Als uralte Eruptionen Diamanten an die Erdoberfläche pumpten

Unterstützt durch

Trilobiten

Eine neue Studie bietet Hinweise auf die Geheimnisse der Kimberlit-Eruptionen, der Quelle der meisten heute auf der Erde geförderten Diamanten.

Von Maya Wei-Haas

Während Diamanten auf einem Ring hübsch aussehen mögen, begeben sich die Steine, aus denen sie stammen, auf eine Reise an die Erdoberfläche, die alles andere als glamourös ist. Vor Millionen von Jahren haben einige der seltsamsten und heftigsten Vulkanausbrüche unseres Planeten die meisten der heute geförderten Diamanten in Form von blau gefärbten Gesteinen, sogenannten Kimberliten, aus der Tiefe geborgen.

Im Gegensatz zu den Vulkanen, die häufiger in der Nähe der dünneren Ränder von Kontinenten auftauchen, ereigneten sich die Eruptionen, die die meisten Kimberlite erzeugten, durch die dicken, stabilen Kontinentalkerne, die als Kratone bekannt sind. Kimberlit-Eruptionen beginnen in der Nähe der Kratonwurzeln, mindestens 75 Meilen unter der Erde, und rasen mit einer Geschwindigkeit von mehreren zehn Fuß pro Sekunde nach oben – eine feurige Wut, die von einer Fülle von Kohlendioxid und Wasser angetrieben wird.

„Es ist wie Raketentreibstoff“, sagte Thomas Gernon, ein Geologe an der Universität Southampton in England, der sich seit langem mit Kimberliten beschäftigt. Die turbulente Strömung stanzt ein karottenförmiges Rohr durch den Boden und reißt tiefe Gesteinsbrocken unter der Oberfläche heraus, darunter einige, die mit Diamanten besetzt sind.

Doch die bestehende Forschung stößt immer noch auf ein riesiges rautenförmiges Loch: Warum bilden sich Kimberlite?

Eine neue Studie unter der Leitung von Dr. Gernon, die am Mittwoch in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde, weist auf die alten Wurzeln dieser Ausbrüche hin. Er und seine Kollegen berichten, dass das Auseinanderbrechen alter Superkontinente wie Pangäa und Rodinia tiefe Störungen in der Strömung des Mantels unter der Erdkruste verursachte und die Explosionen auslöste.

Wissenschaftler wissen seit langem, dass die Bildung von Kimberliten (benannt nach Kimberley in Südafrika, wo sie erstmals gefunden wurden) mit dem Zerfall von Superkontinenten zusammenfällt. Aber dieser Zusammenhang ist kaum verstanden. Eine Idee geht davon aus, dass die tiefen Schwaden des aufsteigenden, heißen Erdmantels, die das Aufbrechen des Kontinents vorantreiben könnten, auch die Kimberlitbildung befeuern könnten. Aber Kimberlite „haben keinen Hauch von Plume in ihrer Chemie“, sagte Dr. Gernon.

Um dieses Rätsel zu lösen, analysierten Dr. Gernon und sein Team statistische Korrelationen zwischen Kontinentalausbrüchen und Kimberlitexplosionen während der letzten Milliarde Jahre. Die Ergebnisse zeigen, dass die beiden eng miteinander verbunden sind, aber sie entdeckten etwas Unerwartetes: Die Eruptionen verzögerten sich, da sich die meisten Kimberlite etwa 26 Millionen Jahre nach dem Zerfall der Superkontinente gebildet hatten.

Das schickte ihn und seine Kollegen durch eine Reihe diamantenbesetzter Kaninchenlöcher, um die Stärke der Verbindung zu testen und die Verzögerung zu erklären.

Die Computermodelle des Teams deuten darauf hin, dass beim Auseinanderdriften von Kontinenten heißer Mantel in einer aufgewühlten Konvektion aufsteigt, die sich erwärmt und an der Wurzel oder dem Kiel eines Kontinentalkerns zieht. Der Kiel tropft wie Wachs nach unten und erzeugt wirbelartige Strömungen im Mantel.

Wenn sich Teile des karbonat- und wasserreichen Gesteins des Kiels mit dem aufgewühlten Mantel vermischen, könnten sie gerade genug schmelzen, um ein sprudelndes Magma ähnlich Kimberliten zu bilden, das an die Oberfläche rasen würde. Der aufgewühlte Mantel kann Wellen an der Basis des Kratons verursachen und über mehrere Millionen Jahre hinweg Eruptionen auslösen. Dies trägt zur Erklärung bei, warum viele Kimberlite über einen so langen Zeitraum in das Innere des Kontinents zu wandern scheinen.

„Ihre Analyse stellt eine wirklich überzeugende Beweisbasis zur Stützung ihres Modells dar“, sagte Janine Kavanagh, Vulkanologin an der University of Liverpool in England.

Aber der Fall ist noch nicht abgeschlossen. Philip Janney, Mantelgeochemiker an der Universität von Kapstadt, lobte die statistische Analyse der Gruppe, sagte jedoch, dass die Studie nur den starken Einfluss des Auseinanderbrechens des Superkontinents auf Kimberlit-Eruptionen zeige – „nicht, dass dies der einzige wichtige Faktor wäre.“

Ausbrüche von Superkontinenten sind Perioden, die durch ein verworrenes Netz miteinander verbundener Prozesse gekennzeichnet sind, die die Oberfläche formen. Und viele ältere Kimberlite entstehen auch in Zeiten der Subduktion oder Kontinentalzertrümmerung, was das Bild noch weiter trübt, sagte Dr. Janney.

Das macht es schwierig, die Ursache der Kimberliteruptionen zu bestimmen, insbesondere weil niemand Zeuge einer der heftigen Explosionen war. „Wir haben heute nur noch das, was an der Oberfläche erhalten ist“, sagte Ben Mather, Geophysiker an der University of Sydney.

Obwohl es schwierig zu untersuchen ist, versprechen Kimberlite, ein funkelndes Fenster in die geologische Unruhe tief unter der Oberfläche zu bieten – und vielleicht auch darüber, sagte Dr. Gernon. Der Verlust des dicken Kiels aus dem Kraton eines Kontinents könnte dazu geführt haben, dass das Land wie eine Boje nach oben schwankte und in einer Kaskade von Einschlägen, die das Team noch untersucht, verheerende Schäden an der Oberfläche anrichtete.

„Es gibt noch viele Geheimnisse über Kimberlite, die noch gelüftet werden müssen“, sagte Dr. Mather.