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Vulkanologie: Diamanten schäumen nach oben

KimberlitmineraleLaden...

Kein natürlicher Stoff ist härter als ein Diamant – doch wird er zu lange zu starker Hitze ausgesetzt, löst sich die Kohlenstoffmodifikation schlicht in Luft auf. Deshalb muss das edle Mineral rasch von seinem Entstehungsort im Erdinnern in höhere Lagen der Erdkruste aufsteigen, da sie sonst von den bis 1400 Grad Celsius hohen Temperaturen im Mantel innerhalb weniger Stunden bis Tage aufgezehrt würden. Außerdem verwandeln sich die Diamanten ohne schnellen Transport unterwegs in Graphit. Nun haben Vulkanologen um Kelly Russell von der University of British Columbia in Vancouver herausgefunden, was hinter dem Raketenstart der begehrten Steine steckt: in großen Mengen ausgasendes Kohlendioxid, das die Diamanten wie den Korken einer überschießenden Sektflasche nach oben sprudeln lässt.

Die Wissenschaftler testeten dazu im Labor, was passiert, wenn sie kieselsäurereiche Minerale wie Orthopyroxen – ein Silikat – mit kohlenstoffhaltigen Gesteinsschmelzen in Kontakt brachten: Während sich das Silikat durch die Hitze auflöste, schäumte die gesamte Probe stark auf, weil CO2 austrat. Mit dieser Reaktion simulierten sie, was im Erdinnern passiert, wenn Taschen aus schwerem, kohlenstoffhaltigem Magma mit kieselsäurereichen Gesteinsschichten im oberen Mantel in Kontakt geraten, die bis zu 27 Prozent aus Orthopyroxenen bestehen können. Die CO2-Bläschen rund um die Schmelze sorgen dafür, dass dieses relativ dichte Material – aus dem die so genannten Kimberlite hervorgehen – Auftrieb erhält und nach oben steigt.

Dabei gerät es mit immer kieselsäurereicheren Gesteinen in Kontakt, was dafür sorgt, dass noch mehr Kohlendioxid ausgast – was das Magma weiter beschleunigt. Innerhalb von drei bis acht Stunden kann das diamantenhaltige Material aus bis zu 120 Kilometer Tiefe bis fast an die Erdoberfläche vordringen, bis es erstarrt und die Diamanten sicher einschließt. Die für das Sprudeln verantwortliche chemische Reaktion erhalte sich dabei selbst, so Kelly, während die nötige hohe Reaktionstemperatur durch die Kristallisation anderer Minerale wie Olivin erzeugt werde.

Geologen hatten schon lange gemutmaßt, dass flüchtige Stoffe wie Wasserdampf oder Kohlendioxid eine wichtige Rolle bei Kimberlit-Eruptionen spielen könnten. Sie konnten sich allerdings nicht erklären, wann und warum diese Gase aus der Schmelze austreten, da der hohe Druck in der Tiefe sie eigentlich im Material halten sollte. Verglichen mit kohlenstoffreichem Magma kann kieselsäurereiche Schmelze unabhängig vom Druck jedoch nur ein Viertel bis ein Drittel der CO2-Menge halten. Vermengen sich beide, so sinkt die Speicherkapazität für Kohlendioxid ab: Es gast zum Teil aus – und reißt so die später so wertvolle Gesteinspackung nach oben.

3. KW 2012

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 3. KW 2012

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