Ein blaues Wunder in der Eifel Woher Saphire kommen: Entstehung der Edelsteine analysiert

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Ihr prachtvolles Blau fasziniert Menschen seit Jahrhunderten. Doch wie Saphire im Erdinneren entstehen und an die Oberfläche gelangen, ist bis heute Gegenstand der Forschung. Geowissenschaftler der Universität Heidelberg haben nun über 200 Saphirsplitter aus der Vulkaneifel analysiert und Rückschlüsse auf deren Alter und Entstehungsprozess gezogen.

Saphire zählen zu den kostbarsten aller Edelsteine, dabei bestehen sie nüchtern betrachtet lediglich aus chemisch „verunreinigtem“ Aluminiumoxid – dem so genannten Korund. Weltweit finden sich diese Kristalle mit charakteristischer blauer Färbung hauptsächlich in Verbindung mit siliciumarmen vulkanischen Gesteinen. Weit verbreitet ist in diesem Zusammenhang die Annahme, dass Saphir aus tiefen Krustengesteinen stammt und zufällig mit aufsteigendem Magma an die Erdoberfläche gelangte.

Damit ist die Eifel von besonderem Interesse für die Edelsteinjagd. In das Vulkangebiet inmitten Europas dringt seit etwa 700.000 Jahren Magma aus dem Erdmantel in die darüber liegende Erdkruste ein. Diese Schmelzen sind arm an Siliciumdioxid, aber reich an Natrium und Kalium, und damit prädestiniert für Anreicherungen an Saphir. Warum sich diese äußerst seltene Variation von Korund häufig in derartigen vulkanischen Ablagerungen findet, blieb bislang aber ungeklärt. Geowissenschaftler der Universität Heidelberg haben nun mit geochemischen Untersuchungen neue Erkenntnisse zur Entstehung der wenige Millimeter großen Saphirsplitter in der Eifel gewonnen.

Magma als Fahrstuhl für Edelsteine

Wie also kommt es in der Eifel zu den Saphirsplittern? „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 Prof. Dr. Axel Schmitt, der Wissenschaftler an der Curtin University in Perth (Australien) ist und als Honorarprofessor am Institut für Geowissenschaften der Universität Heidelberg – seiner früheren Heimatinstitution – zu Isotopengeologie und Petrologie forscht.

Chemische und isotopischen Analysen

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Um diese Annahme zu überprüfen, untersuchten die Forscher insgesamt 223 Saphire aus der Eifel. Einen Teil dieser bis zu einigen Millimeter großen Kristalle fanden sie in Gesteinsproben, die aus vulkanischen Ablagerungen in den zahlreichen Steinbrüchen der Region gesammelt wurden. Die meisten Saphire stammen jedoch aus Flusssedimenten. „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. Dort können sie aufgrund ihrer hohen Dichte mithilfe einer Goldwaschpfanne von leichteren Sedimentbestandteilen getrennt werden”, erläutert Sebastian Schmidt, der die Untersuchungen im Rahmen seiner Masterarbeit an der Universität Heidelberg durchgeführt hat.

Alter und Ursprung der Saphire analysiert

Das Alter der Saphire aus der Eifel bestimmten die Wissenschaftler anhand der Uran-Blei-Methode an Mineraleinschlüssen im Saphir mit einem Sekundärionen-Massenspektrometer, mit dem außerdem die Zusammensetzung von Sauerstoffisotopen ermittelt wurde. Die unterschiedlichen relativen Häufigkeiten des leichten Isotops O-16 und des schwereren Isotops O-18 geben dabei Auskunft über die Herkunft der Kristalle. Tiefe Krustengesteine haben anteilig mehr O-18 als Schmelzen aus dem Erdmantel.

Wie die Altersbestimmungen zeigen, sind die Saphire in der Eifel zeitgleich mit dem Vulkanismus gewachsen. Zum Teil haben sie die isotopische Markierung der Mantelschmelzen übernommen, die durch aufgeheiztes und partiell geschmolzenes Krustengestein in etwa fünf bis sieben Kilometern Tiefe verunreinigt wurden. Andere Saphire sind im Kontaktbereich der unterirdischen Schmelzansammlungen entstanden, wobei 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.

Originalpublikation: S. Schmidt, A. Hertwig, K. Cionoiu, C. Schäfer und A. K. Schmitt: Petrologically controlled oxygen isotopic classification of cogenetic magmatic and metamorphic sapphire from Quaternary volcanic fields in the Eifel, Germany. Contributions to Mineralogy and Petrology 179, 55 (7 May 2024); DOI: 10.1007/s00410-024-02136-x

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