Karbonatisierte Mantel‑Peridotite stellen eine verborgene Senke für subduziertes CO2 dar

Warum der verborgene Kohlenstoff der Erde wichtig ist

Kohlendioxid bewegt sich nicht nur zwischen Atmosphäre, Ozeanen und Leben an der Oberfläche. Riesige Mengen werden tief in die Erde gezogen, wo sie für Millionen Jahre eingeschlossen werden können und so dazu beitragen, das Klima des Planeten im Gleichgewicht zu halten. Diese Studie betrachtet eine ungewöhnliche Gesteinsfolge in Oman, die offenbar eine gewaltige Menge Kohlenstoff tief unter der Oberfläche gespeichert hat. Indem die Autoren rekonstruieren, wie, wann und aus welcher Quelle dieser Kohlenstoff gelangte, werfen sie neues Licht auf einen „fehlenden“ Teil des langfristigen Kohlenstoffkreislaufs der Erde.

Wo der Meeresboden auf den tiefen Erdmantel trifft

An einigen Plattengrenzen biegt sich eine ozeanische Platte und taucht unter eine andere Platte ab — ein Prozess, der als Subduktion bezeichnet wird. Sedimente und veränderte ozeanische Kruste auf dieser Platte sind reich an kohlenstoffhaltigen Mineralen und wässrigen Fluiden. Beim Absinken werden sie erwärmt und geben Fluide frei, die in den darüberliegenden Mantelkeil aufsteigen können. In Oman wurde eine große Scheibe alten Meeresbodens und oberen Mantels, die Semail‑Ophiolith, an Land gehoben und bewahrt so einen Querschnitt durch eine ehemalige Subduktionszone. Innerhalb dieser Einheit untersuchten die Forscher einen Bohrkern (Hole BT1b), der von relativ wenig veränderten Mantelgesteinen in hell gefärbte, vollständig karbonatisierte Gesteine übergeht, die als Listvenite bekannt sind und zusammen natürlicherweise etwa eine Milliarde Tonnen CO2 gespeichert haben könnten.

Gesteine, die von Fluiden erzählen

Wenn kohlenstoffreiche Fluide durch heißes Gestein strömen, hinterlassen sie chemische Fingerabdrücke. Das Team konzentrierte sich auf Halogene — Fluor, Chlor, Brom und Jod — die eher in Fluiden als in festen Mineralen transportiert werden. Mithilfe hochpräziser Mikroanalyse maßen sie diese Elemente in winzigen Partien von Serpentin, Karbonat und anderen Mineralen über den Übergang von teilweise veränderten zu vollständig karbonatisierten Gesteinen und verfolgten so, wie Fluide sich bewegten und veränderten. Sie fanden, dass beim Übergang von Serpentinit zu karbonatreichem Listvenit Chlor deutlich stärker ausgestoßen wurde als Brom oder Jod. Das erzeugte sich entwickelnde Fluide mit charakteristischen Halogenverhältnissen, die sich mit wahrscheinlichen Quellen tiefer in der Subduktionszone in Einklang bringen ließen.

Dem Weg des verborgenen Kohlenstoffs folgen

Die Halogenmuster zeigen, dass die Fluide, die den Großteil der Karbonatisierung bewirkten, nicht nur flaches Meerwasser waren, das aus Sedimenten herausgepresst wurde. Vielmehr handelte es sich um Mischungen aus sedimentären Porenwässern mit einer zusätzlichen Ladung CO2‑reicher Fluide, die aus tieferen Teilen der subduzierenden Platte aufstiegen, wo Erwärmung Karbonate auflösen oder zersetzen kann. Modellierungen, wie sich die Fluidchemie entwickeln musste, um die Gesteinsdaten zu erklären, deuten darauf hin, dass diese Fluide ungewöhnlich hohe Kohlenstoffmengen im Verhältnis zum Salzgehalt transportierten. Als diese Fluide in den Vorkarst‑Mantel eintraten — die Region über der Platte, aber vor dem Vulkanbogen — reagierten sie mit Peridotit und serpentinisierten Gesteinen, verwandelten sie schrittweise in Listvenit und banden das gelöste CO2 in feste, stabile Karbonatminerale, die geologisch gesehen beständig sein können.

Widersprüchliche Datierungen entwirren

Frühere Altersbestimmungen an Karbonatadern in ähnlichen Gesteinen legten nahe, dass sich einige Listvenite in Oman lange nach dem Ende der Subduktion in dieser Region gebildet hatten, was auf eine eher lokale und jüngere Herkunft der Fluide hindeutete. Diese neue Arbeit zeigt, dass die Hauptphase der Karbonatisierung im untersuchten Bohrkern chemisch mit subduktionsbezogenen Fluiden verknüpft ist und nicht mit späteren Ereignissen. Die Autoren unterscheiden zwei Stadien: eine frühe, magnesitreiche Phase, die mit Subduktionsfluide n und einem bestimmten Halogensignal verknüpft ist, und eine spätere, calciumreichere Phase mit Dolomit, die ein anderes Halogenmuster aufweist und wahrscheinlich jüngere tektonische oder magmatische Aktivität widerspiegelt. Die jüngeren Altersangaben datieren ihrer Auffassung nach überwiegend dieses zweite, überprägte Ereignis und nicht die ursprüngliche großmaßstäbliche Speicherung des Kohlenstoffs.

Was das für die Klimamaschine der Erde bedeutet

Durch die Kombination der Fluidchemie mit unabhängigen Schätzungen, wie viel Porenwasser weltweit aus Sedimenten entweicht, schätzen die Forscher, dass CO2‑reiche Fluide, die aus tieferen Plattenbereichen in den Vorkarst‑Mantel gelangen, grob 1,7–3,4 × 10¹³ Gramm Kohlenstoff pro Jahr transportieren könnten. Das könnte einen großen Anteil — möglicherweise bis zu 90 Prozent — des in Subduktionszonen eintretenden Kohlenstoffs ausmachen. Mit anderen Worten: Solche karbonatisierten Mantel‑Peridotite könnten eine bedeutende, bisher unterschätzte Senke darstellen, die einen Großteil des subduzierten Kohlenstoffs davon abhält, schnell über Vulkane in die Atmosphäre zurückzukehren oder in den tiefen Mantel zu versinken. Da die Bedingungen, die zur Bildung solcher Gesteine führen, von Faktoren wie Temperatur, Sedimentart und tektonischem Umfeld abhängen, dürfte diese verborgene Kohlenstofffalle in der Erdgeschichte in ihrer Wirksamkeit variiert haben und so langfristig das Klima des Planeten mitgesteuert haben.

Zitation: Carter, E.J., O’Driscoll, B., Burgess, R. et al. Carbonated mantle peridotites represent a hidden sink for subducted CO₂. Nat Commun 17, 3297 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68646-3

Schlüsselwörter: Subduktionszonen‑Kohlenstoff, Mantel‑Karbonatisierung, Listvenit, Vorkarst‑Mantel, globaler Kohlenstoffkreislauf