measurements and his needed help to understand and use JANA. Edgar Dachs and Artur Benisek, for doing the calorimetric measurements that completed the thermodynamic data for my studied phases. Martin Števko and Mike Rumsey for sharing their knowledge about copper arsenate ore deposits. Frank Bok for his constant help with Geochemist’s workbench®. Maciej Manecki with his input and support to synthesize the solid solution. Additionally, I want to thank Marcel Görn, Patrick Haase, Julia Hermann, Wiebke Nowakand Marcus Böhm for their (mental) support throughout the whole Ph.D. work, including very long discussions and conversations. Finally, and most important, I want to thank my family, Peter, Christa, und Thomas Plumhoff, Christa Balz and Steffen Schuhmann for their patience and support, especially during the stressful and final part of my Ph.D. thesis.

 

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