Edles Metall : Die Spur des Goldes

Das Edelmetall ist gefragt, seit Jahrtausenden. Aber woher es kommt, können Geowissenschaftler bis heute nicht genau erklären. Kam es einst mit Meteoriten auf die Erde? Und wie gelangte es in die Berge, wo es heute abgebaut wird? Langsam kommen die Forscher dem Geheimnis auf die Spur.

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Schatzsuche. Unter extremen Bedingungen wird in dieser 2500 Meter tiefen Mine in Südafrika nach Gold gesucht. Die tiefsten Stollen reichen sogar bis in knapp vier Kilometer Tiefe.
Schatzsuche. Unter extremen Bedingungen wird in dieser 2500 Meter tiefen Mine in Südafrika nach Gold gesucht. Die tiefsten Stollen...Foto: Reuters

Gold fasziniert die Menschen, sie tun fast alles, um an das Edelmetall heranzukommen. Erstaunlich, dass noch immer unklar ist, woher es eigentlich stammt. Nur langsam fügen sich die Puzzleteile zu einem Bild. In einem aktuellen Artikel im Fachblatt „Geology“ stützt Damien Gaboury die These, wonach das Gold in einigen Minen sich einst in Ablagerungen auf dem Meeresboden befand. Dieser geriet unter das Festland und gab das Edelmetall frei, welches in das darüberliegende Gebirge aufstieg, wo es nun gewonnen wird.

Der Abbau lohnt sich ab einem Goldgehalt von etwa 0,0003 Prozent im Gestein. Das ist immerhin 1000 Mal so viel wie die Erdkruste im Durchschnitt enthält. Aber selbst diese 3 Milligramm Gold pro Tonne Fels sind ein unerhört großer Wert, der Wissenschaftler vor ein Rätsel stellt. Ihrem Modell der Planetenentwicklung zufolge, sollte nach der Entstehung der Erde vor 4,5 Milliarden Jahren fast alles Gold in einem großen Magmaozean versunken sein. Doch sie finden viel mehr von dem Metall an der Oberfläche, als ihre Gleichungen vermuten lassen.

Zwei Erklärungsversuche konkurrieren miteinander, einer verrückter als der nächste. Geht es nach Munir Humayun aus Florida und Kollegen, so ist nicht alles Gold ins Zentrum der Erde gesunken. Ein kleiner Teil bildete – gemeinsam mit anderen „eisenliebenden“ (siderophilen) Elementen – in mehreren hundert Kilometern Tiefe Reservoirs. Später sollen diese Metalle durch Vulkanismus wieder nach oben gelangt sein.

Das Gold könnte aus dem All kommen - wie auch Wasser und Bausteine des Lebens

Das widerspricht dem, was die Mehrheit der Geoforscher glaubt: Das Gold und die anderen siderophilen Elemente, wie auch jede Menge Wasser und vielleicht auch Aminosäuren, hagelten einst mit Meteoriten auf die junge Erde. Tatsächlich gelang es Matthias Willbold von der Uni Bristol und Kollegen 2011, einen starken Beleg für diese „Late-Veneer“-Hypothese vorzulegen. Sie hatten zwar nicht Gold, aber dafür das ebenfalls siderophile Element Wolfram analysiert, in 3,8 Milliarden Jahre alten Gesteinen aus Grönland. Darin war die Zusammensetzung des Erdmantels vor dem großen Meteoriten-Schauer konserviert. Das Verhältnis bestimmter Wolframisotope (Atome eines Elements, aber mit unterschiedlicher Masse) unterschied sich von dem in jüngeren Gesteinen, berichtete das Team im Fachblatt „Nature“. Um das zu erklären, müsse „zusätzliches“ Wolfram mit Meteoriten zur Erde gekommen sein. Und mit ihnen auch Gold.

Derzeit bearbeitet Willbold Proben aus Kanada, die bis zu 3,9 Milliarden Jahre alt sind. Noch sind keine Daten veröffentlicht, doch der Forscher - mittlerweile am Imperial College London tätig - verteidigt die Late-Veneer-Hypothese nach wie vor als „elegant und wesentlich einfacher als andere Theorien.“

Indes, die Menge, die der Erde zugeflogen sein muss, ist gigantisch. Um die Gleichungen zu erfüllen, hätten rund 20 Billiarden Tonnen vom Himmel stürzen müssen, das entspricht etwa einem halben Prozent des Erdmantels. „Man darf nicht vergessen, dass damals viel mehr Material durch das All flog als heute“, sagt der Geochemiker Thorsten Kleine von der Uni Münster. „Die meisten Forscher halten diese Theorie für die plausibelste, um die Häufung siderophiler Elemente in der Erdkruste zu erklären.“

Doch wie kam das Gold in den Berg? Von unten, mit heißen Lösungen. Das hatten Bergleute schon früh erkannt. Über die Herkunft der Fluide wussten sie aber kaum etwas. Heute ist klar, dass zumindest ein Teil der goldführenden Lösungen aus uraltem Meeresboden stammt, der durch die Bewegung der Erdplatten irgendwann unter einen Kontinent abtaucht und erhitzt wird, woraufhin bestimmte chemische Elemente nach oben steigen. Das passiert zum Beispiel gerade in den Anden.

Sauerstoff begünstigt die Aufnahme des Goldes in Pyrit

Im Meeresboden selbst ist „echtes“ Gold oft im „Gold des kleinen Mannes“ enthalten, wie das Eisensulfidmineral Pyrit gelegentlich genannt wird. Die rapide Ausdehnung des Lebens seit etwa 635 Millionen Jahren hat maßgeblich dazu beigetragen. Die Organismen veränderten das chemische Milieu im tiefen Ozean so, dass im Wasser gelöstes Gold bevorzugt in Pyrit eingebaut wurde, der sich dort in schlammigen, kohlenstoffreichen Ablagerungen befindet. Das berichtete kürzlich Andrew Tomkins von der Monash-Universität Melbourne im Fachblatt „Economic Geology“. „Diese Sedimente wurden zum idealen Ausgangsmaterial für heutige Goldlagerstätten“, schreibt er.

Während sich Tomkins in seinem Artikel auf geologisch junge Lagerstätten konzentrierte, konnte Damien Gaboury von der Universität Quebec den Pyrit-Pfad nun auch für alte Gold-Anreicherungen nachzeichnen. In Quarzkörnern aus Lagerstätten in Kanada und Burkina Faso fand er winzige Mengen Ethan. Die Verbindung gilt als Hinweis darauf, dass organisches Material in der Tiefe erhitzt worden ist. In „Geology“ bringt Gaboury seine Befunde in einen Zusammenhang: Bereits vor zweieinhalb Milliarden Jahren bildeten sich am Grund der Ozeane neben kohlenstoffreichen Ablagerungen auch Pyrit, der durch die Existenz von erstem freien Sauerstoff vergleichsweise viel Gold aufnahm. Der Meeresboden wurde anschließend durch die Heißmangel der Gebirgsbildung gedreht, wodurch das Edelmetall nach oben gelangte – wo es heute abgebaut wird.

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