„Blaue Wunder“ im Miniformat: Auch in der Eifel gibt es Saphire – kleine Körnchen dieser blauen Edelsteine werden dort in vulkanischem Material und ausgewaschen in Flüssen gefunden. Wie und wann diese Variante des Minerals Korund dort entstanden ist, haben Geoforscher nun herausgefunden. Demnach gehen die Eifel-Saphire auf mindestens zwei verschiedene geologische Mechanismen zurück, einer davon passierte im Erdmantel, einer in der Erdkruste.
57 Grundrezepte und mehr als 10.000 Bildungsvarianten – die Vielfalt der irdischen Minerale ist riesig. Mehr als 5.000 verschiedene Minerale sind offiziell bekannt, dazu kommen mindestens 1.500 noch unbekannte Minerale sowie unzählige Farb- und Formvarianten. Eine davon sind die Saphire, eine bläulich schimmernde Variante des Minerals Korund (Al2O3). Die Farbe dieser begehrten Edelsteine entsteht durch geringe Mengen von Eisen-, Titan oder Kobalt-Ionen im Kristallgitter des Minerals.
Magmatisch oder metamorph?
Doch wie sind die Saphire entstanden? Bekannt ist, dass diese Edelsteine meist in siliziumarmen Vulkangesteinen vorkommen. Doch welcher geologische Mechanismus sie schuf und in welcher Tiefe, ist strittig. „Eine Erklärung lautet, dass Saphir in der Erdkruste bei hohem Druck und sehr hohen Temperaturen aus ehemaligen tonigen Sedimenten entstanden ist und die aufsteigenden Magmen für die Kristalle nur den Fahrstuhl zur Oberfläche bilden”, sagt Seniorautor Axel Schmitt von der Universität Heidelberg.
Dieser Annahme zufolge wären Saphire demnach nicht aus Magma entstanden, sondern nur von ihr transportiert worden. Einer anderen Theorie nach bildeten sich Saphire in tiefen Magmareservoiren des oberen Erdmantels oder der unteren Kruste und wurden dann im Zuge vulkanischer Aktivität nach oben gebracht. Demzufolge wären die Korundkristalle magmatischen Ursprungs.
Eifel-Saphire als Testfall
Aber welche Theorie stimmt? Um das herauszufinden, haben Schmitt, Erstautor Sebastian Schmidt und ihre Kollegen ein Fundgebiet von Saphiren untersucht, das direkt vor unser Haustür liegt: die Eifel. Dieses Vulkangebiet ist Teil der intrakontinentalen Zentraleuropäischen Vulkanprovinz, zu der auch das Massif Central in Frankreich, der Eger-Graben in Böhmen oder die Westkarpaten gehören. Seit etwa 700.000 Jahren dringt hier Magma aus dem Erdmantel in die darüber liegende Erdkruste ein.
Die dabei geförderten Gesteinsschmelzen sind arm an Silikaten, aber reich an Natrium und Kalium und enthalten auch immer wieder Saphire. Anders als im Rest dieser Vulkanprovinz ist die Eifel jedoch vulkanisch noch relativ jung: Ihr letzter Ausbruch, die Laacher-See-Eruption, liegt erst gut 12.000 Jahre zurück. Dadurch ist das Umgebungsgestein der Saphire gut zugänglich.
Edelstein-Körnchen aus Gestein und Flüssen
Zusätzlich finden sich auch winzige Saphirkörnchen im Sediment der Eifel-Flüsse. „Saphir ist ähnlich wie Gold im Vergleich zu anderen Mineralen sehr beständig gegenüber Verwitterung. Über lange Zeiträume werden die Körner aus dem Gestein herausgewaschen und in Flüssen abgelagert“, erklärt Schmidt. „Dort können sie aufgrund ihrer hohen Dichte mithilfe einer Goldwaschpfanne von leichteren Sedimentbestandteilen getrennt werden.“
Für ihre Studie sammelten die Forschenden 223 Saphirproben aus der Eifel und analysierten die Zusammensetzung des Korunds und der anhaftenden Umgebungsgesteine. Zusätzlich datierten sie die Edelsteinkörnchen mithilfe der Uran-Blei-Methode und untersuchten das Verhältnis der eingelagerten Sauerstoff-Isotope. Dieses erlaubt Rückschlüsse auf die Tiefe, in der die Kristalle entstanden sind.
Sowohl als auch
Die Analysen ergaben: Der größte Teil der Eifel-Saphire ist zeitgleich mit dem Vulkanismus entstanden. Die Edelsteine bildeten sich demnach in Schmelzen aus dem Erdmantel, die sich in etwa fünf bis sieben Kilometern Tiefe mit aufgeheiztem und partiell geschmolzenen Krustengestein mischten, wie Schmidt und seine Kollegen berichten. Der Ursprung dieser Saphire ist demnach magmatisch.
Einige weitere Saphire zeigen jedoch abweichende Merkmale, die auf einen anderen Ursprung hindeuten. Demnach bildeten sich diese Edelsteinkörnchen im Kontaktbereich der unterirdischen Schmelzansammlungen mit dem Umgebungsgestein, wobei die Schmelzen das Nebengestein durchsetzt und dabei die Bildung von Saphir ausgelöst haben. „In der Eifel haben damit sowohl magmatische als auch metamorphe Prozesse, bei denen etwa die Temperatur das Ursprungsgestein veränderte, eine Rolle bei der Kristallisation von Saphir gespielt”, sagt Schmidt. (Contributions to Mineralogy and Petrology, 2024; doi: 10.1007/s00410-024-02136-x)
Quelle: Universität Heidelberg
