Die blau schimmernden Saphire sind begehrte Edelsteine, doch wie und woraus sie entstanden sind, ist unklar. Neue Einblicke in ihren Ursprung liefern nun Analysen von Saphiren aus der Eifel – wenige Millimeter kleine Edelsteine, die dort häufiger in Vulkangestein, aber auch als herausgewaschene Körnchen gefunden werden. Die mineralogischen und isotopischen Analysen zeigen, dass die Eifel-Saphire offenbar mit zwei verschiedenen geologischen Mechanismen verbunden sind. Ein Teil dieser Korundminerale geht demnach auf magmatische Schmelzen zurück, ein anderer jedoch auf metamorphische Gesteine, die vom aufsteigenden Vulkanmaterial mitgerissen und umgeformt wurden. Damit bestätigen die Funde, dass Saphire auf unterschiedliche Weise entstehen können.
Als Saphir werden meist die bläulich gefärbten Varianten des Minerals Korund (Al2O3) bezeichnet. Sie entstehen, wenn Eisen-, Titan oder Kobalt-Ionen in das Kristallgitter dieses Minerals eingelagert wurden und so dessen Lichtbrechung verändern. Die begehrten blauen Edelsteine werden meist in siliziumarmen Vulkangesteinen gefunden, doch wie diese Minerale entstanden sind, ist im Einzelfall oft strittig. Weit verbreitet ist in diesem Zusammenhang die Annahme, dass Saphir aus tiefen Krustengesteinen stammt und zufällig mit aufsteigendem Magma an die Erdoberfläche gelangte. „Eine Erklärung lautet, dass Saphir in der Erdkruste bei sehr 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. Es gibt aber auch Annahmen, nach denen zumindest einige Saphire aus tieferen Magmareservoiren im oberen Erdmantel oder der unteren Kruste stammen könnten.
Saphire aus der Eifel
Um mehr Klarheit zu schaffen, haben nun die Forschenden um Sebastian Schmidt von der Universität Heidelberg 223 kleine Saphire aus der Eifel näher untersucht. Dieses Vulkangebiet ist Teil der intrakontinentalen Zentraleuropäischen Vulkanprovinz, zu der auch das Massiv 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 in anderen Bereichen dieser Vulkanprovinz liegt der letzte große Ausbruch des Eifelvulkanismus jedoch nach geologischen Maßstäben noch nicht lange zurück: Er ereignete sich vor gut 12.000 Jahren mit der Laacher-See-Eruption. Dadurch ist das Umgebungsgestein der Saphire gut zugänglich.
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 Gestein und Sedimenten und datierten sie mithilfe der Uran-Blei-Zerfallsreihe. Um Hinweise auf die Bildungsart der Edelsteine zu erhalten, analysierten sie die Zusammensetzung des Korunds und der anhaftenden Umgebungsgesteine und untersuchten das Verhältnis der eingelagerten Sauerstoff-Isotope mit einem Sekundärionen-Massenspektrometer. Die unterschiedlichen relativen Häufigkeiten des leichten Isotops O-16 und des schwereren Isotops O-18 können dabei verraten, in welchen Tiefen die Saphire entstanden sind, denn Krustengesteine enthalten anteilig mehr O-18 als Schmelzen aus dem Erdmantel.
Sowohl als auch
Die Analysen ergaben, dass der größte Teil der Saphire in der Eifel erst zeitgleich mit dem Vulkanismus gewachsen ist. Ihrem Alter und ihrer Zusammensetzung nach entstanden sie in Schmelzen aus dem Erdmantel, die durch aufgeheiztes und partiell geschmolzenes Krustengestein in etwa fünf bis sieben Kilometern Tiefe verunreinigt wurden, wie Schmidt und seine Kollegen berichten. Einige Saphire zeigen jedoch abweichende Merkmale, die auf einen anderen Ursprung hindeuten. Demnach bildeten sich diese Edelsteinkörnchen im Kontaktbereich der unterirdischen Schmelzansammlungen, 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.
Quelle: Sebastian Schmidt (Universität Heidelberg) et al., Contributions to Mineralogy and Petrology, doi: 10.1007/s00410-024-02136-x
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