Diamanten lösen das Rätsel der Hotspot-Vulkane

Die Fundorte von Diamanten zeigen, dass tiefe Mantelplumes existieren und über mindestens 200 Millionen Jahre stabil bleiben.

Rekonstruierte Kimberlit-Funde
Rekonstruierte Kimberlit-Funde

Potsdam / Oslo (Norwegen) - Das härteste bekannte Mineral, der Diamant, hat seinen Ursprung im Inneren der Erde. Erst in Tiefen von über 150 Kilometern sind Druck und Temperatur hoch genug, um die wertvollen Steine aus einfachem Kohlenstoff entstehen zu lassen. Eingeschlossen in magmatisches Gestein, den Kimberliten, gelangen sie bei Vulkanausbrüchen an die Erdoberfläche. Wissenschaftler aus Norwegen, Südafrika, Deutschland und den USA haben die Fundorte der Diamanten untersucht und zurückgerechnet, an welcher Stelle sie vor Millionen von Jahren einst zu Tage getreten sind. Denn zusammen mit den Kontinenten hat sich ihre heutige Position durch Plattenverschiebung verändert. Es stellte sich heraus, dass sich die meisten Funde auf einem Gebiet über dem heutigen Afrika gruppieren. Daraus können die Forscher schließen, dass die dem Kimberlittransport zu Grunde liegenden Plumes, Ströme von aufsteigendem Magma im Erdmantel, über mindestens 200 Millionen Jahre stabil bleiben. Außerdem können ihre Erkenntnisse wahrscheinliche Diamantenlagerstätten genauer eingrenzen.

Das heute allgemein anerkannte, aber nicht zweifelsfrei bewiesene Modell der Plumes wurde in den 60er Jahren entwickelt, um die Bildung von Vulkanen zu erklären, die sich nicht im Gebiet von Plattengrenzen befinden. Ein vertikaler Strom von heißem Material steigt dabei tief aus dem Erdmantel empor und schmilzt die Erdkruste teilweise auf. An diesen Hotspots bilden sich Vulkane oder weitläufige, gleichmäßig mit Magma überflutete Gebiete, die sogenannten magmatischen Großprovinzen. Der Ursprung dieser Plumes war mit seismischen Methoden bisher nicht eindeutig feststellbar gewesen. Wissenschaftler vermuteten ihn entweder an der Grenzschicht zwischen Erdkern und dem unterem Erdmantel in 2900 Kilometern Tiefe oder aber in der Übergangszone zwischen unterem und oberem Erdmantel in 660 Kilometern Tiefe.

Die Rekonstruktion der Fundorte bis zu der Zeit des Riesenkontinents Pangäa vor 320 Millionen Jahren zeigte, dass sich 80 Prozent der gefundenen Diamanten an den Rändern von großen Gebieten im untersten Erdmantel befanden, in denen sich seismische Scherwellen deutlich langsamer ausbreiten. Damit konnte die Kern-Mantel-Grenze als Ursprungsort der Plumes identifiziert werden. Es gibt zwei dieser Gebiete, die von den Forschern als Plume-Erzeugungs-Zonen bezeichnet werden. Eines befindet sich unter Afrika und das zweite liegt auf der gegenüberliegenden Seite unter dem Pazifik.

Die Landmassen des heutigen Afrika bewegten sich langsam, erst als Teil Pangäas und dann als Teil Gondwanas, über die Plume-Zone hinweg. Deswegen gibt es auf diesem Kontinent beträchtliche Diamantenvorkommen. Die größten Chancen auf neue Funde sind vor allem auf den ältesten Landmassen gegeben, die keiner tektonischen Umwälzung unterworfen waren, den sogenannten Kratonen.

Offensichtlich hat sich die Position der Plume-Zonen in den letzten 320 Millionen Jahren nicht geändert. Die Bewegung der Kontinente vor dieser Zeit ist nur schwer rekonstruierbar. Ein völliges Fehlen von Funden mit einem Alter von 370 bis 500 Millionen Jahren passt aber gut mit der Vermutung zusammen, dass sich Afrikas Landmassen zu dieser Zeit über dem Südpol außerhalb der Zonen befunden haben.

Die Wissenschaftler halten es für wahrscheinlich, dass die Plume-Zonen seit bereits 540 Millionen Jahren stabil sind. Damit könnten sie auch einen Beitrag zur Rekonstruktion der Plattentektonik vor der Zeit Pangäas liefern. Außerdem eröffnet sich erstmals eine mögliche wirtschaftliche Bedeutung von plattentektonischen Rekonstruktionen.