#Wie die Diamanten aus der Tiefe auftauchten

Was heute an so manchem Ringfinger funkelt, entstand einst über 150 Kilometer tief im Erdmantel. Wie die Diamanten den Weg an die Oberfläche fanden, beleuchtet nun eine Studie. Durch geologische Hinweise und Modellsimulationen konnten die Forscher zeigen, wie das Auseinanderbrechen von Erdplatten dazu führte, dass Vulkanausbrüche das „schatzhaltige“ Material in unsere Reichweite befördern konnten.

Eigentlich bestehen sie nur aus dem gewöhnlichen Element Kohlenstoff: Was Diamanten von Materialien wie Kohle unterscheidet, ist die Reinheit und Konsistenz. Natürlicherweise kann die besonders kompakte Kristallstruktur nur bei hohem Druck und Hitze im Erdmantel entstehen. Die entsprechenden Bedingungen treten dabei erst in Tiefen von über 150 Kilometern auf. Dort wurden die Diamanten über Jahrmillionen hinweg „gebacken“. Wie sie anschließend an die Erdoberfläche gelangen konnten, war zumindest in groben Zügen bereits klar: Diamant-haltige Gesteine wurden durch geologische Prozesse aufgeschmolzen, drangen über Spalten nach oben und trat dann bei Vulkanausbrüchen zutage. Aus den Überresten der erkalteten Vulkane entstanden dann die Lagerstätten, in denen heute Rohdiamanten zu finden sind. Sie sind dabei typischerweise in ein Material eingebettet, das nach dem südafrikanischen Diamanten-Fundort Kimberley als Kimberlit bezeichnet wird. Bisherige Modelle konnten allerdings nicht eindeutig klären, wie es zu den Kimberlit-Schmelzen in der Tiefe kommt. Es zeichnete sich dabei nur grundlegend ab, dass diese Prozesse mit der Umstrukturierung der tektonischen Platten der Erde zusammenhängen.

Mobilisierung auf der Spur

Den geologischen Prozessen, die zu der Mobilisierung und den Kimberlit-Eruptionen führen, sind nun die Wissenschaftler um Thomas Gernon von der University of Southampton auf den Grund gegangen. „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 Kilometer Tiefe ruhten“, sagt Gernon.

Um neue Hinweise zu bekommen, analysierten die Forscher zunächst den globalen Zusammenhang zwischen dem Vorkommen von Kimberliten und der Geschichte der Plattenverschiebungen auf der Erde. Dazu verknüpften sie radiometrische Datierungsergebnisse der Gesteine mit tektonischen Rekonstruktionen. Dabei zeichnet sich ab, dass Kimberlite, die im Verlauf der letzten Milliarde Jahre entstanden waren, typischerweise etwa 30 Millionen Jahre nach dem Aufbrechen von Kontinentalplatten in den entsprechenden Bereichen austraten. Dies legte nahe, dass die Mobilisierung mit speziellen Prozessen verbunden ist, die an Aufbruchszonen auftreten.

Heiße Prozesse an Plattengrenzen

Um zu beleuchten, was dabei genau passieren könnte, entwickelte das Team geologische Modellsimulationen. In ihnen zeichnet sich dann ein plausibles Bild der Prozesse ab, berichten die Forscher. Wie sie erklären, dünnt sich eine Kontinentalplatte im Laufe vieler Millionen Jahre erst stark aus, bevor sie auseinanderbricht. Bei diesem als „Rifting“ bezeichneten Prozess senkt sich die Erdoberfläche ab und bildet schließlich einen Grabenbruch. Dies passiert gerade in Ostafrika, wo das sogenannte Rift Valley entsteht. Irgendwann strömt in die entstehende Struktur dann Meerwasser ein, wie es beim Roten Meer der Fall ist. Ähnliches passiert dem Modell zufolge auch in der Tiefe, erklären die Forscher: Stücke der Plattenunterseite sinken in den Erdmantel ab, während heißeres Gestein von unten in den freiwerdenden Raum fließt – ähnlich wie beim Meerwasser an der Oberfläche. Dieses einfließende Magma destabilisiert das Umgebungsgestein der Diamanten: Das vorher zähplastische Material wird flüssig und bahnt sich dann seinen Weg nach oben. So kann es schließlich durch vulkanische Eruptionen an die Oberfläche gelangen, wo es zu dem diamanthaltigen Kimberlit erstarrt.

Die Forscher können zudem erklären, warum Vulkanausbrüche mit Diamant-haltigem Kimberlit auch vergleichsweise weit von den Kontinentalrändern entfernt auftreten können. Offenbar sind diese Austritte letztlich ebenfalls auf das Auseinanderbrechen zurückzuführen. Denn dabei kann es zu dynamischen Prozessen kommen, die weitreichend sind: „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“, erklärt Co-Autor Sascha Brune vom Deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ) in Potsdam.

Neben der geowissenschaftlichen Bedeutung könnten die Ergebnisse auch eine „lukrative“ Seite besitzen, hebt das GFZ in seiner Mitteilung zur Studie abschließend hervor: Die Modellsimulationen könnten Hinweise darauf liefern, wo auf der Erde noch unentdeckte Diamanten-Vorkommen im Untergrund schlummern.

Quelle: Deutsches GeoForschungsZentrum, Fachartikel: Nature, doi: 10.1038/s41586-023-06193-3

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