Neue Form des Schwefels in der Erdkruste entdeckt

Tri-Schwefel-Ion ist am Transport von Metallen durch Flüssigkeitseinschlüsse beteiligt - Einfluss auf Verteilung von Edelmetallvorkommen

Tri-Schwefel-Ion
Tri-Schwefel-Ion

Paris/Toulouse (Frankreich) - Schwefel ist ein wichtiges Element in der Erdkruste. Er bildet Komplexe mit Metallen und transportiert sie so durch Flüssigkeitseinschlüsse im Gestein. Bisher waren zwei Formen von Schwefel in der Kruste bekannt: Sulfate, Verbindungen der Schwefelsäure, und Sulfide, Verbindungen von Schwefelwasserstoff. Ein deutsch-französisches Forscherteam wies nun im Experiment eine dritte Form nach: Das Tri-Schwefel-Ion, das aus drei Schwefelatomen besteht und eine einfach negative Ladung besitzt. Bei hohen Temperaturen ist es offenbar die vorherrschende Verbindung und bestimmt deshalb maßgeblich die Verteilung der Edelmetallvorkommen in der Erdkruste.

Das Team mit Forschern des Centre national de la recherche scientifique (CNRS) und der Université Paul Sabatier in Toulose schufen in einer Diamantzelle im Labor Bedingungen, wie sie auch in einigen Kilometern Tiefe herrschen: Temperaturen von bis zu 450 Grad und Drücke von bis zu 3,5 Gigapascal. Bei solch hohem Druck bleiben wässrige Lösungen weit über dem Siedepunkt von 100 Grad flüssig, man nennt sie deshalb hydrothermale Flüssigkeiten. Das Team löste darin elementaren Schwefel und Sulfate und prüften dann, welche Verbindungen sich mach einiger Zeit gebildet hatten. Dazu setzten sie die Raman-Spektroskopie ein, mit der man die einzelne Molekülarten daran unterscheiden kann, wie sie das Licht streuen.

Bei unter 250 Grad kamen wie gewohnt Sulfide und Sulfate vor. Doch wenn die Lösung heißer wurde, war das Tri-Schwefel-Ion die häufigste Form. Seine Existenz war zwar bekannt, doch konnte es bisher noch nicht in hydrothermalen Flüssigkeiten nachgewiesen werden. Wenn die Lösung wieder abkühlt, nimmt die Konzentration des Ions schlagartig ab. Deshalb war es in früheren Experimenten noch nicht entdeckt worden, vermuten die Forscher.

Das Tri-Schwefel-Ion bildet leicht Komplexe mit Gold, Kupfer und Platin, deshalb transportiert es wahrscheinlich einen großen Teil der Metalle durch die Erdkruste, die sich an anderen Stellen als Erze absetzen. Die Forschergruppe glaubt deshalb, das ihre Erkenntnisse bei der Suche nach Edelmetallvorkommen helfen könnte. Möglicherweise muss auch die Altersbestimmung mittels Schwefelisotopen nachgebessert werden, die ähnlich wie die C-14-Methode auf dem Zerfall radioaktiver Elemente beruht.