1.2.2 Bauxit

Zwischen den Tongesteinen und den Bauxiten bestehen enge genetische Beziehungen. Nach BARDOSSY (1976) ist der Übergang vom Ton zum Bauxit so kontinuierlich, dass man eigentlich keine natürliche petrographische Grenze festsetzen kann.

Der Name Bauxit stammt von der südfranzösischen Stadt Les Beaux, wo Berthier 1821 erstmals aluminiumreiche Verwitterungsprodukte, die er als Bauxite bezeichnete, analysierte. Sie gehören zur Klasse der lateritischen Gesteine und zeichnen sich insbesondere durch die Anreicherung freier Aluminiumhydroxide aus. Der Begriff Laterit, erstmals von BUCHANAN (1807) eingeführt, wurde von SCHELLMANN (1982, S. 37) im Rahmen des IGCP-Projekts 129 "Lateritisation Processes" neu definiert: "Laterite sind Produkte intensiver, subaerischer Gesteinsverwitterung. Sie bestehen überwiegend aus Mineralgemengen von Goethit, Hämatit, Al-Hydroxiden, Kaolinit-Mineralen und Quarz. Das Verhältnis SiO₂ : Al₂O₃+Fe₂O₃ eines Laterits muss kleiner als das des kaolinisierten Ausgangsgesteins sein, in dem das gesamte Al₂O₃ des Ausgangsgesteins in Form von Kaolinit, das gesamte Fe₂O₃ in Form von Eisenoxiden vorliegt und das nicht mehr SiO₂ enthält als im Kaolinit und im primären Quarz gebunden ist." Eine auch in dieser Arbeit verwendete Untergliederung der Laterite, Bauxite, Kaoline und der assoziierten Übergangsgesteine nach BARDOSSY & ALEVA (1990) ist in Abb. 1 dargestellt.

Abb. 1: Gliederung der lateritischen Gesteine (BARDOSSY & ALEVA 1990).

VALETON (1986) gliedert die Verwitterungsgesteine, je nach Vorherrschen von Aluminium, Eisen oder Silizium, in Allite, Ferrallite, Siallite und Fersiallite, wobei die Bauxite in die Klasse der Allite und Ferrallite einzuordnen sind.

Der Mineralbestand der Bauxite setzt sich vor allem aus Gibbsit (Hydrargillit, Al(OH)₃), Böhmit (?-AlOOH) und Diaspor (a-AlOOH) sowie aus nicht kristallinen aluminiumhaltigen Gelen zusammen. Untergeordnet treten Bayerit (a -Al(OH)₃), Nordstrandit (ß-Al(OH)₃) und Korund (Al₂O₃) auf. Weitere Komponenten sind Goethit, Hämatit, Magnetit, Maghemit, Titanoxide, teilweise Phosphate, Quarz und vor allem Tonminerale der Kaolinitgruppe sowie untergeordnet auch Minerale der Chlorit-Gruppe (PATTERSON 1967).

Die Bauxitbildung ist an intensive chemische Verwitterungsbedingungen geknüpft, die nur bei warm-humidem Klima mit hohen Niederschlägen auftritt. Bauxitvorkommen können deshalb als Paläoklimaanzeiger dienen. Entsprechend den klimatischen Bedingungen sind beispielsweise die alttertiären Bauxite hauptsächlich in einem Gürtel bis zu 30° nördlich und 30° südlich um den Äquator zu finden. Wie bei der Kaolinbildung sind neben dem Klima zusätzliche Faktoren für die Bauxitgenese von entscheidender Bedeutung. Eine wesentliche Rolle spielt hierbei die Intensität der Drainage, die Permeabilität des Ausgangsgesteins und die Lage der Grundwasseroberfläche, die wiederum mit der geomorphologischen Position des Verwitterungshorizonts verknüpft ist. Ein moderates topographisches Relief mit geringer Erosionsrate und eine ausreichende Zeitspanne tektonischer Ruhe sind für die Bauxitgenese notwendig. Auch eine dichte Vegetationsdecke, wie sie in den Tropen vorhanden ist, begünstigt die Bauxitbildung. Bei der Zersetzung der Pflanzen werden organische Säuren frei, die den Verwitterungsprozess fördern. Zudem schützt die Vegetationsdecke vor Erosion und beschränkt die Evaporation (BUTTY & CHAPALLAZ 1984, ECKHARDT 1985, VALETON 1972).

Die chemische Zusammensetzung des Ausgangsgesteins hat dagegen eine geringere Bedeutung. Die meisten Bauxitlagerstätten haben sich aus Gesteinen gebildet, die eine große Verbreitung an der Erdoberfläche zeigen und nicht unbedingt aus Gesteinen, die einen bereits ursprünglich sehr hohen Aluminiumgehalt besaßen, wie z.B. Nephelin-Syenite (PATTERSON 1967, BARDOSSY 1989).

Die Bildung freier Aluminiumphasen erfolgt hauptsächlich über einen Zwischenschritt, bei dem zunächst Kaolinit gebildet wird. Anhaltende oder zunehmende Verwitterungsintensität, einhergehend mit einer zusätzlichen Abfuhr von SiO2 und anderen Elementen sowie einer partiellen Mobilisierung des Aluminiums und des Eisens, führen schließlich zur Bauxitbildung. Aber auch die weniger häufige "direkte" Bauxitisierung, also die unmittelbare Umwandlung der Alumosilikate in Gibbsit wurde von verschiedenen Autoren beschrieben (u.a. MILLOT 1964, YOUNG & STEVEN 1965, SHERMAN et al. 1967).

Unter welchen spezifischen Bedingungen Gibbsit, Böhmit oder Diaspor kristallisieren, scheint bislang nicht vollständig geklärt. LAHODNY-SARC (1981) geht davon aus, dass das initiale Präzipitat ein amorphes Alumogel darstellt, welches zu Pseudoböhmit kristallisiert. Die Transformation von Pseudoböhmit in Gibbsit durch Hydratation im sauren Milieu wird von WEFERS & BELL (1972) als eine Art Lösungs-Wiederausfällungsreaktion nach folgendem Schema beschrieben: Al(OOH) + H₂O + (OH)^- --> Al(OH)4- --> Al(OH)₃ + (OH)^-. Die Bildung von Gibbsit oder Böhmit ist nach TARDY & NAHON (1985), TARDY et al. (1988) und TROLARD et al. (1990) hauptsächlich eine Funktion der Wasseraktivität. Ob jedoch Böhmit oder Diaspor gebildet wird, scheint auch vom Bildungsmilieu abzuhängen. VALETON (1986) beschreibt mesozoische Bauxite in Griechenland, in denen sich Diaspor in einer späteren Phase der Deferrikation und Desilifikation unter niedrigen Redox-Bedingungen und relativ guter Drainage gebildet hat. KELLER (1964) berichtet von einigen Bauxitvorkommen, in denen die Minerale Gibbsit, Böhmit und Diaspor nebeneinander auftreten, was zu dem Schluss führen mag, dass es keine signifikanten Unterschiede im Bildungsmilieu geben kann (HSU 1977). Tatsache ist, dass die meisten tertiären und quartären Bauxite vorwiegend Gibbsit enthalten, während die mesozoischen bis paläozoischen Bauxite häufiger Böhmit und Diaspor enthalten. Wie experimentell nachgewiesen wurde, kann sich Gibbsit durch Dehydratation schon bei Temperaturen zwischen ca. 150 °C und 200 °C in Böhmit umwandeln (NEWSOME et al. 1960, HSU 1977). Ein diagenetischer Prozess in diesem Temperaturbereich würde die meisten anderen Mineralphasen nicht merklich beeinflussen. In wässrigem Medium scheint Gibbsit die stabilere Phase zu sein (GARRELS & CHRIST 1965). HSU (1967) und CHESWORTH (1972) ziehen auch die Möglichkeit in Betracht, dass sich Böhmit in einem salinaren Environment bildet und über lange Zeit stabil bleibt, sofern eine Transformation zu Gibbsit durch ein trockenes Milieu verhindert wird.

Allgemein wird die Gliederung der Bauxite nach unterschiedlichen Schwerpunkten wie Genese, Akkumulationsflächen, geotektonische Position, Lithologie des Ausgangsgesteins oder auch verschiedene Kombinationen der genannten Faktoren vorgenommen (BARDOSSY 1982, HILL & OSTOJIC 1984). VALETON (1986) unterscheidet drei Bauxittypen:
- In-situ-Bauxite entstehen direkt auf dem kristallinen oder sedimentären Ausgangsgestein (Residualbauxit).
- Umgelagerte Bauxite finden sich zumeist in der Nähe der ursprünglichen Bildung (Laterite Derivative Facies = LDF) (GOLDBERY 1979).
- Karstbauxite werden ebenfalls als Umlagerungsprodukte interpretiert, die in Karsthohlformen eingespült wurden. Früher war man der Ansicht, dass sich diese Bauxite direkt als Residium aus dem Kalkstein gebildet haben (BARDOSSY 1982).

Die Klassifikation von GRUBB (1973) hingegen basiert auf der geomorphologischen Situation sowie der Lage der Grundwasseroberfläche und führt zu einer Unterteilung in "high- und low-level"-Bauxite. BARDOSSY (1982) unterscheidet zwischen Laterit-Bauxiten und Karst-Bauxiten.