Diamanten als Wegweiser

Ein Blick in die Erdgeschichte offenbart Geologen ökonomisches Potential.

Die Fundorte von Diamanten sind eng verknüpft mit Prozessen, die tief im Erdinneren, an der Kern-Mantel-Grenze in rund 2900 Kilometern Tiefe vor sich gehen. Die gleichen Vorgänge, die zur Entstehung von magmatischen Großprovinzen (Large Igneous Provinces, LIPs) in den Kernen der Kontinente geführt haben, formierten auch die Gebiete, in denen sich heute die reichhaltigsten Diamantvorkommen der Welt finden. Das ist ein Resultat der Untersuchung von Kimberlitgesteinen, die eine Gruppe von Wissenschaftlern aus Norwegen, Südafrika, Deutschland und den USA jetzt vorstellte.

Kimberlit ist ein Gestein magmatischen Ursprungs, das Diamanten enthalten kann. Es stammt aus mehr als 150 Kilometern Tiefe und findet sich an der Erdoberfläche in den Kernen der Kontinente, den sogenannten Kratonen. Durch die Plattentektonik werden zwar die Kontinentränder beständig verändert, auch können Kontinente wie der Urkontinent Gondwana auseinanderbrechen, die Kerne der Kontinente jedoch wurden vor allem durch heiße Gesteinsblasen geprägt, die sich über hunderte von Jahrmillionen an der Kern-Mantel-Grenze herausbildeten und dann als so genannte „Plumes“ zur Erdoberfläche aufstiegen. Dort konnten sie zur Überflutung riesiger Gebiete durch heißflüssige Lava führen; in den dicken Kernen der Kontinente jedoch konnten sie die Bildung von diamanthaltigen Kimberliten verursachen.

Die Wissenschaftler rekonstrierten mit einem Modell der absoluten Plattenbewegungen die ursprüngliche Lage der Kontinente und damit die Positionen, an denen sich Kimberlite in alten Kratonen bildeten. Sie fanden heraus, dass diese Stellen sich hauptsächlich über den Rändern von großen Gebieten im untersten Erdmantel befinden, in denen sich seismische Scherwellen deutlich langsamer ausbreiten (Large Low Shear Velocity Provinces, LLSVPs).

Es wird angenommen, daß die Gebiete der seismischen Anomalien aus chemisch unterschiedlichem und schwererem Material, z.B. mit höherem Eisenanteil, bestehen. Aufgrund ihres höheren Gewichts bleiben sie im untersten Mantel, sie sind allerdings heißer als der übrige Mantel. Als Modellvorstellung gilt, daß im Mantel Gesteinsmaterial an der Kern-Mantel-Grenze entlangströmt und sich durch Wärme des sehr heißen Erdkerns aufheizt. Trifft dieses Material dann auf die genannten Gebiete mit höherer Temperatur aber auch höherer Dichte, wird es nach oben abgelenkt. Dadurch bildet sich eine dickere Schicht von heißem Mantelmaterial. Dies führt zu thermischen Instabilitäten, die dann in der Form von Plumes durch den gesamten Mantel nach oben steigen. Diese Plumes führen zu Vulkanismus, dessen Magma sich über die Erdoberfläche ergießt; ihre Wärmeenergie führt zur Bildung von Kimberliten.

Durch diesen Zusammenhang ergibt sich erstmals, daß plattentektonische Rekonstruktionen im Bezugssystem des Erdmantels möglicherweise auch wirtschaftlich bedeutsam sein können.

Helmholtz-Zentrum Potsdam/Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ/AL

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  Trond H. Torsvik, Kevin Burke, Bernhard Steinberger, Susan J. Webb, Lewis D. Ashwal: Diamonds sampled by plumes from the core–mantle boundary. Nature 466, 352-355 (2010)
  dx.doi.org/10.1038/nature09216