Wie kommen Gold und Platin in den Erdmantel?
Schätzungen zufolge befinden sich etwa 30 Milliarden Tonnen Gold in unserem Erdmantel. Diese hohe Ansammlung gibt Forschenden schon seit Jahrzehnten Rätsel auf. Denn eigentlich müsste das Edelmetall als siderophiles (eisenbindendes) Element vom Erdkern angezogen und in erster Linie dort zu finden sein. Stattdessen lagern sich Gold, Platin und andere Metalle in der Nähe der Erdoberfläche ab. Einem US-Forscherteam ist es nun gelungen, anhand einer Studie mögliche Antworten auf dieses Phänomen zu finden.
Die Studie der Universität Yale und des Southwest Research Institutes (SRI) ist in der Ausgabe 43/2023 des Wissenschaftsmagazins Proceedings of the National Academy of Science (PNAS) erschienen. So haben die beiden Wissenschaftler Jun Korenaga und Simone Marchi bestätigt, was schön länger vermutet wurde: Die Edelmetalle gelangten bereits vor Milliarden von Jahren auf die Erde, weil unser Planet mit mehreren mondgroßen Himmelskörpern zusammenstieß. Die so entstandenen Materialablagerungen hätten eine Übergangsregion in der Erdkruste geschaffen. Laut den Forschenden würde dieser Bereich dynamische Merkmale aufweisen, die in der Lage seien, herabfallende metallische Komponenten aufzufangen und an Taschen im Erdmantel abzugeben. “Diese Übergangsregion entstand fast immer, wenn ein großer Einschlagkörper auf die frühe Erde traf”, erläuterte Marchi, was die Theorie bestätigen würde.
Die Edelmetalle haben ihren endgültigen Ruheplatz noch nicht gefunden
In der Pressemitteilung der Yale University heißt es, dass Gold, Platin und andere Weißmetalle nicht nur wegen ihrer Seltenheit, ihrer ästhetischen Schönheit oder der Verwendung in High-Tech-Produkten hochgeschätzt wären, sondern ebenfalls weil es eisenliebende Elemente sind. Das bedeutet, dass sich die Metalle eigentlich in unmittelbarer Nähe des Erdkerns aus Eisen und Nickel ansammeln müssten. Dies würde entweder durch eine direkte Verschmelzung oder ein schnelles Absinken erfolgen.
Jun Korenaga ist Professor für Erd- und Planetenwissenschaften an der Yale-Fakultät für Künste und Wissenschaften. Er führte die Studie gemeinsam mit Simone Marchi durch, einer Expertin für Aufpralldynamik am SRI in Boulder, Colorado. So konzentrierte sich die Theorie der beiden Forschenden auf einen eher dünnen und vorübergehenden Bereich des Erdmantels, bei welchem der flache Teil schmilzt und die tiefere Region fest bleibt. Dadurch würden dynamische Prozesse ausgelöst werden, die in der Lage sind, Metallbestandteile effizient einzufangen, sie abzubremsen und sehr langsam an den festen Mantel abzugeben.
“Eines der bemerkenswertesten Dinge, die wir herausgefunden haben, war, dass die Dynamik der transienten Mantelregion in sehr kurzer Zeit, etwa an einem Tag, abläuft”, erklärte Korenaga. Ihr Einfluss auf die spätere Erdentwicklung würde dagegen einige Milliarden Jahre anhalten und nach neuesten Erkenntnissen weiterhin andauern. Die Forschung von Korenaga und Marchi sei ein gutes Beispiel für eine unterwartete Entdeckung, indem eine konventionelle Weisheit noch einmal überprüft wird. Finanziert wurde die Forschung durch die US-Weltraumbehörde NASA und die National Science Foundation.
Ließe sich Gold vom Erdkern gewinnen?
Würden die Edelmetalle ihren chemischen Eigenschaften folgen und sich näher am Erdkern ansiedeln, wäre es uns Menschen unmöglich, an sie heranzukommen. Die Entfernung bis zum Mittelpunkt der Welt beträgt rund 6.300 Kilometer. Das entspricht der direkten Distanz von Hannover bis Neu-Delhi in Indien. Die weltweit tiefste Bohrung erreicht jedoch nur eine Tiefe von etwas mehr als zwölf Kilometern. Damit bewegen wir uns lediglich innerhalb der Erdkruste. Diese besteht überwiegend aus leichteren Elementen, wie Aluminium und Silizium.
Bis zu 660 Kilometer in der Tiefe beginnt der obere Erdmantel mit seinen schwereren Elementen. Er ist fest bis zähflüssig. Der untere Erdmantel reicht bis etwa 2.900 Kilometer hinunter und hat einen erstarrten Aggregatzustand. Der Erdkern unterteilt sich schließlich in einen flüssigen äußeren Rind und dem inneren festen Kern mit einer Temperatur von 5.700 Grad Celsius.
Die begehrten Edelmetalle sind zum Glück bereits in der oberen Erdkruste zu finden. Als tiefste Goldminen der Welt gelten die Mponeng-Mine und die inzwischen nicht mehr fördernde TauTona-Mine in Südafrika mit jeweils 3,9 Kilometern Tiefe. Dort beträgt die Gesteinstemperatur bereits 60 °C. Auch die nächsttiefen Minen befinden sich in Südafrika. Erst auf Rang 10 und 11 folgen andere mit den 2.500 Meter tiefen Bergwerken der Provinz Ontario in Kanada.
Wie werden Edelmetalle abgebaut?
Die ersten Goldfunde der Menschheitsgeschichte lassen sich nur schwer eindeutig datieren. Als gesichert gilt hingegen, dass Gold bereits ab etwa 4500 v. Chr. als Tauschmittel eingesetzt wurde. Archäologische Funde belegen, dass Gold und Silber bereits in der Antike von Ägyptern, Griechen und Römern genutzt wurden. Zu dieser Zeit wurden die Edelmetalle als Nuggets in Flüssen gefunden und mechanisch aus geröllhaltigem Berggestein gelöst.
Ab dem 14. Jahrhundert wurde das Amalgamverfahren im Goldbergbaubau eingesetzt. Das Prinzip beruhte auf einer Löslichkeit des Goldes von anderen Erzen durch Quecksilber. Später wurde eine Cyanidlauge eingesetzt, bei der das Golderz zu feinem Sand gemahlen und anschließend durch Natriumcyanid freigesetzt wurde. Durch ein Filterverfahren mit Zinkstaub entstand in der Raffinerie schließlich reines Gold.
In der Neuzeit wird Gold von professionellen Bergbauunternehmen im Tagebau und in unterirdischen Minen gefördert. Pro Tausend Tonnen Geröll aus der Erdkruste werden etwa vier Gramm Gold abgebaut. Der Anteil aus Erzen im Untertagebau liegt bei bis zu drei Gramm pro Tonne. Dabei wird Gold häufig zusammen mit anderen Edelmetallen wie Silber oder Kupfer gefördert. Der Abbau gilt als kostspielig sowie zeitaufwendig. Zudem wird die Umwelt stark belastet. Daher gewinnt das Recycling von Gold und Weißmetallen aus altem Schmuck oder Elektroschrott in Scheideanstalten zunehmend an Bedeutung.
Gold- und Platinanlagen aus recycelter Edelmetallproduktion:
Fazit: Mehr als nur der Weg des Goldes
Die von den Wissenschaftlern Jun Korenaga und Simone Marchi durchgeführte Studie liefert mögliche Antworten darüber, wie Gold, Platin und andere Edelmetalle in die flachen Taschen des Erdmantels gelangt sein könnten – anstatt unerreichbar bis zum Kern vorzudringen. Darüber hinaus bietet die neue Theorie astrophysikalische Einblicke in die Zusammensetzung der Erdoberfläche und der Entstehung der Planeten im Universum.
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