Alchemie im Erdmantel: Warum Subduktionszonen die Goldküchen der Erde sind

Die Entstehung von Gold im Erdinneren und dessen Konzentration entlang vulkanischer Inselbögen ist eng mit Subduktionszonen verknüpft, in denen ozeanische Platten in die Tiefe abtauchen. Eine Studie unter Leitung des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel am Beispiel des Kermadec-Inselbogens im Südpazifik belegt nun, dass mehrstufige Schmelzprozesse im wasserreichen Erdmantel das Edelmetall gezielt anreichern. Die Ergebnisse erklären damit, warum viele der weltweit reichsten Lagerstätten ausgerechnet in diesen Regionen tief unter dem Meeresboden liegen. Ein Forschungsteam um Dr. Christian Timm liefert hierzu entscheidende Hinweise: „Wir zeigen, dass wasserhaltiges Schmelzen im Erdmantel unter Inselbögen ein zentraler Motor für die Goldanreicherung ist“, sagt Timm. „Der Mantel wirkt dort wie eine mehrstufige Schmelzmaschine, die Gold zunehmend konzentriert.“

Spurensuche im vulkanischen Glas

Um das Verhalten von Gold und anderen Edelmetallen während des Aufschmelzens des Mantels in Subduktionszonen zu klären, untersuchten Forschende 66 Glasproben vom Meeresboden entlang des ozeanischen Kermadec-Inselbogens und des benachbarten Havre-Trogs nördlich von Neuseeland. Diese vulkanischen Gläser entstehen durch das rasche Abkühlen von Lava unter Wasser und konservieren so die chemische Zusammensetzung des ursprünglichen Magmas.

„Als wir diese Proben analysierten, zeigte sich, dass ihre Goldgehalte meist um ein Vielfaches höher sind als in vergleichbaren Magmen an Mittelozeanischen Rücken“, sagt Timm. „Das war der Ausgangspunkt für die Frage, welcher Prozess diese Anreicherung verursacht.“ Zur präzisen Analyse betrachtete das Team die Goldgehalte gemeinsam mit weiteren „schwefelliebenden“ chalcophilen Elementen wie Silber, Kupfer, Selen und Platin, da deren ähnliches Verhalten bei Schmelzprozessen dabei hilft, die Bedingungen im Erdmantel detailliert zu rekonstruieren.

Wenn der Mantel mehrfach schmilzt

Die Daten belegen, dass der Mantel unter dem Kermadec-Inselbogen unter wasserhaltigen Bedingungen und bei Temperaturen oberhalb der Bildungsgrenze von Sulfidschmelzen schmilzt. Dabei entstehen Magmen mit Silber-zu-Kupfer-Verhältnissen, die typisch für den Erdmantel sind, während die Forschenden gleichzeitig überraschend hohe Goldgehalte von ursprünglich bis zu 6 Nanogramm pro Gramm Gestein maßen. Da auch das Verhältnis von Gold zu Kupfer die Werte aus „fruchtbarem“ Mantel oder von Basalten mittelozeanischer Rücken deutlich übersteigt, lässt sich dies nur durch das erneute Aufschmelzen von bereits „ausgelaugtem“ Mantel erklären.

Demnach treiben mehrstufige, intensive Schmelzprozesse in einem wasserreichen und oxidierten Umfeld die Goldanreicherung gezielt voran. Auch wenn diese Gehalte aus geologischer Sicht hoch erscheinen, sind sie für einen wirtschaftlichen Goldabbau noch nicht relevant, da die Konzentrationen hierfür um ein Vielfaches höher liegen müssten.

Warum gerade hier so viel Gold entsteht

Entgegen ursprünglichen Annahmen steuert das Wasser aus der abtauchenden Platte die Goldanreicherung nicht direkt, sondern dient primär als Auslöser für das Aufschmelzen des Mantels. Timm betont: „Unsere Daten zeigen jedoch, dass Wasser vor allem das Aufschmelzen des Mantels ermöglicht. Entscheidend für die hohen Goldgehalte ist der hohe – und teilweise mehrfache – Schmelzgrad.“

Eine Schlüsselrolle kommt dabei der chemischen Bindung des Edelmetalls zu, da Gold im Erdmantel häufig in Sulfiden gebunden ist. Durch den intensiven Aufschmelzgrad werden diese Minerale aufgelöst, wodurch das enthaltene Gold vollständig in die Schmelze übergeht. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass es nicht ein einzelner Schmelzschritt ist, sondern ein Zusammenspiel mehrerer Phasen“, resümiert Timm. „Erst durch wiederholtes Aufschmelzen kann sich Gold im Magma so stark anreichern.“

Der erste Schritt der Goldgeschichte

Die Studie liefert einen entscheidenden Baustein zum Verständnis goldreicher Lagerstätten in intraozeanischen Inselbögen wie dem Kermadec-Bogen und belegt, dass wasserhaltiges sowie mehrfaches Mantelschmelzen maßgeblich für den Goldgehalt aufsteigender Magmen ist. Damit verschiebt sich der wissenschaftliche Fokus tiefer ins Erdinnere: Nicht allein oberflächennahe Prozesse sind für die Entstehung von Goldlagerstätten verantwortlich, sondern primär die „chemische Werkstatt“ im Mantel unter Subduktionszonen.

Diese Erkenntnisse könnten zudem erklären, weshalb hydrothermale Sulfidvorkommen entlang submariner Inselbögen häufig besonders goldreich sind. „Der Mechanismus, den wir identifiziert haben, könnte dazu beitragen, dass hydrothermale Systeme in Subduktionszonen höhere Goldgehalte aufweisen als andere Systeme“, sagt Timm, wobei weitere Studien diesen Zusammenhang noch verifizieren müssen. Den zeitlichen Rahmen der Entstehung fasst er so zusammen: „Wir untersuchen damit den ersten Schritt der Goldgeschichte. Es geht um den Moment, in dem Gold aus dem Erdmantel in eine Gesteinsschmelze gelangt, aus der später Vulkane entstehen. Die Alchemie beginnt also lange bevor das Metall an die Oberfläche gelangt.“

Quelle

GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (04/2026)