Blaues Wunder: So entstanden Saphire in der Vulkaneifel
Saphire von höchster Qualität stammen aus Sri Lanka sowie Myanmar und Kaschmir. Außerdem werden sie in Ostaustralien, China, Thailand, Ostafrika und sogar in der Eifel gefunden. Ein Forschungsteam der Universität Heidelberg hat untersucht, warum dies so ist und was der Vulkanismus damit zu tun hat.
Dieser winzig kleine Saphir wurde in einem Flussbett in der Eifel gefunden.
Foto: Sebastian Schmidt
Saphire gehören zu den wertvollsten Edelsteinen der Welt. Chemisch gesehen bestehen sie aus Korund, einer Form von Aluminiumoxid, das durch winzige Verunreinigungen seine charakteristische blaue Farbe erhält. Die faszinierenden Kristalle kommen weltweit in siliziumarmen vulkanischen Gesteinen vor. Lange Zeit ging man davon aus, dass Saphire aus tiefem Krustengestein stammen und durch aufsteigendes Magma an die Oberfläche gelangen. Neueste Forschungsergebnisse der Universität Heidelberg werfen jedoch ein neues Licht auf die Entstehung dieser Edelsteine in der Eifel.
700.000 Jahre Vulkanismus in der Eifel
Die Eifel ist seit etwa 700.000 Jahren Schauplatz eines intensiven Vulkanismus. Dieses Vulkangebiet ist Teil der intrakontinentalen mitteleuropäischen Vulkanprovinz, zu der auch das Zentralmassiv in Frankreich, der Egergraben in Böhmen und die Westkarpaten gehören. Seit dieser langen Zeit dringt Magma aus dem Erdmantel in die darüber liegende Erdkruste ein und führt zur Bildung von siliziumarmen, natrium- und kaliumreichen Schmelzen. Diese speziellen Magmen sind weltweit für ihre Saphirvorkommen bekannt. Doch wie genau entstehen diese seltenen Edelsteine in vulkanischen Ablagerungen? Diese Frage war bislang ungeklärt.
„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.
Laut dieser Annahme wären Saphire nicht durch Magma entstanden, sondern lediglich von ihr an die Oberfläche transportiert worden. Eine alternative Theorie besagt, dass sich Saphire in tiefen Magmareservoiren des oberen Erdmantels oder der unteren Kruste bildeten und dann durch vulkanische Aktivität nach oben gebracht wurden. Dies würde bedeuten, dass die Korundkristalle magmatischen Ursprungs sind.
223 Saphire aus der Eifel analysiert
Um zu überprüfen, welcher der beiden Hypothesen zutrifft, analysierten die Forschenden insgesamt 223 Saphire aus der Eifel. Einige der nur wenige Millimeter großen Kristalle fanden sie in Gesteinsproben aus vulkanischen Ablagerungen in den zahlreichen Steinbrüchen der Region. 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.
Altersbestimmung der Saphire bringt die Lösung
Zur Altersbestimmung der Saphire nutzten die Wissenschaftler die Uran-Blei-Methode und untersuchten Mineraleinschlüsse im Saphir mit einem Sekundärionen-Massenspektrometer. Diese Analysen ergaben, dass die Saphire in der Eifel zeitgleich mit dem Vulkanismus entstanden sind. Einige Saphire tragen die isotopische Signatur von Mantelschmelzen, die durch aufgeheiztes und teilweise geschmolzenes Krustengestein verunreinigt wurden. Andere Saphire bildeten sich im Kontaktbereich zwischen Schmelzen und Nebengestein.
„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 Sebastian Schmidt.
Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Contributions to Mineralogy and Petrology“ veröffentlicht. Die in der Schweiz ansässige Dr. Eduard Gübelin Association for Research and Identification of Precious Stones und die Deutsche Forschungsgemeinschaft haben die Arbeiten gefördert.
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