Unter dem Meeresboden entsteht Gold, jetzt ist klar wie

Gold fasziniert die Menschheit seit Jahrtausenden. Doch während wir das Metall meist mit Schmuck oder Tresoren verbinden, entsteht es weit entfernt von menschlicher Wahrnehmung. Tief unter dem Meeresboden, in sogenannten Subduktionszonen, laufen komplexe geochemische Prozesse ab.

Ein Team vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel hat nun entschlüsselt, wie dieser Prozess im Detail funktioniert. Die Ergebnisse zeigen: Wasser stößt den Prozess an – entscheidend sind jedoch wiederholte Schmelzvorgänge im Mantel.

Die Inselbögen als natürliche Tresore

Inselbögen sind Gebiete, in denen eine ozeanische Platte unter eine andere abtaucht. Dabei entstehen Ketten von Unterwasservulkanen. Diese Regionen sind für Forschende besonders interessant, da sie oft außergewöhnlich hohe Goldkonzentrationen aufweisen. Lange war jedoch unklar, warum genau das so ist.

Um das Rätsel zu lösen, untersuchten die Fachleute 66 Proben von vulkanischem Glas. Diese stammen vom Kermadec-Inselbogen und dem benachbarten Havre-Trog nördlich von Neuseeland. Solche Gläser entstehen, wenn Lava im kalten Meerwasser schlagartig erstarrt. Dabei bleibt die ursprüngliche chemische Zusammensetzung des Magmas nahezu unverändert erhalten.

Warum vulkanische Gläser die Wahrheit sagen

Besonders wertvoll für die Wissenschaft sind „primitive“ Gläser. Sie haben sich seit ihrer Entstehung im Erdmantel kaum verändert.

„Als wir diese Proben analysierten, stellten wir fest, dass ihre Goldkonzentrationen oft um ein Vielfaches höher sind als die von vergleichbaren Magmen aus mittelozeanischen Rücken“, berichtet Dr. Christian Timm, Meeresgeologe am GEOMAR.

Die Goldkonzentrationen liegen bei bis zu sechs Nanogramm pro Gramm Gestein. Das klingt gering, ist aber im Vergleich zu anderen Mantelregionen ein hoher Wert. Das Team analysierte neben Gold auch andere „schwefelliebende“ Elemente wie Kupfer, Silber, Selen und Platin. Diese Elemente reagieren ähnlich auf Schmelzprozesse und liefern Hinweise auf die Bedingungen im Erdinneren.

Die Verhältnisse dieser Elemente – etwa Gold zu Kupfer oder Silber zu Kupfer – zeigen, dass das Magma unter Bedingungen entstand, die auf einen bereits mehrfach veränderten Mantel hindeuten.

Der mehrstufige Schmelzprozess

Lange Zeit gingen Fachleute davon aus, dass Wasser aus der abtauchenden Erdplatte das Gold direkt mobilisiert. Die neuen Daten zeichnen ein differenzierteres Bild. Wasser wirkt vor allem als Auslöser: Es senkt den Schmelzpunkt des Mantels und bringt den Prozess in Gang. Entscheidend ist jedoch, wie intensiv und wie oft der Mantel schmilzt.

So funktioniert der Gold-Transfer in der Tiefe:

• Wassereinfluss: Fluide aus der subduzierten Platte senken den Schmelzpunkt des Mantels
• Hoher Schmelzgrad: Sulfidminerale zerfallen – in ihnen ist das Gold im Mantel gebunden
• Freisetzung: Das Gold geht vollständig in die Schmelze über
• Mehrstufigkeit: Wiederholte Schmelzphasen reichern das Gold weiter an

Nur bei ausreichend hohen Temperaturen wird eine kritische Grenze überschritten, der sogenannte Sulfid-Liquidus. Erst dann lösen sich die Sulfidphasen vollständig auf und geben das gebundene Gold frei.

„Unsere Forschung zeigt, dass das Schmelzen des wasserhaltigen Mantels unter Inselbögen ein entscheidender Faktor für die Anreicherung von Gold ist“, erklärt Dr. Christian Timm. „In diesen Umgebungen verhält sich der Mantel wie ein mehrstufiges Schmelzsystem, das Gold zunehmend konzentriert.“

Ein tiefer Blick in den Lebenszyklus des Goldes

Die Untersuchung verschiebt den Fokus der Forschung. Bisher suchte man die Ursachen für Goldvorkommen oft in Prozessen nahe der Oberfläche, etwa in hydrothermalen Systemen wie Schwarzen Rauchern. Die neue Studie zeigt: Der entscheidende Schritt passiert deutlich früher – in Hunderten Kilometern Tiefe im Mantel.

Wirtschaftlich nutzbar sind diese Konzentrationen am Meeresboden nicht. Dafür sind sie um Größenordnungen zu gering. Entscheidend ist etwas anderes: Der Prozess bestimmt, wie viel Gold überhaupt in aufsteigendes Magma gelangt – und damit, ob sich später Lagerstätten bilden können.

„Wir betrachten hier praktisch den ersten Schritt im Lebenszyklus von Gold“, fasst Timm zusammen. „Die Alchemie beginnt lange bevor das Metall die Oberfläche erreicht.“

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