Wenn Meeresboden unter anderen Meeresboden in die Tiefe der Erde abtaucht, treibt er Gold an die Oberfläche. Zu diesem Schluss kommt ein Forschungsteam um den marinen Geologen Christian Timm vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. Demnach entscheiden nicht nur Prozesse in der Erdkruste, wo sich Goldlagerstätten bilden, sondern vor allem die »chemische Werkstatt« im Erdmantel. Laut der im Fachmagazin »Nature Communications Earth & Environment« erschienenen Studie reichert sich Gold in geschmolzenem Gestein an, wenn Wasser aus der abtauchenden Kruste den Erdmantel tief unter dem Meeresboden mehrfach aufschmelzen lässt. Vulkane, die sich entlang dieser Subduktionszone bilden, bringen das Edelmetall dann zurück an die Oberfläche. Der Befund erklärt, weshalb Goldlagerstätten sich geologisch meist in der Nähe ehemaliger oder aktiver vulkanischer Inselbögen finden.

Gold ist in der Erdkruste sehr selten. Wegen seiner hohen Dichte verschwand es einst, als die frühe Erde noch keine feste Kruste hatte, tief im Erdinneren. Es muss anschließend durch vulkanische Prozesse erst wieder an die Oberfläche gelangen. Subduktionszonen, in denen eine ozeanische Erdplatte unter eine andere Platte in den Erdmantel abtaucht, sind geochemische Hochleistungsreaktoren, die genau das können. Die speziellen Druck‑, Temperatur‑ und Wasserbedingungen sorgen dafür, dass Metalle wie Gold aus dem Erdmantel mobilisiert und in Magmen angereichert werden können.

Warum aber konzentriert sich das Edelmetall vor allem an vulkanischen Inselbögen, die entstehen, wenn ozeanische Kruste durch die Plattentektonik mit anderer ozeanischer Kruste zusammenstößt und unter diese abtaucht? Die Arbeitsgruppe um Timm liefert nun eine neue Erklärung anhand von Analysen aus dem Südpazifik. Um herauszufinden, wie das genau funktioniert, untersuchten die Forschenden 66 Glasproben vom Meeresboden entlang des ozeanischen Kermadec-Inselbogens und des benachbarten Havre-Trogs nördlich von Neuseeland. Solche vulkanischen Gläser entstehen, wenn Lava unter Wasser rasch abkühlt. Dabei konservieren sie die chemische Zusammensetzung des ursprünglichen Magmas besonders gut.

Erdmantel ist mehrstufige Schmelzmaschine

Das Ergebnis: Die Goldgehalte in den Magmen sind deutlich höher als in Basalten von Mittelozeanischen Rücken, teils um ein Vielfaches. »Das war der Ausgangspunkt für die Frage, welcher Prozess diese Anreicherung verursacht«, sagt Timm laut einer Mitteilung des GEOMAR. Das Team analysierte dazu die Goldgehalte mit hoher Präzision und betrachtete sie gemeinsam mit weiteren sogenannten chalcophilen Elementen. Diese »schwefelliebenden« Elemente – darunter Silber, Kupfer, Selen und Platin – verhalten sich bei Schmelzprozessen ähnlich und helfen, die Bedingungen im Mantel zu rekonstruieren.

Dass der Goldgehalt mit sechs Nanogramm pro Gramm Gestein so hoch liegt, lässt sich den Forschern zufolge nur erklären, wenn man annimmt, dass zuvor bereits »ausgelaugter« Mantel erneut aufgeschmolzen wurde. Mehrstufige, intensive Schmelzprozesse in einem wasserreichen und oxidierten Mantel treiben demnach die Goldanreicherung voran. »Wir können zeigen, dass der Erdmantel wie eine mehrstufige Schmelzmaschine wirkt, die Gold zunehmend konzentriert«, schlussfolgert Timm. Auch die chemische Bindung des Goldes im Mantel spielt eine wichtige Rolle. »Gold ist im Erdmantel häufig in Sulfiden gebunden«, erklärt Timm. »Durch den hohen Aufschmelzgrad werden diese Minerale aufgelöst, und das darin enthaltene Gold geht vollständig in die Schmelze über.«

Die Studie liefert somit einen wichtigen Baustein für das Verständnis goldreicher Lagerstätten in ozeanischen Inselbögen wie dem Kermadec-Bogen. Allerdings ist der Schmelzprozess in der Tiefe nur der erste Schritt hin zum begehrten Goldnugget. Auch wenn der Goldgehalt aus geologischer Perspektive hoch erscheint: Für den Goldabbau sind die Konzentrationen nicht interessant und müssten um ein Vielfaches höher liegen. Deswegen sind weitere Prozesse nötig, bei denen heiße Lösungen das Gold aus dem Vulkangestein herauslösen und schließlich in kleinen Bereichen der Erdkruste hochkonzentriert wieder ablagern.