Hydratisches mehrstufiges Mantelschmelzen steuert die Goldanreicherung in mafischen Magmen des Kermadec-Bogens

Warum vergrabene Vulkane für Gold wichtig sind

Einige der ergiebigsten bekannten Goldlagerstätten liegen nicht an Land, sondern auf dem tiefen Meeresboden über Subduktionszonen, wo eine tektonische Platte unter eine andere abtaucht. Entlang des Kermadec-Bogens vor Neuseeland beherbergen Unterwasservulkane ungewöhnlich goldreiche Mineralvorkommen, doch bislang war unklar, warum die Magmen, die diese Vulkane speisen, so viel Gold enthalten. Diese Studie geht diesem Rätsel nach, indem sie junge vulkanische Gläser aus dem gesamten Bogen untersucht und zeigt, dass der entscheidende Mechanismus tief im Erdmantel liegt: dort konzentrieren wasserreiche, wiederholte Schmelzvorgänge Gold, noch bevor es die Meeresoberfläche erreicht.

Verborgenes Förderband unter dem Meer

Der Kermadec-Bogen erstreckt sich über etwa 1.300 Kilometer zwischen Neuseeland und Tonga. Hier taucht die Pazifische Platte unter die Australische Platte ab und treibt die Magmenbildung und den Meeresbodenvulkanismus an. Viele dieser submarine Vulkane entlassen heiße, metalreiche Fluide, und einige beherbergen massive Sulfidvorkommen, die im Vergleich zu Mittelozeanischen Rücken ungewöhnlich goldreich sind. Die Autoren sammelten 66 Proben frischen vulkanischen Glases — schnell erstarrte Magma — von 17 Bogen-Vulkanen und dem angrenzenden Havre-Trough‑Back‑Arc-Becken. Da diese Gläser direkt aus eruptierender Magma entstanden sind, bewahrt ihre Chemie ein detailliertes Protokoll darüber, wie der Mantel schmolz und wie sich Metalle wie Gold, Kupfer, Silber und Selen auf ihrem Weg zur Oberfläche verhielten.

Golds Tauziehen mit Schwefel

Gold verbindet sich gern mit Schwefel und versteckt sich oft in winzigen Sulfidtröpfchen tief im Mantel. Sind diese Sulfide vorhanden, binden sie tendenziell Gold, Kupfer und Silber; sind sie erschöpft oder fehlen sie, verhält sich Gold eher wie ein inkompatibles Element und konzentriert sich in der Schmelze. Durch den Vergleich von Gold mit anderen schwefelliebenden Elementen in den Gläsern zeigen die Autoren, dass die meisten Kermadec‑Magmen als heiße, wasserreiche Schmelzen begannen, die bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes von Sulfidtröpfchen entstanden. Unter diesen Bedingungen werden kleine Mengen Sulfidflüssigkeit bei hohen Schmelzgraden rasch verbraucht, wodurch Gold und Kupfer in die Schmelze freigesetzt werden. Wenn die Magma näher an der Oberfläche abkühlt und kristallisiert, bilden sich neue Sulfide und Eisen‑Titan‑Minerale, die Kupfer effizienter als Gold und Silber herausziehen und so einige Magmen bereits vorab dafür prädisponieren, metalreiche hydrothermale Systeme zu speisen.

Den Mantel mehr als einmal schmelzen

Die Kermadec‑Gläser enthalten bis zu etwa sechs Nanogramm Gold pro Gramm Magma und zeigen Gold‑zu‑Kupfer‑Verhältnisse, die deutlich höher sind als in typischen Mittelozeanischen Rückenbasalten oder in fruchtbarem Mantel. Ein einfaches einmaliges Schmelzen eines gewöhnlichen Mantelquellgebiets kann solche Werte kaum erreichen. Stattdessen deuten die chemischen Muster auf einen Mantel hin, der bereits geschmolzen wurde, dabei in Sulfid und Kupfer verarmte und anschließend unter hydratreichen, oxidierten Bedingungen erneut schmolz. In der ersten Schmelzphase entfernt Sulfidflüssigkeit Kupfer bevorzugt gegenüber Gold aus dem Restmantel. Wenn dieser teilweise depletierte Mantel erneut schmilzt, erben die resultierenden Magmen höhere Gold‑zu‑Kupfer‑Verhältnisse, obwohl ihre Gesamtmetallgehalte immer noch im Rahmen dessen liegen, was Mantelschmelzen liefern können. Die stärkste Goldanreicherung tritt im nördlichen Kermadec‑Segment auf, wo geophysikalische und geochemische Daten ebenfalls auf besonders depletierten Mantel unter dem Bogenfront hinweisen.

Begrenzte Rolle der absinkenden Platte

Da Fluide aus der subduzierenden Platte Metalle transportieren können, lag eine naheliegende Möglichkeit darin, dass Gold direkt vom abtauchenden Schiefer in den Mantelkeil eingebracht wird. Das Team prüfte dies, indem es Gold mit Elementen verglich, die in plasmabegünstigten, schlackenartigen Fluiden stark mobil sind, wie Chlor, Barium, Uran und Blei. Gold zeigt nur schwache oder inkonsistente Verbindungen zu diesen flüssigkeitsmobilen Tracern, und Bogenabschnitte, die von einer dicken, goldreichereren ozeanischen Platte überlagert werden, produzieren nicht systematisch goldreichere Magmen. Zusammen sprechen diese Beobachtungen dafür, dass Schlackenfluide vor allem Wasser liefern und zur Oxidation des Mantels beitragen — Bedingungen, die umfangreiches Schmelzen und hohe Schwefellöslichkeit begünstigen — statt große zusätzliche Goldmengen direkt bereitzustellen.

Von tiefer Schmelze zum Schatz auf dem Meeresboden

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die bemerkenswerte Goldfruchtbarkeit der Kermadec‑Magmen in erster Linie durch den Zustand und die Vorgeschichte des Mantels unter dem Bogen gesteuert wird. Wasserreiche, hochtemperierte, mehrstufige Schmelzprozesse eines bereits depletierten, oxidierten Mantelkeils können Magmen erzeugen, deren Goldkonzentrationen und Gold‑zu‑Kupfer‑Verhältnisse hoch genug sind, um außergewöhnliche Meeresbodenlagerstätten zu speisen, ohne dass erhebliche Goldmengen direkt von der subduzierenden Platte oder recycelten krustalen Sulfiden nötig wären. Einfach gesagt: Der Mantel unter dem Kermadec‑Bogen wurde durch hydratische Schmelzung mehr als einmal „geröstet“, wodurch kupferreiche Sulfide entfernt wurden und eine Quelle zurückblieb, die von Natur aus goldangereicherte Magmen liefert — Rohmaterial für einige der reichsten verborgenen Erzlagerstätten des Ozeans.

Zitation: Timm, C., Portnyagin, M., de Ronde, C.E.J. et al. Hydrous multi-stage mantle melting controls gold enrichment in mafic Kermadec arc magmas. Commun Earth Environ 7, 281 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03338-w

Schlüsselwörter: Subduktionszone, Mantelschmelzen, Goldlagerstätten, Kermadec-Bogen, submarine Vulkanismus