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Überraschungsfund in Westchina : Rostiger Blick in die jüngere Erdgeschichte

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In waghalsigen Serpentinen führt die Straße zu einem Bergwerk in der chinesischen Provinz Xinjiang, wo gebändertes Eisenerz (dunkelbraune Gesteinsschichten) im Tagebau gewonnen wird. Es handelt sich um das jüngste Vorkommen dieser Art auf der Erde. Bild: Zhiquan Li, University of Alberta

Überraschungsfund im Westen China: Das Eisenerz einer Mine ist dort deutlich jünger als in anderen Lagerstätten. Es stammt aus den Ablagerungen des Urmeers, in dem es noch vor 500 Millionen Jahren kräftig brodelte.

          Die sogenannten gebänderten Eisenerze gehören zu den ältesten und ergiebigsten Lagerstätten von Metallerzen auf der Erde. Der Name dieser Sedimentgesteine stammt von jenen gebänderten Schichten, in denen sich Lagen aus dunklen Eisenmineralien, hauptsächlich Magnetit und Hämatit, und hellerem Hornstein, einem Verwandten des Quarzes, abwechseln. Der Eisengehalt der Sedimente kann mehr als 35 Prozent betragen. Die Erze werden in Bergwerken im südlichen Afrika, in Indien und Südamerika abgebaut und decken einen großen Teil des Weltbedarfs an Eisen.

          Die ältesten gebänderten Eisenerze entstanden vor etwa 3,8 Milliarden Jahren. Bisher war allerdings keines dieser Gesteine bekannt, die jünger als etwa 1,8 Milliarden Jahre sind. Im äußersten Westen Chinas hat nun eine internationale Forschergruppe erstmals wesentlich jüngere gebänderte Eisenerze gefunden. Diese Sedimente wurden im Kambrium, also vor etwa 530 Millionen Jahren, in einem flachen Meeresbecken abgelagert.

          Die Entstehung dieser Eisenerze ist eng mit der Entwicklung der ersten marinen Lebewesen, der Cyanobakterien oder Blaualgen, in den Urmeeren verbunden. Es wird nämlich angenommen, dass das in den Erzen enthaltene Eisen ursprünglich aus den Laven untermeerischer Vulkane entwichen war. Als zweiwertige Eisenionen löste sich dieses Metall dabei im Meerwasser.

          Gebänderte  Eisenformation, gefunden in der Soudan-Mine in  Minnesota. Die Probe ist 2,7 Milliarden Jahre alt.

          Vor mehr als drei Milliarden Jahren begannen die Cyanobakterien bei ihrer Photosynthese Sauerstoff freizusetzen. Die vielen, aus den Vulkanlaven stammenden Eisenionen im Meerwasser nahmen dieses oxidierende Element gierig auf. Im Urmeer kam es zu einer „Orgie des Verrostens“. Bei dieser Oxidation wurde das wasserlösliche zweiwertige Eisen zu unlöslichem dreiwertigen Eisen, das sich in gebänderten Formationen am Meeresboden abzulagern begann.

          Das „Große Oxidationsereignis“

          Es besteht aber auch ein Zusammenhang zwischen den gebänderten Eisenerzformationen und der Anreicherung der Sauerstoffkonzentration in der irdischen Lufthülle auf ihren heutigen Wert von etwa zwanzig Prozent. Danach wurde der von den Cyanobakterien produzierte Sauerstoff zunächst nahezu vollständig vom im Meerwasser gelösten Eisen aufgenommen, ohne dass ein nennenswerter Anteil in die Atmosphäre gelangte. Irgendwann jedoch, wahrscheinlich vor gut 2,3 Milliarden Jahren, war aber alles Eisen oxidiert, und der von den Bakterien produzierte Sauerstoff konnte nun aus dem Meerwasser in die Atmosphäre entweichen. Dort begann sich der Anteil zunächst langsam, dann aber vor gut 2,1 Milliarden Jahren immer schneller zu steigern. Bei diesem als das „Große Oxidationsereignis“ bezeichneten Vorgang stieg der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre auf den heutigen Wert. Offenbar änderte sich zu dieser Zeit auch die Zusammensetzung der untermeerischen Laven. Sie enthielten weniger Eisen, und deshalb hörte trotz des Angebots an Sauerstoff die Entstehung von Bändereisenerzen zu dieser Zeit auf, wie man bislang dachte.

          Aus diesen Gründen ist jene Entdeckung, die die Wissenschaftler um Zhiquan Li und Kurt Konhauser von der University of Alberta in Edmonton kürzlich im äußersten Westen Chinas in der Provinz Xinjiang gemacht haben, eine Überraschung. Wie Konhauser und seine Kollegen in den „Scientific Reports“ schreiben, konnten sie das Alter der dort in einem waghalsigen Tagebau-Bergwerk im Hochgebirge abgebaute Bändereisenerz mit radiometrischen Verfahren auf etwa 530 Millionen Jahre datieren.

          Damit wäre die Lagerstätte in Xinjiang die jüngste bekannte Gesteinsformation von gebändertem Eisenerz auf der Erde. Die Forscher vermuten, dass offenbar sogar im frühen Kambrium in dem damals in diesem Gebiet existierenden Randmeer noch untermeerischer Vulkanismus mit einer erhöhten Konzentration an Eisen auftrat. Und die Produktion von dreiwertigem Eisen hielt damit länger an als bislang gedacht.

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