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Ein Produkt der Steinverwitterung in feuchtem tropischem Klima, reich an Eisen und Aluminium

Laterit ist sowohl ein Boden als auch ein Gesteinstyp, der reich an Eisen und Aluminium ist und sich allgemein in heißen und feuchten tropischen Gebieten gebildet hat. Fast alle Laterite sind wegen des hohen Eisenoxidgehalts rostrot gefärbt. Sie entwickeln sich durch intensive und anhaltende Verwitterung des darunter liegenden Muttergesteins. Tropische Verwitterung (Laterisierung) ist ein längerer Prozess der chemischen Verwitterung, der eine große Vielfalt in Bezug auf Dicke, Gehalt, Chemie und Erzmineralogie der resultierenden Böden erzeugt. Der größte Teil der Landfläche mit Lateriten liegt zwischen den Tropen Krebs und Steinbock.

Laterit wurde allgemein sowohl als Bodentyp als auch als Gesteinstyp bezeichnet. Diese und weitere Variationen in den Arten der Konzeptualisierung von Laterit (z. B. auch als vollständiges Verwitterungsprofil oder Theorie über Verwitterung) haben dazu geführt, dass der Begriff ganz aufgegeben werden muss. Zumindest ein paar Forscher[who?] Spezialisierte auf Regolith-Entwicklung haben berücksichtigt, dass sich hoffnungslose Verwirrung um den Namen entwickelt hat. Material, das dem indischen Laterit sehr ähnlich sieht, kommt weltweit reichlich vor.

Historisch gesehen wurde Laterit in ziegelsteinartige Formen geschnitten und für den Denkmalbau verwendet. Nach 1000 n. Chr. Wurden die Bauarbeiten in Angkor Wat und anderen südostasiatischen Standorten in rechteckige Tempelanlagen aus Laterit, Ziegeln und Stein umgewandelt. Seit Mitte der 1970er Jahre wurde in einigen Versuchsabschnitten von Straßen mit bituminöser Oberfläche und geringem Volumen Laterit anstelle von Stein als Grundschicht verwendet. Dicke Lateritschichten sind porös und leicht durchlässig, sodass die Schichten in ländlichen Gebieten als Grundwasserleiter fungieren können. Lokal verfügbare Laterite wurden in einer sauren Lösung verwendet, gefolgt von einer Ausfällung, um Phosphor und Schwermetalle in Kläranlagen zu entfernen.

Laterite sind eine Quelle für Aluminiumerz; Das Erz kommt größtenteils in Tonmineralien und den Hydroxiden, Gibbsit, Böhmit und Diasporen vor, die der Zusammensetzung von Bauxit ähneln. In Nordirland stellten sie einst eine wichtige Quelle für Eisen- und Aluminiumerze dar. Lateriterze waren auch die frühe Hauptquelle für Nickel.

Definition und physikalische Beschreibung[edit]

Francis Buchanan-Hamilton beschrieb und benannte erstmals 1807 eine Lateritformation in Südindien.[1]::65 Er nannte es Laterit vom lateinischen Wort später, was einen Ziegel bedeutet; Dieser stark verdichtete und zementierte Boden kann leicht zum Bau in ziegelsteinförmige Blöcke geschnitten werden.[1]::65 Das Wort Laterit wurde für variabel zementierte, sesquioxidreiche Bodenhorizonte verwendet.[2] Ein Sesquioxid ist ein Oxid mit drei Sauerstoffatomen und zwei Metallatomen. Es wurde auch für rötliche Böden an oder in der Nähe der Erdoberfläche verwendet.[2]

Lateritabdeckungen sind in den stabilen Bereichen des westäthiopischen Schildes, auf Cratons der südamerikanischen Platte und auf dem australischen Schild dick.[3]::1 In Madhya Pradesh, Indien, ist der Laterit, der das Plateau bedeckt, 30 m dick.[4]::554 Laterite können entweder weich und leicht in kleinere Stücke zerbrochen oder fest und physikalisch widerstandsfähig sein. Kellerfelsen sind unter der dicken verwitterten Schicht vergraben und selten freigelegt.[3]::1 Lateritische Böden bilden den obersten Teil der Lateritdecke.

Formation[edit]

Laterit befindet sich oft unter Restböden.
Bodenschichten vom Boden bis zum Grundgestein: A steht für Boden; B stellt Laterit dar, einen Regolithen; C steht für Saprolit, einen weniger verwitterten Regolithen; unter C ist Grundgestein

Tropische Verwitterung (Laterisierung) ist ein längerer Prozess der chemischen Verwitterung, der eine große Vielfalt an Dicke, Qualität, Chemie und Erzmineralogie der resultierenden Böden erzeugt.[5]::3 Die Ausgangsprodukte der Verwitterung sind im Wesentlichen kaolinisierte Gesteine, die Saprolite genannt werden.[6] Eine Periode aktiver Laterisierung erstreckte sich von etwa der Mitte des Tertiärs bis zur Mitte des Quartärs (vor 35 bis 1,5 Millionen Jahren).[5]::3 Statistische Analysen zeigen, dass der Übergang im Mittel- und Varianzniveau von 18O mitten im Pleistozän war abrupt.[7] Es scheint, dass diese abrupte Veränderung global war und hauptsächlich eine Zunahme der Eismasse darstellt; ungefähr zur gleichen Zeit trat ein plötzlicher Abfall der Meeresoberflächentemperaturen auf; Diese beiden Änderungen deuten auf eine plötzliche globale Abkühlung hin.[7] Die Laterisierungsrate hätte mit der abrupten Abkühlung der Erde abgenommen. Die Verwitterung in tropischen Klimazonen hält bis heute mit reduzierter Geschwindigkeit an.[5]::3

Laterite entstehen durch Auswaschen von Sedimentgesteinen (Sandsteine, Tone, Kalksteine); metamorphe Gesteine ​​(Schiefer, Gneise, Migmatite); magmatisches Gestein (Granite, Basalte, Gabbros, Peridotite); und mineralisierte Protoerze;[3]::5 wodurch die unlöslicheren Ionen, vorwiegend Eisen und Aluminium, zurückbleiben. Der Auslaugungsmechanismus beinhaltet das Auflösen des Wirtsmineralgitters durch Säure, gefolgt von der Hydrolyse und Ausfällung unlöslicher Oxide und Sulfate von Eisen, Aluminium und Siliciumdioxid unter Hochtemperaturbedingungen[8] eines feuchten subtropischen Monsunklimas.[9]

Ein wesentliches Merkmal für die Bildung von Laterit ist die Wiederholung von Regen- und Trockenzeiten.[10] Während der Regenzeit werden Steine ​​durch versickerndes Regenwasser ausgelaugt. Die resultierende Lösung, die die ausgelaugten Ionen enthält, wird durch Kapillarwirkung während der Trockenzeit an die Oberfläche gebracht.[10] Diese Ionen bilden lösliche Salzverbindungen, die an der Oberfläche trocknen; Diese Salze werden in der nächsten Regenzeit weggespült.[10] Die Lateritbildung wird in niedrigen topografischen Reliefs von sanften Kämmen und Hochebenen bevorzugt, wodurch eine Erosion der Oberflächenbedeckung verhindert wird.[5]::4 Die Reaktionszone, in der Gesteine ​​mit Wasser in Kontakt kommen – vom niedrigsten bis zum höchsten Grundwasserspiegel -, wird zunehmend von den leicht auslaugbaren Ionen Natrium, Kalium, Calcium und Magnesium befreit.[10] Eine Lösung dieser Ionen kann den richtigen pH-Wert haben, um bevorzugt Siliziumoxid anstelle der Aluminiumoxide und Eisenoxide zu lösen.[10]

Die mineralogischen und chemischen Zusammensetzungen von Lateriten hängen von ihren Ausgangsgesteinen ab.[3]::6 Laterite bestehen hauptsächlich aus Quarz, Zirkon und Oxiden von Titan, Eisen, Zinn, Aluminium und Mangan, die während der Verwitterung verbleiben.[3]::7 Quarz ist das am häufigsten vorkommende Reliktmineral aus dem Muttergestein.[3]::7

Laterite variieren je nach Standort, Klima und Tiefe erheblich.[8] Die Hauptwirtsmineralien für Nickel und Kobalt können entweder Eisenoxide, Tonmineralien oder Manganoxide sein.[8] Eisenoxide werden aus mafischen magmatischen Gesteinen und anderen eisenreichen Gesteinen gewonnen. Bauxite werden aus granitischem magmatischem Gestein und anderen eisenarmen Gesteinen gewonnen.[10] Nickel-Laterite kommen in Erdzonen vor, in denen ultramafische Gesteine, die die ferro-magnesischen Mineralien Olivin, Pyroxen und Amphibol enthalten, über einen längeren Zeitraum tropisch verwittert wurden.[5]::3

Standorte[edit]

Yves Tardy von der Französisches Institut National Polytechnique de Toulouse und die Nationales Zentrum de la Recherche Scientifique, berechnet, dass Laterite etwa ein Drittel der kontinentalen Landfläche der Erde bedecken.[3]::1 Lateritische Böden sind die Unterböden der Äquatorwälder, der Savannen der feuchten tropischen Regionen und der Sahel-Steppen.[3]::1 Sie bedecken den größten Teil der Landfläche zwischen den Tropen Krebs und Steinbock. Zu den Gebieten, die nicht in diesen Breiten liegen, gehören der äußerste westliche Teil Südamerikas, der südwestliche Teil Afrikas, die Wüstenregionen Nord-Zentralafrikas, die arabische Halbinsel und das Innere Australiens.[3]::2

Einige der ältesten und am stärksten deformierten ultramafischen Gesteine, die einer Laterisierung unterzogen wurden, befinden sich in den komplexen präkambrischen Schilden in Brasilien und Australien.[5]::3 Kleinere, stark deformierte Intrusive vom alpinen Typ haben in Guatemala, Kolumbien, Mitteleuropa, Indien und Burma Lateritprofile gebildet.[5]::3 In Neukaledonien, Kuba, Indonesien und den Philippinen wurden große Schubbögen mesozoischer Inselbögen und kontinentaler Kollisionszonen einer Laterisierung unterzogen.[5]::3 Laterite spiegeln vergangene Verwitterungsbedingungen wider;[2] Laterite, die in heutigen nicht-tropischen Gebieten gefunden werden, sind Produkte früherer geologischer Epochen, als sich dieses Gebiet in der Nähe des Äquators befand. Der heutige Laterit außerhalb der feuchten Tropen gilt als Indikator für Klimawandel, Kontinentalverschiebung oder eine Kombination aus beiden.[11]

Landwirtschaft[edit]

Lateritböden haben einen hohen Tongehalt, was bedeutet, dass sie eine höhere Kationenaustauschkapazität und Wasserhaltekapazität haben als sandige Böden. Weil die Partikel so klein sind, ist das Wasser zwischen ihnen eingeschlossen. Nach dem Regen bewegt sich das Wasser langsam in den Boden. Palmen leiden weniger unter Trockenheit, da das Regenwasser im Boden gehalten wird. Wenn sich jedoch die Struktur der lateritischen Böden verschlechtert, kann sich auf der Oberfläche eine harte Kruste bilden, die das Eindringen von Wasser und das Auftreten von Sämlingen behindert und zu einem erhöhten Abfluss führt. Es ist möglich, solche Böden mit einem System zu sanieren, das als “Bio-Rückgewinnung degradierter Gebiete” bezeichnet wird. Dies beinhaltet die Verwendung einheimischer Wassernutzungsmethoden (wie das Pflanzen von Gruben und Gräben), das Aufbringen von Tier- und Pflanzenresten sowie das Pflanzen hochwertiger Obstbäume und einheimischer Gemüsepflanzen, die gegenüber Dürrebedingungen tolerant sind. Sie eignen sich gut für den Anbau von Ölpalmen, Tee, Kaffee und Cashewnüssen. Das Internationale Pflanzenforschungsinstitut für die semiariden Tropen (ICRISAT) hat dieses System eingesetzt, um abgebaute Lateritböden in Niger zu sanieren und das Einkommen der Kleinbauern zu erhöhen.[12]

Bausteine[edit]

Schneiden von Lateritsteinen in Angadipuram, Indien

Im feuchten Zustand können Laterite leicht mit einem Spaten in normal große Blöcke geschnitten werden.[3]::1 Laterit wird abgebaut, während es sich unter dem Grundwasserspiegel befindet, daher ist es nass und weich.[13] Wenn es Luft ausgesetzt wird, härtet es allmählich aus, wenn die Feuchtigkeit zwischen den flachen Tonpartikeln und den größeren Eisensalzen verdunstet[10] in eine starre Gitterstruktur einrasten[13]::158 und werden widerstandsfähig gegen atmosphärische Bedingungen.[3]::1 Es wird vermutet, dass die Kunst, Lateritmaterial in Mauerwerk abzubauen, vom indischen Subkontinent eingeführt wurde.[clarification needed][14]

Nach 1000 n. Chr. Änderte sich der angkorianische Bau von kreisförmigen oder unregelmäßigen Erdwänden zu rechteckigen Tempelanlagen aus Laterit-, Ziegel- und Steinstrukturen.[15]::3 Geografische Untersuchungen zeigen Gebiete mit Lateritsteinausrichtungen, die Fundamente von Tempelanlagen sein können, die nicht überlebt haben.[15]::4 Die Khmer errichteten zwischen dem 9. und 13. Jahrhundert die Angkor-Denkmäler, die in Kambodscha und Thailand weit verbreitet sind.[16]::209 Die verwendeten Steinmaterialien waren Sandstein und Laterit; Ziegel wurden in Denkmälern verwendet, die im 9. und 10. Jahrhundert errichtet wurden.[16]::210 Zwei Arten von Laterit können identifiziert werden; Beide Arten bestehen aus den Mineralien Kaolinit, Quarz, Hämatit und Goethit.[16]::211 Unterschiede in den Mengen der Nebenelemente Arsen, Antimon, Vanadium und Strontium wurden zwischen den beiden Lateriten gemessen.[16]::211

Angkor Wat – im heutigen Kambodscha gelegen – ist das größte religiöse Bauwerk, das von Suryavarman II. Erbaut wurde, der von 1112 bis 1152 das Khmer-Reich regierte.[17]::39 Es ist ein Weltkulturerbe.[17]::39 Der Sandstein, der für den Bau von Angkor Wat verwendet wird, ist mesozoischer Sandstein, der im Phnom Kulen-Gebirge, etwa 40 km vom Tempel entfernt, abgebaut wird.[18] Die Fundamente und inneren Teile des Tempels enthalten Lateritblöcke hinter der Sandsteinoberfläche.[18] Das Mauerwerk wurde ohne Fugenmörtel verlegt.[18]

Straßenbau[edit]

Lateritstraße in der Nähe von Kounkane, Upper Casamance, Senegal

Die französischen Straßen in Kambodscha, Thailand und Vietnam sind mit zerkleinertem Laterit, Stein oder Kies bedeckt.[19] Kenia baute Mitte der 1970er Jahre und Malawi Mitte der 1980er Jahre Versuchsabschnitte von Straßen mit bituminöser Oberfläche und geringem Volumen, wobei Laterit anstelle von Stein als Grundschicht verwendet wurde.[20] Der Laterit entsprach keinen akzeptierten Spezifikationen, zeigte jedoch eine gleich gute Leistung im Vergleich zu angrenzenden Straßenabschnitten, bei denen Stein oder anderes stabilisiertes Material als Basis verwendet wurde.[20] 1984 wurden in Malawi durch die Verwendung von Laterit auf diese Weise 40.000 US-Dollar pro 1 km eingespart.[20]

Wasserversorgung[edit]

Grundgestein in tropischen Gebieten ist oft Granit, Gneis, Schiefer oder Sandstein; Die dicke Lateritschicht ist porös und leicht durchlässig, so dass die Schicht in ländlichen Gebieten als Grundwasserleiter fungieren kann.[3]::2 Ein Beispiel ist der Southwestern Laterite (Cabook) Aquifer in Sri Lanka.[21]::1 Dieser Grundwasserleiter befindet sich an der südwestlichen Grenze von Sri Lanka, zwischen ihm und dem Ozean befinden sich die schmalen flachen Grundwasserleiter auf Küstensand.[21]::4 Es hat eine beträchtliche Wasserhaltekapazität, abhängig von der Tiefe der Formation.[21]::1 Der Grundwasserleiter in diesem Laterit lädt sich schnell mit den Regenfällen von April bis Mai auf, die auf die Trockenzeit von Februar bis März folgen, und füllt sich weiterhin mit Monsunregen.[21]::10 Der Grundwasserspiegel geht langsam zurück und wird im weiteren Jahresverlauf mehrmals aufgeladen.[21]::13 In einigen Vorstadtgebieten mit hoher Dichte könnte der Grundwasserspiegel während einer längeren Trockenzeit von mehr als 65 Tagen auf 15 m unter dem Boden sinken.[21]::13 Die Cabook Aquifer Laterite unterstützen relativ flache Grundwasserleiter, die für gegrabene Brunnen zugänglich sind.[21]::10

Abwasserbehandlung[edit]

In Nordirland ist die Phosphoranreicherung von Seen aufgrund der Landwirtschaft ein erhebliches Problem.[22] Lokal verfügbares Laterit – ein minderwertiges Bauxit, das reich an Eisen und Aluminium ist – wird in saurer Lösung verwendet, gefolgt von einer Ausfällung, um Phosphor und Schwermetalle in mehreren Kläranlagen zu entfernen.[22] Zur Entfernung von Phosphor werden kalzium-, eisen- und aluminiumreiche feste Medien empfohlen.[22] Eine Studie, die sowohl Labortests als auch im Pilotmaßstab errichtete Feuchtgebiete verwendet, berichtet über die Wirksamkeit von körnigem Laterit bei der Entfernung von Phosphor und Schwermetallen aus Deponiesickerwasser.[22] Erste Laboruntersuchungen zeigen, dass Laterit in der Lage ist, Phosphor zu 99% aus der Lösung zu entfernen.[22] In einer Versuchsanlage im Pilotmaßstab, die Laterit enthielt, wurde eine Phosphorentfernung von 96% erreicht.[22] Diese Entfernung ist größer als in anderen Systemen angegeben.[22] Die anfängliche Entfernung von Aluminium und Eisen durch Einrichtungen im Pilotmaßstab betrug bis zu 85% bzw. 98%.[22] Perkolierende Lateritsäulen entfernten genügend Cadmium, Chrom und führten zu nicht nachweisbaren Konzentrationen.[22] Es gibt eine mögliche Anwendung dieses kostengünstigen, technologisch unauffälligen und effizienten Systems mit geringer Technologie für ländliche Gebiete mit verstreuten punktuellen Verschmutzungsquellen.[22]

Erze[edit]

Erze sind in metallhaltigen Lateriten konzentriert; Aluminium kommt in Bauxiten vor, Eisen und Mangan in eisenreichen harten Krusten, Nickel und Kupfer in zerfallenen Gesteinen und Gold in gesprenkelten Tonen.[3]::2

Bauxit[edit]

Bauxit auf weißem kaolinitischem Sandstein bei Pera Head, Weipa, Australien
Die dunklen Adern sind ausgefälltes Eisen in kaolinisiertem Basalt in der Nähe von Hungen, Vogelsberg, Deutschland.

Bauxiterz ist die Hauptquelle für Aluminium.[1]::65 Bauxit ist eine Sorte von Laterit (restliches Sedimentgestein), daher hat es keine genaue chemische Formel.[23] Es besteht hauptsächlich aus hydratisierten Aluminiumoxidmineralien wie Gibbsit [Al(OH)3 or Al2O3 . 3H2O)] in neueren tropischen Lagerstätten; In älteren subtropischen, gemäßigten Lagerstätten sind Böhmit die Hauptmineralien [γ-AlO(OH) or Al2O3.H2O] und etwas Diaspor [α-AlO(OH) or Al2O3.H2O].[23] Die durchschnittliche chemische Zusammensetzung von Bauxit beträgt 45 bis 60 Gew .-% Al2Ö3 und 20 bis 30% Fe2Ö3.[23] Das Restgewicht besteht aus Kieselsäuren (Quarz, Chalcedon und Kaolinit), Carbonaten (Calcit, Magnesit und Dolomit), Titandioxid und Wasser.[23] Bauxit von wirtschaftlichem Interesse muss wenig Kaolinit enthalten.[6] Die Bildung lateritischer Bauxite findet weltweit in den 145 bis 2 Millionen Jahre alten Kreide- und Tertiärküstenebenen statt.[24] Die Bauxite bilden längliche Gürtel, manchmal Hunderte von Kilometern lang, parallel zu den Küsten des unteren Tertiärs in Indien und Südamerika. Ihre Verteilung hängt nicht mit einer bestimmten mineralogischen Zusammensetzung des Muttergesteins zusammen.[24] Viele hochrangige Bauxite bilden sich in Küstenebenen, die anschließend auf ihre heutige Höhe angehoben wurden.[24]

Eisen[edit]

Unregelmäßige Verwitterung von grauem Serpentinit zu graubraunem nickelhaltigem Laterit mit hohem Eisenanteil (Nickellimonit) in der Nähe von Mayagüez, Puerto Rico.

Die basaltischen Laterite Nordirlands wurden durch ausgedehnte chemische Verwitterung von Basalten während einer Periode vulkanischer Aktivität gebildet.[9] Sie erreichen eine maximale Dicke von 30 m und waren einst eine wichtige Quelle für Eisen- und Aluminiumerz.[9] Versickerndes Wasser verursachte einen Abbau des Ausgangsbasalts und eine bevorzugte Ausfällung durch saures Wasser durch das Gitter hinterließ Eisen- und Aluminiumerze.[9] Primäres Olivin, Plagioklasfeldspat und Augit wurden nacheinander abgebaut und durch eine Mineralzusammensetzung aus Hämatit, Gibbsit, Goethit, Anatas, Halloysit und Kaolinit ersetzt.[9]

Nickel[edit]

Lateriterze waren die Hauptquelle für frühes Nickel.[5]::1 Ab Ende des 19. Jahrhunderts wurden in Neukaledonien reiche Lateritvorkommen abgebaut, um Weißmetall zu produzieren.[5]::1 Die Entdeckung von Sulfidvorkommen in Sudbury, Ontario, Kanada, zu Beginn des 20. Jahrhunderts verlagerte den Schwerpunkt auf Sulfide für die Nickelextraktion.[5]::1 Etwa 70% der landgestützten Nickelressourcen der Erde sind in Lateriten enthalten. Sie machen derzeit etwa 40% der weltweiten Nickelproduktion aus.[5]::1 1950 machte Nickel aus Laterit weniger als 10% der Gesamtproduktion aus, 2003 waren es 42%, und bis 2012 sollte der Anteil an Nickel aus Laterit 51% betragen.[5]::1 Die vier Hauptgebiete der Welt mit den größten Nickel-Laterit-Ressourcen sind Neukaledonien mit 21%; Australien mit 20%; die Philippinen mit 17%; und Indonesien mit 12%.[5]::4

Siehe auch[edit]

  • Ferricrete – Steinpartikel, die durch oxidierte Eisenverbindungen aus dem Grundwasser zu Gestein konglomeriert werden
  • Oxisol – Ein Bodentyp, der in tropischen Regenwäldern vorkommt
  • Plinthosol – Eisenreicher Bodentyp

Verweise[edit]

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