Das Rätsel der Lagerstätten

Schon unsere frühen Vorfahren könnten bei ihren Wanderungen in einigen Flüssen auf goldglänzende, rundliche Gebilde gestoßen sein: Goldnuggets. Diese oft nur sandkorngroßen, manchmal aber auch mehrere Kilogramm schweren Klumpen aus reinem Gold wurden von der Erosion in die Gewässer gespült. Sogar im Rhein kann man bis heute Goldstaub und winzige Goldkörnchen finden. Ihr Ursprung sind meist Goldadern im Gestein.

Das ursprüngliche Gold der Erde steckt heute zum großen Teil im Erdkern. © Gerhardus Swanepoel/ iStock.com

Goldschatz im Erdkern

Doch genau diese Goldvorkommen geben Forschern bis heute Rätsel auf – eigentlich dürfte es sie gar nicht geben. Der Grund: Als die junge, noch glutflüssige Erde ihre Schichten bildete, sanken Eisen, Nickel und viele schwerere Metalle in den Kern hinab. Leichtere Elemente, darunter viele Silikatverbindungen, sammelten sich dagegen in den äußeren Schichten und erstarrten zu Erdkruste und Erdmantel.

Damals sank ein Großteil des ursprünglich in der Erde vorhandenen Goldes ins Innere. Schätzungen zufolge enthält der Erdkern noch heute so viel Gold, dass man damit die gesamte Erdoberfläche mit einer vier Meter dicken Schicht bedecken könnte. Dazu passt, dass der größte Teil der Erdkruste eher goldarm ist: Die Konzentration im Krustengestein liegt bei nur 0,3 Goldatomen pro einer Milliarde anderer Atome.

Rätselhafte Anreicherung“

Soweit so schlüssig – wenn da nicht die Goldlagerstätten wären. In ihnen ist Gold zehntausende Male häufiger als im Rest der Erdkruste. Allein aus dem Witwatersrand-Goldfeld in Südafrika, der größten Goldlagerstätte der Erde, wurden seit Mitte des 19. Jahrhunderts schon mehr als 40.000 Tonnen Gold gefördert. Und auch in anderen Goldvorkommen beispielsweise in Südamerika oder Zentralasien ist das Gold stark angereichert.

Mikroskopisch kleine Goldadern zwischen Quarzkristallen. © Geomartin/ CC-by-sa 4.0

Aber warum? Wie aus den vereinzelten Goldatomen im Gestein solche Lagerstätten werden konnten, darüber rätseln Forscher bis heute. Bei einigen Goldvorkommen scheint klar, dass tektonische Prozesse eine wichtige Rolle spielten. Unter anderem in Patagonien transportierte beispielsweise ein Mantelplume – ein Aufstrom besonders heißen Magmas – goldhaltiges Gestein aus dem Erdmantel in die Kruste. Später brachte dann die Gegeneinander-Bewegung der Erdplatten in diesem Gebiet das Gold näher an die Oberfläche und konzentrierte es.

Heißes Tiefenwasser und ein Störfaktor

Doch das ist nur die halbe Geschichte. Denn sie erklärt nicht, warum sich das Gold im Gestein zu Adern und Erzgängen konzentriert hat. Hier kommt ein zweiter Akteur ins Spiel: Wasser. Nach gängiger Theorie könnten die Goldatome im Laufe der Erdgeschichte durch hydrothermale Flüssigkeit aus dem Gestein gelöst worden sein. In einigen heißen Quellen auf Island fließt bis heute ungewöhnlich goldreiches Wasser und auch an vielen Schwarzen Rauchern der Tiefsee haben sich größere Mengen Gold abgelagert.

Bei der Bildung von Lagerstätten reicherte sich dieses gelöste Gold im Porenwasser des Gesteins an. Dann könnte es durch plötzliche Erschütterungen oder eine Druckentlastung ausgefällt worden sein – möglicherweise unter dem Einfluss von Erdbeben oder anderen tektonischen Prozessen. Im Falle des Witwatersrand-Goldfelds jedoch ereignete sich diese Ausfällung über eine ungewöhnliche chemische Wechselwirkung, wie Forscher erst vor Kurzem herausfanden. Dabei wirkten uranhaltige Erdöltröpfchen im heißen Tiefenwasser als Katalysatoren. An ihrer Oberfläche schied sich das Gold ab.

Eine Zelle von Cupriavidus metallidurans - deutlich sind im Außenbereich der Zelle die kompakten Goldnuggets zu erkennen. © American Society for Microbiology

Gold als Bio-Produkt?

Noch ungewöhnlicher ist ein weiterer Akteur im Goldgeschehen. Denn auch Mikroben könnten bei der Bildung von Goldlagerstätten eine entscheidende Rolle gespielt haben – zumindest nach Ansicht einiger Wissenschaftler. Indizien dafür sehen sie in organischen, kohleartigen Schichten, die in vielen Vorkommen zwischen dem goldreichen Gestein liegen. Ihrer Theorie nach könnten diese Ablagerungen von urzeitlichen Cyanobakterien stammen, die durch ihre Sauerstoffproduktion die Ausfällung des Goldes förderten.

Tatsächlich gibt es noch heute Bakterien, die gelöstes Gold sogar aktiv aufnehmen und in ihren Zellen anreichern. Spezielle Enzyme sorgen dafür, dass das Gold im Außenbereich der Mikrobenzellen winzige Goldklümpchen bildet – mikroskopisch kleine Goldnuggets. Solche „metallfressenden“ Bakterien könnten demnach auch dazu beitragen, gelöstes Gold in eine feste Form zu bringen.

Nadja Podbregar
Stand: 27.04.2018