Arsen ist der Schlüssel: Forscher haben herausgefunden, wie das zweitgrößte Goldvorkommen der Erde entstand – die Carlin-Lagerstätten in den USA. In ihr verbirgt sich das Edelmetall fein verteilt in Pyritkristallen. Jetzt belegen Experimente: Wegbereiter der Anreicherung dieses Goldes im „Katzengold“ ist das Schwermetall Arsen. Je höher die Arsenkonzentration im Gestein, desto mehr Gold bindet an den Pyrit, wie die Wissenschaftler im Fachmagazin „Science Advances“ berichten.
Das Element Gold ist auf unserem Planeten eigentlich extrem selten, denn ein Großteil dieses Edelmetalls sank schon in der Frühzeit der Erde ins Innere hinab. Im Schnitt liegt seine Konzentration in der Erdkruste deshalb nur bei 2,5 parts per billion (ppb). Trotzdem aber gibt es Vorkommen, an denen sich das Gold angereichert hat – die Goldlagerstätten. Sie entstanden durch das Ausfällen von Gold aus hydrothermalen Flüssigkeiten unter Mitwirkung bestimmter Katalysatoren oder sogar Mikroben.
„Unsichtbares“ Gold
Rätsel jedoch gab ausgerechnet das zweitgrößte Goldvorkommen der Erde auf, die Lagerstätten vom Carlin-Typ im US-Bundesstaat Nevada. Denn in diesen liegt das Gold nicht als Nuggets oder Golderz vor, sondern gewissermaßen „unsichtbar“ – fein verteilt im Mineral Pyrit. Dieses Eisensulfid (FeS2) ist wegen seines goldähnlichen Glanzes auch als „Katzengold“ bekannt – im Falle der Carlin-Typ-Lagerstätten aber enthält der Pyrit tatsächlich Gold. Gold aus diesen Vorkommen macht immerhin fünf Prozent der weltweiten Goldförderung und 75 Prozent der Förderung in den USA aus.
Das Problem jedoch: Weil dieses Gold erst durch chemische Analysen nachweisbar ist, lassen sich neue Goldlagerstätten dieses Typs nur schwer aufspüren. Es blieb unklar, ob und woran man die goldhaltigen Pyrite erkennen kann und wie sie entstanden sind. Denn Geologen wissen zwar, dass auch bei diesen Lagerstätten die Abscheidung des Goldes aus heißen Flüssigkeiten stattfand, strittig ist jedoch, welche Faktoren dabei die entscheidende Rolle spielten.
Lagerstättenbildung im Labor nachgebaut
Genau dieses Rätsel haben nun Christof Kusebauch vom Deutschen Geoforschungszentrum GFZ in Potsdam und sein Team gelöst. Für ihre Studie bildeten sie die Bedingungen bei der Entstehung des Pyrits im Experiment nach: Sie ließen heiße, schwefelsäurehaltige Lösungen durch eisenreiche Karbonate strömen. Durch chemische Reaktionen von Eisen mit Schwefel entstehen dabei Pyritkristalle.
Das Entscheidende jedoch: Den heißen Lösungen setzten die Forscher unterschiedlich hohe Konzentrationen an Gold und Arsen zu, wie es in der Natur auch vorkommt. Ihr Verdacht: Weil die Pyrite der Carlin-Typ-Lagerstätten häufig mehr als ein Gewichtsprozent an Arsen enthalten, könnte dieses Schwermetall auch für die Goldbindung an die Mineralkristalle wichtig gewesen sein.
Arsen als Wegbereiter
Und tatsächlich: Die Experimente ergaben, dass sich Gold in Gegenwart von Arsen besser an den Pyrit bindet. „Das Gold aus den Fluiden scheidet sich im neugebildeten Pyrit ab – und je mehr Arsen dabei vorhanden ist, desto häufiger geht das Gold eine Bindung zum Pyrit ein“, berichten die Forscher. Modellsimulationen ergaben, dass die Präsenz des Arsens die Ladungsverteilung und Struktur der Pyritoberfläche so verändert, dass sich das Gold leichter anlagern kann.
Das giftige Schwermetall Arsen ist demnach der Wegbereiter für die Entstehung der goldreichen Pyritlagerstätten. „Unsere Ergebnisse erklären, warum der Pyrit in den Lagerstätten vom Carlin-Typ so effektiv Gold aus hydrothermalen Flüssigkeiten aufnehmen und gigantische Vorkommen bilden konnte“, sagen Kusebauch und sein Team.
Damit ist nun klar: Die Präsenz von Arsen in den Carlin-Typ-Lagerstätten ist kein Zufall, sondern ein entscheidendes Kennzeichen. Damit könnte das Schwermetall künftig als Marker für das Vorkommen von Gold in Pyriten dienen. Denn das Gold selbst lässt sich aufgrund seiner viel geringeren Konzentration erheblich schwerer nachweisen als das Arsen. (Science Advances, 2019; doi: 10.1126/sciadv.aav5891)
Quelle: AAAS, Deutsches GeoForschungszentrum GFZ
