06.09.2023

Der Weg der Diamanten

Die Edelsteine tauchen zyklisch aus dem Erdmantel auf.

Diamanten entstehen weit unter der Erdoberfläche in über 150 Kilometern Tiefe. Dort, im oberen Erdmantel, herrschen genau die richtigen Temperatur- und Druck­bedingungen, um den Kohlenstoff zu Diamanten zu backen. Schmilzt nun ein Teil dieses Mantel­gesteins und dringt über Spalten und Klüfte nach oben, werden immer wieder Vulkan­ausbrüche ausgelöst. In dem erkalteten Material, dem Kimberlit, finden sich dann auch aus der Tiefe mitgerissene Diamanten.

 

Abb.: Ein Diamant in seinem Wirtsgestein Kimberlit (Bild: R. Brown / U. Durham)
Abb.: Ein Diamant in seinem Wirtsgestein Kimberlit (Bild: R. Brown / U. Durham)

Bisherige Modelle können allerdings weder zufriedenstellend erklären, wie Kimberlit-Schmelzen entstehen und abrupt aus dem Erdmantel heraus­gelöst werden, noch dass und wie die Kimberlit-Eruptionen offensichtlich mit der grundlegenden Umstrukturierung der tektonischen Platten der Erde zusammenhängen.

Einen neuen Ansatz stellt nun ein internationales Team um Thomas Gernon, Professor für Geowissenschaften und Principal Research Fellow an der Universität Southampton (GB), vor. Zum Team gehören auch Sascha Brune vom Deutschen Geoforschungs­zentrum (GFZ), Leiter der GFZ-Sektion 2.5 „Geodynamische Modellierung“, und Anne Glerum, Wissenschaftlerin in der GFZ-Sektion 3.1 „Anorganische und Isotopen­geochemie“.

Dem neuen Modell zufolge sind diese Prozesse im Erdmantel mit Vorgängen an der Grenze von tektonischen Platten verknüpft. Bevor eine Kontinental­platte auseinander­bricht, dünnt sie sich im Laufe vieler Millionen Jahre aus, was als „Rifting“ bezeichnet wird. Dabei senkt sich die Erd­oberfläche ab und bildet einen Grabenbruch wie das Rift Valley in Ostafrika. Irgendwann strömt Meerwasser ein, wie es beim Roten Meer der Fall ist. Gleichermaßen verändert sich die Unterseite der Erdplatte, und destabilisiert dabei das Umgebungs­gestein der Diamanten. Stücke der Plattenunterseite sinken in den tiefen Erdmantel, während heißeres Gestein von unten in den freiwerdenden Raum einfließt, ähnlich zu dem Meerwasser an der Oberfläche. In der Folge kommt es zu Schmelzvorgängen: Das vorher zähplastische Gestein wird flüssig, bahnt sich seinen Weg nach oben und bringt dabei auch Diamanten an die Erd­oberfläche.

Thomas Gernon, Hauptautor der Studie, sagt: „Das Muster der Diamanten-Eruptionen ist zyklisch und folgt dem Rhythmus der Super­kontinente, die sich im Laufe der Zeit – über hunderte von Millionen Jahren – wiederholt zusammenfinden und wieder aufbrechen. Bisher wussten wir jedoch nicht, welcher Prozess dazu führt, dass Diamanten plötzlich an die Erdoberfläche gebracht werden, nachdem sie Millionen oder Milliarden Jahre lang in 150 Kilometern Tiefe ruhten.“

Die Forscher fanden auch heraus, dass die Vulkanausbrüche mit Diamant-haltigem Kimberlit im Lauf der Zeit allmählich von den Kontinental­rändern in das Innere der Kontinente wandern, und zwar mit ähnlichen Raten in verschiedenen Kontinenten. Beim Auseinanderbrechen wird ein Teil der Kontinentalwurzel abgerissen und sinkt in den darunter liegenden Erdmantel ab, was eine Ketten­reaktion ähnlicher Strömungs­muster im benachbarten Teil der Kontinental­wurzel auslöst. Sascha Brune vom GFZ sagt: „Diese Strömungen entlang der Unterseite von Erdplatten entfernen eine beträchtliche Menge an Gestein, das Dutzende von Kilometern dick ist. Die Kettenreaktion erreicht dabei letztlich auch Regionen der Kontinente, die in großer Entfernung von Riftzonen liegen.“

In ihrer Studie schreiben die Autoren, dass ähnliche Prozesse auch bei stecken­gebliebenen Bruchvorgängen stattgefunden haben. Insgesamt könnten ihre Erkenntnisse helfen, bislang unentdeckte Kimberlit-Vorkommen und die Diamanten darin aufzuspüren.

GFZ / DE

 

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