3.1.3.5 Elementkorrelationen (Faktoren- und Clusteranalysen)

Die Bindungsverhältnisse von Elementen an bestimmte Mineralphasen sowie die Affinitäten zwischen den Elementen sollen mit Hilfe der Faktoren- und Clusteranalyse untersucht werden. Hierdurch können einerseits Minerale näher klassifiziert werden, andererseits lassen sich Hinweise auf die Verwitterungs- und Diageneseprozesse ableiten (BOCK 1987).

Um zu einer vernünftigen Interpretation der Faktorenanalyse zu gelangen, sollen zunächst die Einflußgrößen erläutert werden, die für die Faktorenbildung bestimmend sind. Der Gruppencharakter bestimmter Elemente läßt sich durch die Parameter Mineralzusammensetzung, Diadochie (Tarnen, Abfangen, Zulassen), Anlagerung von Kationen an Oberflächen bestimmter Mineralphasen (KINNIBURGH et al. 1976) sowie spezifische An- und Abreicherungsprozesse während der Verwitterung erklären. Letztere sind weitgehend vom Ionenpotential abhängig (GOLDSCHMIDT 1937) (Abb. 38). Nach BARDOSSY & ALEVA (1990, S. 149) kann der Prozeß der Lateritisierung und Bauxitisierung als äselektive Mobilisationä bezeichnet werden. " - leaching and partial reprecipitation - going hand in hand with hydration of the elements that remain in the weathering profile."

Abb. 38: Einfluß des Ionenpotentials auf die Löslichkeit der Elemente
(nach GOLDSCHMIDT 1937; aus BARDOSSY & ALEVA 1990); (graphisch modifiziert).

Im Zuge der Analyse wurden aus 17 Variablen vier Faktoren gebildet. Die hoch-ladenden Koeffizienten sind in Form einer rotierten Faktormatrix dargestellt (Tab. 13). Wie daraus zu entnehmen ist, erklären diese vier Faktoren bereits 79,1% der Varianz.

Tab. 13: Rotierte Faktorenmatrix für 17 Variable und 127 Proben (r > 0,5).

Im Faktor 1 laden SiO₂, Al₂O₃, Ga, und der Glühverlust hoch positiv, während Fe₂O₃ einen hohen negativen und V einen relativ niedrigen negativen Wert besitzen. Hierin spiegeln sich die Mineralphasen Kaolinit, Böhmit (Diaspor, Gibbsit) und Hämatit wider. Gallium ist hierbei im wesentlichen an das Aluminium im Kaolinit und Böhmit gebunden (RÖSLER 1988). Die Korrelation zwischen Aluminium und Eisen ist nach BARDOSSY & ALEVA (1990) für lateritische Bauxite generell negativ. Gallium, Aluminium und Eisen besitzen ein ähnliches Ionenpotential. In Lateriten sind Vanadium und Eisen meist positiv miteinander korreliert, da sich beide Elemente bei der Verwitterung anreichern (BEIßNER 1989). Hohe Vanadiumgehalte lassen sich beispielsweise in Pyroxenen nachweisen (NESBITT & WILSON 1992), aber auch Amphibole, Magnetite und Ilmenite enthalten V, welches aufgrund des nahezu gleichen Ionenradiuses das Fe³⁺ substituiert. Anreicherungen der Elemente Fe, V, P, Ga und Mn werden beispielsweise auch von DENNEN & NORTON (1977) für lateritische Bauxite im Amazonas Becken beschrieben.

Der Faktor 2 vereinigt die Lanthaniden Ce, Nb, Nd, Sm sowie Y und Zr. Die Lanthaniden haben ein ähnliches Ionenpotential und zeichnen sich dementsprechend durch gemeinsame Eigenschaften aus. Hier besteht eine Verbindung zum Faktor 3, da die Aluminiumphosphate der Crandallit-Gruppe auch SEE (Ce, La, Nd) und Pb enthalten (vgl. Kap. 3.1.3.4). Nach MÖLLER (1989) sind SEE zusammen mit Y tendenziell mit Mineralphasen assoziiert, die Ba, Sr, Nb, Ti, Zr, F, PO₄ und CO₃ enthalten. Als ursprüngliche Trägerminerale für SEE, insbesondere bei basischen Ausgangsgesteinen, dürften hauptsächlich Apatit, Titanit und Titanomagnetit in Frage kommen (MASON & MOORE 1985, CESBRON 1989). Zirkonium reichert sich aufgrund seiner chemischen und mechanischen Resistenz in Form von Zirkon hauptsächlich in granitoidderivaten Verwitterungsprodukten an und dient als Indikatorelement für die Rekonstruktion der Ausgangsgesteine. Die Isotopie mit Xenotim [Y(PO₄)] erklärt die enge Verwandschaft zwischen Zirkonium und Yttrium. Niob kann hier aufgrund der vielfältigen Diadochbeziehungen als Begleitelement auftreten.

Der Faktor 3 mit den Elementen P, Ba und Sr repräsentiert eindeutig die Mischkristallphasen Goyazit, Gorceixit sowie untergeordnet auch den SEE-reichen Florencit (Crandallit-Gruppe).

Die Elemente im Faktor 4, V, Sc und Cr bilden unlösliche Hydroxide und sind in lateritischen Bauxiten angereichert (BARDOSSY & ALEVA 1990). V und Sc sind im Vergleich zu ultrabasischen, intermediären und sauren Gesteinen in basischen Gesteinen durchschnittlich am häufigsten vertreten; Cr hingegen am stärksten in Ultrabasiten. Auch im Fall der Tawiga-Laterite deutet die Verbindung dieser Elemente zu einem Faktor auf eine Beziehung zum metabasaltischen Ausgangsgestein hin.

Die graphische Darstellung der Faktorladungen erfolgt in Koordinatensystemen (Abb. 39), die auch als Faktorenräume bezeichnet werden. Aus Gründen der leichteren Interpretation wurde die Faktormatrix nach der Varimax-Methode rotiert, womit sich eine Scharung der Punkte um die Achsen F1-F2 bzw. F3-F4 erreichen läßt.

Für die Clusteranalyse nach der Ward-Methode wurden ebenfalls 127 Proben mit 17 Variablen herangezogen. Das Ergebnis ist in Form eines Dendrogramms dargestellt (Abb. 40). Zum Vergleich sind die errechneten vier Faktoren aus der Faktorenanalyse mit-aufgeführt.

Beide Methoden, Faktoren- und Clusteranalyse, führen erwartungsgemäß zu einem nahezu identischen Ergebnis. Lediglich Eisen und Vanadium werden in der Faktorenanalyse dem Faktor 1 (Si, Al, Fe, GV, Ga, V) zugewiesen, während in der Clusteranalyse Eisen und Vanadium zusammen mit Scandium und Chrom eine Einheit bilden.

Insgesamt vermitteln die Ergebnisse der Faktoren- und Clusteranalyse ein Bild, das die charakteristische spezifische Mineralassoziation lateritischer Verwitterungsprodukte widerspiegelt. Dementsprechend werden auch die An- und Abreicherungsprozesse der Elemente in Abhängigkeit vom Ionenpotential durch die Bildung homogener Gruppen wiedergegeben. Ferner bieten beide Methoden eine hilfreiche Unterstützung der chemisch-mineralogischen Analysen, wie sich am Beispiel der Crandallit-Gruppe durch die Verknüpfung Ba und Sr mit P gezeigt hat. Allerdings wird die Bindung der Seltenen Erden (Ce, La) an die Alumophosphate nicht sehr deutlich, was hauptsächlich durch den starken Gruppencharakter dieser Elemente bedingt ist. Dies hat zur Folge, daß die hohen Korrelationen innerhalb der SEE zwar zur Bildung eines Faktors bzw. Clusters führen, die Bindung zum Phosphat jedoch nur untergeordnet zum Ausdruck kommt, wie dies auch von BOCK (1987) beschrieben wurde.