Die Lagerstätten

Das Sangerhäuser Revier liegt zwischen dem Kyffhäuser und dem Hornburger Sattel, der zugleich die morphologische Grenze zu dem sich nördlich anschliessenden Mansfelder Revier bildet (Abb. 1). Bei beiden Revieren handelt es sich aus geologischer Sicht um typische Muldenstrukturen. Ausgehend von den übertägigen Aufschlüssen am Muldenrand fällt der Kupferschiefer mit durchschnittlich 7 bis 10 Grad zum Muldentiefsten hin ein (Abb. 2). Diese einfache Lagerung wurde jedoch in späteren Perioden tektonischer Aktivität mehrfach gestört.

Der Kupferschiefer ist ein marines Sediment, das in einem flachen Meeresbecken, zumeist unter Sauerstoff-Unterschuss, als zunächst kaum verfestigter und wasserreicher Faulschlamm abgelagert wurde. Der Kupferschiefer bezeugt damit die weiträumige Transgression des Zechstein-Meeres auf die terrestrisch-vulkanogen dominierten grobklastischen Ablagerungen des Rotliegenden und stellt den ersten durchgehenden Horizont an der Basis des Zechsteins dar.

Petrographisch handelt es sich um feinkörnige, feinschichtige Tonmergel- und Mergelstein-Folgen, deren zumeist schwarze bis schwarzgraue Farbe durch hohe Anteile an bituminöser Substanz verursacht wird (Abb. 3). Die Überlagerung durch die jüngeren Abfolgen des Zechsteins (Karbonat-, Sulfat- und Chloridgesteine) sowie der triassischen Sedimente verursachten eine Kompaktion des ehemaligen Faulschlammes, sodass die durchschnittliche Mächtigkeit des Kupferschiefers im Sangerhäuser und Mansfelder Revier bei nur 35 bis 40 cm liegt.

Der Kupferschiefer ist in großen Teilen Mitteleuropas durch übertägige Aufschlüsse und Erkundungsbohrungen nachgewiesen. Er ist jedoch nur in Teilbereichen so stark kupferführend, dass darauf Bergbau umging. Bedeutende, noch im Betrieb befindliche Grubenfelder liegen im Lubin-Glogow-Revier zwischen Cottbus und Wroclaw (Breslau) in SW-Polen. Die Anreicherung von Wertmetallen im Kupferschiefer ist nach heutigem Kenntnisstand nicht auf einen einphasigen lagerstättenbildenden Vorgang zurückzuführen, sondern erfolgte in mehreren zeitlich getrennten Abschnitten, die jeweils durch verstärkte tektonische Aktivität gekennzeichnet waren. Die von Bechtel et al. (1999) durchgeführten radiometrischen Altersbestimmungen legen nahe, dass hierbei ein unterjurassisches Ereignis eine wichtige Rolle spielte.

Von großer Bedeutung für die Bildung der Lagerstätten war die Eigenschaft des Kupferschiefers, sowohl als physikalische als auch als geochemische Barriere fungieren zu können. Der Kupferschiefer ist infolge seiner Feinkörnigkeit und seines Gehaltes an Tonmineralen ein weitgehend wasserundurchlässiges Gestein und stellte somit einen natürlichen Stauhorizont für aufsteigende metallreiche Tiefenwässer dar. Gleichzeitig bedingte der hohe Gehalt an organischer Substanz im Kupferschiefer ein lokal reduzierendes Milieu, wodurch die Fixierung von Wertmetallen, vor allem als Sulfide, stark begünstigt wurde.

Das Auftreten der Erzminerale ist nicht gleichmässig über den gesamten Kupferschiefer verteilt, sondern kann von Lokation zu Lokation sehr stark schwanken. Die primären Erzminerale treten zumeist in äußerst fein verteilter Form (Korngröße 0.01 bis 0.1 mm) auf, sodass die Erzführung makroskopisch oft nur schwer zu erkennen ist. Als wichtigste primäre Erzminerale der Mansfelder und Sangerhäuser Reviere sind nachgewiesen:

Bornit (Buntkupferkies) Cu₅FeS₄
Chalkopyrit (Kupferkies) CuFeS₂
Chalkosin (Kupferglanz) Cu₂S
Covellin (Kupferindig) CuS
Tennantit (Arsen-Fahlerz) vereinfacht Cu₃AsS_3.25
gediegen Silber Ag
Pyrit (Eisenkies) FeS₂
Markasit FeS₂
Galenit (Bleiglanz) PbS
Sphalerit (Zinkblende) ZnS

Auf 191 km² Lagerstättenfläche (ca. 190 Millionen Tonnen Kupferschiefer) wurden insgesamt 3.75 Millionen Tonnen Kupfer angereichert und fixiert. Damit liegt der durchschnittliche Cu-Gehalt der Lagerstätte bei 2 Gew.% oder 20.000 ppm (parts per million) und weist somit gegenüber dem mittleren Cu-Gehalt der kontinentalen Kruste (25 ppm) eine Anreicherung um den Faktor 800 auf.

Als polymetallische Lagerstätte lieferte der Kupferschiefer jedoch nicht nur das namensgebende Kupfer, sondern auch eine Vielzahl weiterer Wertmetalle, zum Teil in erheblichen Mengen:
Blei 750.000 Tonnen
Zink 650.000 Tonnen
Silber 20.300 Tonnen
Doch damit nicht genug: in ausgeklügelten Hüttenprozesse konnten noch Vanadium, Molybdän, Kobalt, Nickel, Selen, Rhenium, Cadmium, Thallium, Germanium, Gallium und Gold mitgewonnen werden.

Mit dem Gesamtinhalt von ca. 5.3 Millionen Tonnen Metall und ihrem polymetallischen Charakter ist die Lagestätte weltweit nahezu einmalig.

Fossilien

Die Sauerstoffarmut im Faulschlamm verhinderte die rasche Zersetzung von eingesunkenen Tierkadavern und Pflanzenteilen durch aerobe Bakterien. Dieser Sachverhalt begünstigte, gemeinsam mit der Feinkörnigkeit des Sediments, die Konservierung der permischen Flora und Fauna. Daher ist der Kupferschiefer auch für seine Fossilführung weltweit bekannt (Brandt 1996). Die pflanzlichen Abdrücke umfassen nach heutigem Wissensstand Algen, Nadelbäume, Farnsamer, Gingkogewächse, Schachtelhalme und Bandblattbäume. Bei den tierischen Abdrücken dominieren die Fischarten (vor allem der "Kupferschieferhering" Palaeoniscum freienslebeni), sodass der Kupferschiefer als Typus eines "Fischschiefers" ausgewiesen werden kann.