Gold ist in der Erdkruste eigentlich dünn gesät: Nur zwei Partikel pro einer Milliarde anderer Teilchen macht das Edelmetall normalerweise aus. Doch es gibt Ausnahmen: Lagerstätten, in denen quarzhaltige Gesteinsadern tausendfach mehr Gold enthalten – und so einen Abbau des Metalls lohnend machen. Wie es dazu kam, dass sich das Gold in solchen Adern konzentrierte, und wie lange dieser Prozess dauerte, war bisher nur in Teilen bekannt. Australische Forscher haben nun mit Hilfe einer Simulation eine verblüffende Erklärung gefunden: Demnach haben wir manche reichhaltige Erzadern wiederholten Erdbeben zu verdanken.
Die Muruntau-Lagerstätte in Usbekistan ist die größte offene Goldmine der Welt. Mehr als 6.000 Tonnen Gold lagern hier in verschieden großen Erzadern des Untergrundgesteins. “Diese Goldmenge entspricht derjenigen, die normalerweise auf mehr als tausend Kubikkilometer Krustengestein verteilt ist – hier aber konzentriert sie sich auf weniger als zehn Kubikkilometer”, erklären Dion Weatherley von der University of Queensland und sein Kollege Richard Henley von der Australian National University in Canberra. Dass tektonische Prozesse, wie beispielsweise Verschiebungen der Erdkruste, zur Entstehung solcher reichhaltigen Lagerstätten beitragen, ist schon länger bekannt. Ebenso, dass das in den Gesteinsporen und -adern fließende Wasser daran beteiligt ist. Wie aber das normalerweise fein verteilte Gold durch diese Prozesse stark konzentriert und angereichert wird, das sei bisher eine offene Frage, sagen die Forscher.
Erdbeben reißen wassergefüllte Hohlräume auf
Um diesen Prozess aufzuklären, bildeten Weatherley und Henley quasi einen Ausschnitt der Erdkruste – und im speziellen der Geologe von goldführenden Gesteinen – im Computer nach. Ihr Modell simuliert eine Verwerfung im Untergrund, wie sie häufig an zwei schräg übereinander liegenden Gesteinsmassen auftritt. Die feinen Ritzen dieser Gesteinsgrenze sind normalerweise mit Porenwasser gefüllt, wie die Forscher erklären. Sie ermittelten an diesem Modell nun, was geschieht, wenn ein Erdbeben diese Verwerfung aufreißt und die Gesteinsmassen abrupt gegeneinander und auseinander schiebt.
Die Simulation ergab, dass sich durch diese plötzliche Bewegung der wassergefüllte Hohlraum im Gestein stark vergrößert – bei einem schwachen Erdbeben der Magnitude 2 um das 130-Fache, bei einem Magnitude 6-Beben schon um das 13.000-Fache. “Diese Ausdehnung senkt den Druck in dieser Höhlung schlagartig extrem ab und führt dazu, dass das Wasser darin zu einem feinen Dampf zerstäubt”, berichten die Forscher. Unter Ingenieuren verwende man für diesen Prozess den Begriff “Flash-Vaporisation” oder Flash-Verdampfung.
Flash-Verdampfung lässt Gold ausfallen
Diese aber bleibt nicht ohne Folgen für die im Wasser gelösten Edelmetalle. Durch den plötzlichen Druckabfall enthält der Wasserdampf nun mehr Gold, Silber oder andere Edelmetalle, als er in Lösung halten kann. Denn ihre Löslichkeit im Porenwasser werde in erster Linie vom Druck bestimmt: “Bei 300 Megapascal und einer Temperatur von 450 Grad kann das Porenwasser beispielsweise 4.200 Milligramm Gold pro Kilogramm Wasser lösen, fällt der Druck aber bei einer Flash-Verdampfung auf weniger als ein Megapascal ab, sinkt auch die Löslichkeit unter 0,3 Milligramm pro Kilogramm”, erklären die Forscher. Als Folge setzt sich das Gold nach einem Erdbeben als feine Schicht an den Wänden des Risses ab.
Natürlich reiche ein einziges Ereignis dieser Art nicht aus, um wirtschaftlich ausbeutbare Goldlagerstätten zu erzeugen, betonen die Wissenschaftler. Aber das Ganze wiederhole sich an entsprechend tektonisch aktiven Stellen in einem ständigen Zyklus: Ein Riss tut sich auf und Gold lagert sich ab. Anschließend strömt aus dem umliegenden Gestein frisches Porenwasser mitsamt dem in ihm gelöstem Gold nach. Beim nächsten Beben ereignet sich wieder eine Flash-Vaporisation und erneut fällt Gold aus. Diese Wiederholung führt im Laufe der Zeit dazu, dass sich an einer solchen Stelle reichhaltige Erzadern bilden. “Geht man beispielsweise von einer tektonischen Aktivität wie in den Südalpen Neuseelands aus, würde es weniger als 100.000 Jahre dauern, bis sich eine wirtschaftlich lohnende Goldader gebildet hat”, konstatieren Weatherley und Henley. Dieser Prozess erkläre, wie Muruntau und andere Lagerstätten entstanden sein könnten.
Dion Weatherley (University of Queensland, Brisbane) und Richard Henley (Australian National University, Canberra), Nature Geoscience, doi: 10.1038/ngeo1759 © wissenschaft.de – ===Nadja Podbregar
