Witwatersrand

Regionale Geologie

Mathias Kovacs

Südafrika besitzt die nach Ressourcen größte Goldlagerstätte der Erde, das spätarchaische Witwatersrandbecken. Gold wird seit 1888 an seinem Nord- und Westrand, einem Gebiet etwa der Fläche Belgiens, in der Umgebung südlich von Johannesburg gefördert. Gold wird in zahlreichen großen Untertageminen gefördert. Die Betriebe der Western Deep Levels Region erreichen bis über 4 km Abbautiefe und sind damit die tiefsten der Welt.

Abb. 5.1.1: Vereinfachte geologische Karte des Witwatersrand Beckens mit den bedeutendsten Goldfeldern. Johannesburg liegt am Nordrand des Beckens. Die Geometrie des Beckens ist durch die beckenwärts fallenden Einheiten der West- und Central-Rand-Gruppe, die plutonischen Gesteine entlang des Nordrands und das kristalline Grundgebirge im Zentrum des Vredefort-Impaktkraters geprägt
Picture: Frimmel, 2005

Abb. 5.1.2: Die großen Goldfelder des Witwatersrandsbecken im Satellitenbild (vgl. Abb. 5.1.1). A) Region südlich Johannesburgs; B) Ausschnitt aus A (Region um Johannesburg). Die hellsten Flecken sind die Oberflächen der Halden aktiver oder stillgelegter Goldminen; siehe dazu auch Abb. 5.3.2.
Picture: Google Maps

Abb. 5.1.3: Stratigrafie der Witwatersrand-Supergruppe. Goldführende Konglomerate sind rot markiert. Die Beckenfüllung besteht aus einer etwa 7 km mächtigen siliziklastischen Folgevon schwachmetamorphen Tonsteinen, Sandsteinen und Konglomeraten. Gold befindet sich vor allem in der fluvial dominierten Central Rand Gruppe
Picture: Frimmel, 2014

Vererzung

Mathias Kovacs

Wits Gold befindet sich in stratiformer Lagerung in der Matrix von vererzten Konglomeraten ("Reefs") der Central Rand-Gruppe. Es ist darin fast nie mit bloßem Auge erkennbar. Wie wurde es in diesem Gestein abgelagert ?

Abb. 5.2.1: Konglomerat des Witwatersrand-Beckens im George-Harrison-Park
Image: C. Heubeck

Die archaische Atmosphäre bestand aus Stickstoff, Wasserdampf, Kohlendioxid, Schwefeldioxid und etwas Methan und Ammoniak und war damit reduzierend; Regen- und Oberflächenwasser war leicht sauer. Unter diesen Bedingungen war Gold als Komplexverbindung in Gewässern mobil, ebenso wie Uran und zweiwertiges Eisen.

Abb. 5.2.2: Gold und Uraninit, assoziiert mit kohliger Substanz. A) Gold- und pyritführendes Handstück. Gold und Schwerminerale befinden sich zwischen kerogen Lagen. B) Elektronenmikroskopische Abbildung eines kohligen Korns. Uraninit ersetzt kohlenstoffreiche Substanz
Image: Frimmel und Hennigh, 2015

Gold um Johannesburg

Andreas Ladiges

Um uns einen Überblick über Johannesburg zu verschaffen, besuchten wir die Aussichtsplattform im 45. Stock des mit 223 Metern höchsten Gebäudes der Stadt, des Carlton Centers. Wolkenloses Sonntagsmorgenwetter ermöglichte uns einen weiten Blick. Uns fielen besonders die durch den Goldabbau entstandenen Halden (tailings) der Goldminen entlang des Südrands der Innenstadt auf (Abb. 5.3.1). Sowohl die neu angelegten als auch die alten Halden sind auf Satellitenbildern deutlich zu erkennen.

Abb. 5.3.1: Ausblick vom Carlton Center über den Central Business District (CBD) Johannesburgs nach Süden. Auffällig ist das Band der gelben Abraumhalden im Mittelgrund.
Image: C. Heubeck

Die immensen Ausmaße der Halden wurden uns bewusst, als wir einen Stopp an einer der Diepkloofhalden einlegten und uns an seinem Fuß einen Eindruck von Ausmaßen und Zusammensetzung erhielten. Die Halden sind Ergebnis der Wiederaufarbeitung (Mahlung, Sortierung, Ausbringung) von historischem Untertageabraum. Mit modernen Methoden ist es heute möglich, aus diesem voluminösen Material verbleibendes Gold zu lösen (retreatment). Dazu wird der Abraum in Halden aufgeschüttet und mit Säure gelaugt, wodurch Pyrit gelöst wird und Gold in der Säure in Lösung geht. Diese Wiederaufarbeitung ist wirtschaftlich wesentlich günstiger als neue Vorkommen tausende Meter untertage zu erschließen.

Abb. 5.3.3: Die pyramidenstumpfförmige, gradierte Mooifontein-Halde unmittelbar östlich des FNB-Stadiums (vgl. Abb. 5.3.2.). Blick entlang der Stadium Ave. nach Westen.
Image: C. Heubeck

Neben den Halden galt unser Interesse auch dem (in Johannesburg seit langem eingestellten) historischem Goldabbau. Die geneigten Schächte der Langlaagte Discovery Site in George Harrison Park, Entdeckungsorts der goldführenden Konglomerate, waren jedoch abgesperrt. Nachdem wir bei der nahegelegenen Polizeistation eine Erlaubnis zum Betreten des Geländes eingeholt hatten, wurden wir zunächst vom Anblick von Stacheldrahtabsperrungen und eines Casspirs der Polizei etwas eingeschüchtert (Abb. 5.3.4).

Etwa zwei Wochen vor unserem Besuch war eine größere Gruppe illegaler Bergarbeiter (sog. zama zama) in die Minenschächte eingestiegen. Als sich untertage eine Notsituation entwickelte, stieg ein (ebenfalls illegales) Rettungsteam ein, von denen aber ebenfalls nur wenige wieder die Oberfläche erreichten. Polizei und Rettungskräfte wurden schließlich benachrichtigt. Gut ausgerüsteten Rettungsteams gelang es, einige Arbeiter wieder an die Oberfläche zu bringen, aber sicher ist, dass es in diesem Vorfall eine unbekannte Anzahl von Toten gab.

Die Polizei hatte den Park abgesperrt und durch Plakate angekündigt, die Schachteingänge bis Ende des Monats permanent zu betonieren. Wissend, dass sich in diesem Augenblick unter unseren Füßen Menschen befanden, die eventuell eingeschlossen oder tot sein könnten, löste bei uns Bedrückung aus. Dass sich Menschen ohne moderne Gerätschaften oder Sicherheitsvorkehrungen solchen Gefahren aussetzen, zeigt, wie verzweifelt die wirtschaftliche Lage eines Teils der Bevölkerung sein muss.

Abb. 5.3.4: Razorwire und ein Casspir (ein gepanzerter Truppentransporter der Polizei).
Image: C. Heubeck

Cullinan Diamond Mine

Eric Hoppe

Die Cullinan Mine (Abb. 5.4.1) befindet sich circa 40 km östlich von Pretoria. Namensgeber war Thomas Cullinan, welcher 1903 einen Bergbaubetrieb gründete, um auf dem nahen Hügel auf Diamanten zu explorieren. Bis in das Jahr 2003 trug die Mine den Namen Premier Mine, bis sie zum 100-jährigen Jubiläum den Namen des Begründers erhielt. Weltweite Beachtung erlangte die Mine 1905, zwei Jahre nach Inbetriebnahme, durch den Fund des bisher weltgrößten Diamanten von 3106.75 Karat (621.35 g, etwa Faustgröße), benannt CullinanExternal link. Nach Versand nach England (in einem Päckchen, als Einschreiben) wurde er gespalten und geschliffen. Sie bilden einen zentralen Teil der britischen KronjuwelenExternal link.

Abb. 5.4.1: Panoramabild am Aussichtspunkt der Cullinan Mine mit Blick auf den Ausbiss des ehemaligen Tagebaus.
Image: C. Heubeck

Bis 1945 erfolgte der Abbau im Tagebau, welcher durch Untertagebau abgelöst wurde. Die Diamanten kommen in einem Kimberlitschlot vor, welcher vor 1.2 Ga das umliegende Gestein (Quarzite der Transvaal Supergroup und Norite der Main Zone des Bushveldkomplexes) durchschlug (Abb. 5.4.2) und dessen Oberfläche seitdem um etwa 300m abgetragen wurde.

Abb. 5.4.2 Schematischer Abbauquerschnitt. Gefärbte Blöcke zeigen Bereiche, welche durch "block cave stoping" der "sub-level caving" abgebaut wurden oder werden. Das überliegende Gestein bricht und sackt in die höhlenartigen Hohlräume nach. (Quelle)
Picture: https://www.petradiamonds.com

Abb. 5.4.3: Nur im "grey kimberlite", der etwa 60% des Schlotvolumen einnimmt, kommen die großen Typ II-Diamanten vor.
Image: C. Heubeck

Der Oberflächenausbiss von 32 Hektar verjüngt sich trichterartig in die Tiefe; der Schlot nimmt an der tiefsten Abbausohle (820 m unter Tage) eine Fläche von 16 Hektar ein. Kimberlite sind brekziöse ultrabasische Gesteine aus dem Erdmantel, welche in senkrechten Schloten Mantelmaterial, darunter auch Diamanten, mit sich reißen. Der Schlot ist von unterschiedlichen Kimberlitvarietäten verfüllt (die vulkanoklastischen "brown" und "grey kimberlite" und die subvulkanische blassdunkle Spätphase), die von späten kohligen Gängen durchschlagen werden.

Abb. 5.4.4: Der "Blue Moon of Josephine", ein fehlerfreier 12.03 carat, wurde 2015 für 32 Millionen Pfund versteigert.
Image: C. Heubeck

Der Diamantengehalt des Kimberlitschlotes ist nicht ungewöhnlich hoch, doch findet man hier unter den etwa 8000 Tonnen täglicher Förderung überdurchschnittlich oft die seltenen großen farblosen (Typ IIa) und durch beigemengtem Boron blauen (Typ IIb) Diamanten, die auf dem Weltmarkt Preise sehr weit über dem Durchschnitt erzielen. Diese herausragenden SteineExternal link (Verkaufspreis >5 M $) trugen in den Jahren 2008-2016 jählich durchschnittlich 21 M $ zu den Einnahmen der Mine von ca. 90 M $ bei. (In anderen Worten: Jedes Jahr brachten etwa vier nussgroße Steinchen ein gutes Viertel des Jahresbudgets auf.)

Abb. 5.4.3: Sortieranlage zur Abtrennung der Diamanten. Konventionelles Mahlen des Gesteins zerstörte etwa die Hälfte der großen Diamanten, so dass verbesserte Explorations- und Produktionstechniken auf diesen Umstand nun Rücksicht nehmen.
Image: C. Heubeck

Während unseres Besuchs, vermittelt durch Prof. Altermann, erhielten wir durch den Explorationsmanager eine höchst interessante und aufschlussreiche ausführliche Einführung, gefolgt von einer übertägigen Tour durch die (gerade im Umbau befindlichen) obertägigen Produktionsanlagen und einer Hands-on Inspektion der unterschiedlichen Kimberlitvarietäten.

Während der Mittagspause kauften sich die beiden Profs (winzige) Diamanten.

Literatur

Frimmel H.E., 2005. Archean atmospheric evolution: evidence from the Witwatersrand gold fields, South Africa. Elsevier, 70, 1-46.

Frimmel H.E., 2014. A giant Mesoarchean crustal gold-enrichment episode: possible causes and consequences for exploration. Society of Economic Geologists, Inc. Special Publication 18, 209-234.

Frimmel H.E., Hennigh Q., 2015. First whiffs of atmospheric oxygen triggered onset of crustal gold cycle. Mineralium Deposita, 50, 1, 5-23.

Zurück zur Übersicht