Mineral- und geochemische Variabilität der Phosphoritlagerstätten in der Duwi-Formation, Westliche Wüste, Ägypten: Einblicke in Paläoumwelt und physikochemische Bedingungen

Warum Gesteine in der Wüste für den Alltag wichtig sind

Entlang eines breiten Bandes von Marokko bis zum Nahen Osten stützen phosphatreiche Gesteinsschichten, verborgen unter Wüsten und Küstenebenen, stillschweigend das moderne Leben. Diese Gesteine sind der Rohstoff für den Großteil der weltweiten Düngemittelproduktion und enthalten außerdem wertvolle Metalle für Elektronik und Technologien der sauberen Energie. Die vorliegende Studie konzentriert sich auf Phosphoritschichten in der Westlichen Wüste Ägyptens, am Standort Abu Tartur, um zu verstehen, wie sie entstanden sind, woraus sie bestehen und wie aussichtsreich sie als künftige Quelle strategischer Elemente sind.

Ein Wüstenplateau mit verborgener Geschichte

Die Forschenden untersuchten Phosphoritbänke innerhalb der Duwi-Formation, einer Abfolge oberkreidezeitlicher Gesteine, die den Vorstoß eines urzeitlichen Meeres über das heutige Ägypten dokumentieren. In Abu Tartur ist die Duwi-Formation in drei Glieder geteilt: eine untere Phosphoriteinheit, eine mittlere Schiefereinheit und eine obere Phosphoriteinheit. Das Team sammelte siebzehn Proben entlang eines drei Kilometer langen Abschnitts und analysierte elf davon im Detail. Mit Hilfe von Mikroskopen, Röntgentechniken und Massenspektrometrie identifizierten sie sowohl die vorhandenen Minerale als auch die winzigen Mengen an Metallen, die in ihnen eingeschlossen sind. Das ermöglichte es, Beobachtungen an Handstücken und Dünnschliffen mit der größeren Geschichte des Beckens zu verknüpfen.

Was die Körner über ein uraltes Meer verraten

Unter dem Mikroskop besteht der Phosphorit hauptsächlich aus dem Mineral Apatit, ergänzt durch Fischknochen und Haifischzähne, was auf ein einst blühendes marines Ökosystem hinweist. Viele Körner sind kantig und nur schwach gerundet, was darauf hindeutet, dass sie nicht weit transportiert wurden, bevor sie begraben wurden. Zwischen diesen Körnern füllen Dolomit-, Calcit-, Gips- und Eisenoxid-Zemente die Lücken und dokumentieren Veränderungen in der Wasserchemie und Verdunstung. Chemische Messungen zeigen, dass diese Gesteine reich an Calciumoxid und Phosphor sind, mit merklichen Anteilen an Sand- und Tongebildetem wie Silizium- und Aluminiumoxiden. Diese Mischung deutet darauf hin, dass die Ablagerungen keine reinen chemischen Fällungen aus Meerwasser sind, sondern Mischungen aus phosphathaltigem Material und von Land eingetragenem Detritus.

Spuren aus unsichtbaren Elementen

Die aufschlussreichsten Hinweise liefern Spurenelemente und Seltene-Erden-Elemente, eine Gruppe von Metallen, die besonders empfindlich auf Umgebungsbedingungen reagieren. Die Phosphorite von Abu Tartur weisen bemerkenswert hohe Gehalte an Seltenen Erden plus Yttrium auf—im Mittel rund 969 Teile pro Million—und damit deutlich höhere Werte als viele vergleichbare Lagerstätten. Ihre Verteilungen zeigen mehr der mittleren Seltenen Erden als der leichtesten oder schwersten, sowie nur ein leichtes Defizit beim Element Cer und einen kleinen Ausschlag bei Europium. In offenem, gut sauerstoffversorgtem Meerwasser folgen Seltene Erden üblicherweise einem anderen Muster mit starkem Cer-Defizit. Das ungewöhnliche Muster hier, zusammen mit relativ niedrigen Yttrium-zu-Holmium-Verhältnissen und moderaten Uran-zu-Thorium-Verhältnissen, weist auf einen starken Beitrag landabgelagerter Partikel sowie auf chemische Überprägung nach der Ablagerung des ursprünglichen Sediments hin.

Umlagerungen und wechselnde Meere

Durch die Kombination von Mineraltuguren, Hauptelementen und Seltene-Erden-Signaturen argumentieren die Autoren, dass diese Phosphorite nicht ausschließlich in situ aus Meerwasser gebildet wurden. Vielmehr wurden ältere, offshore liegende Phosphatablagerungen während Meeresspiegeländerungen im Campan–Maastrichtium-Intervall, etwa vor 80–66 Millionen Jahren, aufgewühlt und umgelagert. Mit steigenden und fallenden Meeresspiegeln wurden ältere phosphathaltige Schichten erodiert, ihre Körner mit Ton und Sand vermischt und anschließend in neuen Bänken wieder angereichert. Die Chemie redox-sensitiver Elemente wie Vanadium, Nickel und Chrom sowie spezifische Seltene-Erden-Verhältnisse deuten darauf hin, dass sich die neuen Bänke unter einer Mischung aus sauerstoffarmen und sauerstoffreichen Bodengewässern in einem salinen marinen Milieu bildeten, bei vergleichsweise langsamem Sedimentationsgeschehen, das den Aufbau von Seltenen Erden im Apatit ermöglichte.

Vom urzeitlichen Meeresgrund zur modernen Ressource

Über die Rekonstruktion einer alten Umwelt hinaus hebt die Studie das wirtschaftliche Potenzial der Phosphorite von Abu Tartur hervor. Die meisten Proben erfüllen die Kriterien für hochgradiges Phosphatgestein, geeignet für die Düngemittelherstellung, und sie sind ungewöhnlich in Seltenen Erden angereichert, insbesondere in leichten REE wie Lanthan und Neodym sowie in Yttrium. Diese Elemente könnten potenziell als Nebenprodukte in bestehenden Phosphorsäurewerken zurückgewonnen werden, wodurch Düngestein zu einer doppelten Quelle für Nährstoffe und Hightech-Metalle wird. Zusammenfassend kommen die Autoren zu dem Schluss, dass die in einem unruhigen kreidezeitlichen Meer abgelagerten Wüstengesteine Ägypten heute nicht nur eine sichere Düngemittelressource, sondern auch einen wertvollen Zugang zu den globalen Lieferketten der Seltenen Erden bieten.

Zitation: Saleh, G.M., Azer, M.K., Saadawi, D.A. et al. Mineral and geochemical variability of the phosphorite deposits in the Duwi Formation, Western Desert, Egypt: Insights into paleoenvironment and physicochemical conditions. Sci Rep 16, 13910 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46266-7

Schlüsselwörter: Phosphorit, Seltene Erden, Abu Tartur, Duwi-Formation, Paläoumwelt