Alchemie im Erdmantel Subduktionszonen als Goldküchen des Planeten

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GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

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Tief in der Erde ist so mancher Schatz verborgen. Gold zum Beispiel. Das Edelmetall reichert sich besonders entlang vulkanischer Inselbögen an. Welche geologischen Prozesse dabei eine Rolle spielen, haben nun Forscher des Geomar Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel gezeigt.

Die Goldküche der Erde liegt tief unter dem Meeresboden. Inselbögen, deren Vulkane über Subduktionszonen entstehen, sind häufig besonders goldreich – also dort, wo eine ozeanische Platte unter eine andere taucht. Warum das so ist, war bislang umstritten.

Ein Forschungsteam um Dr. Christian Timm, Mariner Geologe am Geomar Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, liefert nun neue Hinweise. „Wir zeigen, dass wasserhaltiges Schmelzen im Erdmantel unter Inselbögen ein zentraler Motor für die Goldanreicherung ist“, sagt Timm. „Der Mantel wirkt dort wie eine mehrstufige Schmelzmaschine, die Gold zunehmend konzentriert.“

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Spurensuche im vulkanischen Glas

Wie verhalten sich Gold und andere Edelmetalle in Subduktionszonen unter Wasser während des Aufschmelzens des Mantels? Um diese Frage zu klären, untersuchten die Forschenden 66 Glasproben vom Meeresboden entlang des ozeanischen Kermadec-Inselbogens und des benachbarten Havre-Trogs nördlich von Neuseeland. Solche vulkanischen Gläser entstehen, wenn Lava unter Wasser rasch abkühlt. Dabei konservieren sie die chemische Zusammensetzung des ursprünglichen Magmas besonders gut.

„Als wir diese Proben analysierten, zeigte sich, dass ihre Goldgehalte meist um ein Vielfaches höher sind als in vergleichbaren Magmen an Mittelozeanischen Rücken“, sagt Timm. „Das war der Ausgangspunkt für die Frage, welcher Prozess diese Anreicherung verursacht.“

Das Team analysierte die Goldgehalte mit hoher Präzision und betrachtete sie gemeinsam mit weiteren so genannten chalcophilen Elementen. Diese „schwefelliebenden“ Elemente – darunter Silber, Kupfer, Selen und Platin – verhalten sich bei Schmelzprozessen ähnlich und helfen, die Bedingungen im Mantel zu rekonstruieren.

Wenn der Mantel mehrfach schmilzt

Die Daten zeigen: Der Mantel unter dem Kermadec-Inselbogen schmilzt wasserhaltig und bei vergleichsweise hohen Temperaturen – oberhalb der Temperatur, bei der sich Sulfidschmelzen bilden. Unter diesen Bedingungen entstehen Magmen mit Silber-zu-Kupfer-Verhältnissen, wie sie für den Erdmantel typisch sind.

Gleichzeitig messen die Forschenden überraschend hohe Goldgehalte von ursprünglich bis zu sechs Nanogramm pro Gramm Gestein. Auch das Verhältnis von Gold zu Kupfer übersteigt deutlich die Werte, die man aus ursprünglich „fruchtbarem“ Mantel oder aus Basalten mittelozeanischer Rücken kennt.

Das lässt sich nur erklären, wenn zuvor bereits „ausgelaugter“ Mantel erneut aufgeschmolzen wurde. Mehrstufige, intensive Schmelzprozesse in einem wasserreichen und oxidierten Mantel treiben demnach die Goldanreicherung voran.

Auch wenn der Goldgehalt aus geologischer Perspektive hoch erscheint: Für den Goldabbau sind die Konzentrationen nicht interessant und müssten um ein Vielfaches höher liegen.

Warum gerade hier so viel Gold entsteht

„Wir sind zunächst davon ausgegangen, dass das Wasser aus der abtauchenden Platte direkt die Goldanreicherung steuert“, sagt Timm. „Unsere Daten zeigen jedoch, dass Wasser vor allem das Aufschmelzen des Mantels ermöglicht. Entscheidend für die hohen Goldgehalte ist der hohe – und teilweise mehrfache – Schmelzgrad.“

Dabei spielt auch die chemische Bindung des Goldes im Mantel eine wichtige Rolle. „Gold ist im Erdmantel häufig in Sulfiden gebunden“, erklärt Timm. Durch den hohen Aufschmelzgrad würden diese Minerale aufgelöst, und das darin enthaltene Gold gehe vollständig in die Schmelze über, führt der Forscher aus. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass es nicht ein einzelner Schmelzschritt ist, sondern ein Zusammenspiel mehrerer Phasen. Erst durch wiederholtes Aufschmelzen kann sich Gold im Magma so stark anreichern.“

Der erste Schritt der Goldgeschichte

Die Studie liefert einen wichtigen Baustein zum Verständnis goldreicher Lagerstätten in intraozeanischen Inselbögen wie dem Kermadec-Bogen. Sie zeigt, dass hydrous – also wasserhaltiges – und mehrfaches Mantelschmelzen entscheidend dafür ist, wie viel Gold letztlich in aufsteigende Magmen gelangt.

Damit rückt der Blick tiefer in die Erde: Nicht nur oberflächennahe Prozesse bestimmen, wo Goldlagerstätten entstehen, sondern vor allem die „chemische Werkstatt“ im Mantel unter Subduktionszonen.

Die Ergebnisse könnten auch erklären, warum hydrothermale Sulfidvorkommen entlang submariner Inselbögen oft besonders goldreich sind. „Der Mechanismus, den wir identifiziert haben, könnte dazu beitragen, dass hydrothermale Systeme in Subduktionszonen höhere Goldgehalte aufweisen als andere Systeme“, sagt Timm. Ob dieser Zusammenhang tatsächlich besteht, müssen weitere Studien zeigen.

„Wir untersuchen damit den ersten Schritt der Goldgeschichte. Es geht um den Moment, in dem Gold aus dem Erdmantel in eine Gesteinsschmelze gelangt, aus der später Vulkane entstehen. Die Alchemie beginnt also lange bevor das Metall an die Oberfläche gelangt.“

Originalpublikation: Timm, C., Portnyagin, M., de Ronde, C. E. J., Hannington, M. D., Garbe-Schönberg, D., Hoernle, K., Brandl, P. A., Layton-Matthews, D., Leybourne, M., Arculus, R. J. (2026): Hydrous mantle melting controls gold in Kermadec arc magmas, Commun Earth Environ 7, 281; DOI: 10.1038/s43247-026-03338-w

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