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Geodynamik: Diamanten leichter finden

Einer der beliebtesten Schmucksteine ist wegen seiner Entstehungsgeschichte sehr selten und besonders schwierig zu finden: Diamanten bilden sich nur unter extremem Druck aus elementarem Kohlenstoff in etwa 150 Kilometer Tiefe im Erdmantel. Während kimberlitischer Eruptionen – Vulkanausbrüchen in Überschallgeschwindigkeit – gelangen sie mit ihrem Trägergestein an die Erdoberfläche, wo sie heute in den ehemaligen, Pipes genannten Vulkanschloten abgebaut werden.

Nur zehn Prozent der kontinentalen Erdoberfläche kommen überhaupt für die Gewinnung der glitzernden Juwelen in Frage: Kimberlite konzentrieren sich auf sehr alte Kratone im Innern der Kontinente. Wenn sich die Resultate der Geologen um Kevin Burke von der University of Houston bestätigen, könnte die Suche zukünftig noch stärker eingegrenzt werden [2]: Womöglich konzentrieren sich Diamanten tragende Kimberlite auf zwei gigantische Ringe an der Erdoberfläche, die die Grenze einer gewaltigen Gesteinsblase im unteren Mantel in einer Tiefe von rund 3200 Kilometern nachzeichnen. Dieses Mantelmaterial unterscheidet sich chemisch von seiner Umgebung und war mindestens die letzten 200 und womöglich bis zu 500 Millionen Jahre lagestabil, wie Burkes Team herausgefunden hat: Es hatte mit Hilfe paläomagnetischer Daten die Position vergangener Erdplatten rekonstruiert und sie mit seismischen Aufzeichnungen des Erdinnern kombiniert.

Big Hole, Kimberley | Südafrika ist reich an Diamanten, was es seinen Kimberlitvorkommen verdankt: Dieses Mantelgestein trägt die wertvollen Schmuckstücke. Hier im Big Hole bei Kimberley haben Gräber mit Pickel und Schaufel einen alten Vulkanschlot, der mit Kimberlit gefüllt war, exakt ausgehöhlt und die Diamanten abgebaut.
Diese Dauerhaftigkeit der zwei nachgewiesenen Mantelblasen überraschte die Geowissenschaftler, erzählt Burke: "Obwohl der untere Mantel fest ist, gingen wir trotzdem davon aus, dass sich das Material unter den dort herrschenden Bedingungen von großer Hitze und extremem Druck permanent bewegt und verformt." Derart ortstreue Manteldisparitäten hatten sie nicht erwartet. Eine der beiden Zonen befindet sich unter Afrika, die andere liegt auf der entgegengesetzten Seite der Erde. Die meisten Kimberlite stiegen im Umfeld dieser Gebiete bis zur Erdkruste auf, wo sich nun die Diamanten bevorzugt finden lassen sollten. Weitere Studien wollen dies bereits in den nächsten Monaten klären.

Neben den wirtschaftlichen Aspekten wirft die Entdeckung von Burke und seinen Kollegen geowissenschaftliche Fragen zur Dynamik des Erdinnern auf. Womöglich seien die beiden Kimberlitproduzenten im unteren Mantel sogar über Milliarden Jahre ortstreu gewesen, spekulieren sie. Eine Ansicht, der David Evans von der Yale University in New Haven widerspricht [2]: Seiner Meinung nach unterliegen auch diese Mantelblasen einem Zyklus, der 500 Millionen Jahre umfasst und von Bildung und Zerfall der Superkontinente gesteuert wird, die von Zeit zu Zeit alle Landmassen in sich vereinen.

Diese Superkontinente – zum Beispiel Pangäa – wirken wie ein Deckel auf dem heißen Erdmantel. Hat sich genügend Hitze darunter aufgestaut, brechen sie auseinander, was eine Neuorganisation der Mantelkonvektion zur Folge hat. Sie führt dann über Millionen Jahre letztlich die Bruchstücke zu einem einzigen neuen Superkontinent zusammen. Und entsprechend würden sich auch die Mantelblasen von Zeit zu Zeit verlagern. Sollte sich diese Theorie als richtig erwiesen, könnten wiederum diamanthaltige Kimberlite häufiger vorkommen, als Burkes Team vermutet. (dl)

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  • Quellen
[1] Torsvik, T. et al.: In: Nature 466, S. 352–355, 2010.
[2] Evans, D.: Proposal with a ring of diamonds. In: Nature 466, S. 326–327, 2010.

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