Forschungsteam entdeckt eine neue Form von Schwefel in geologischen Fluiden

Schwefel ist das sechsthäufigste Element auf der Erde und spielt eine Schlüsselrolle bei vielen geologischen und biologischen Prozessen. Ein französisch-deutsches Team mit Beteiligung des CNRS (Centre national de la recherche scientifique) und der Université Paul Sabatier hat auf Basis von Labormessungen eine neue Form von Schwefel in geologischen Fluiden identifiziert: das S₃^– Ion. Die Entdeckung stellt existierende Theorien über den geologischen Transport von Schwefel in Frage und könnte Wege aufzeigen, neue Vorkommen wertvoller Metalle wie Gold und Kupfer zu finden. Die Ergebnisse wurden in der Science-Ausgabe von 25. Februar 2011 veröffentlicht.

Bis jetzt glaubten Geochemiker dass in der Erde nur zwei Formen von Molekülen Schwefel enthielten: Sulfide (basierend auf H₂S oder S^2-) und Sulfate (basierend auf H₂SO₄ oder SO₄^2-). Sie hatten noch keine Möglichkeit, eine Sonde in die durch Gestein fließenden hydrothermalen Flüssigkeiten herabzulassen, um diese Theorie zu bestätigen. Um dieses Problem zu umgehen und ihre Hypothese zu testen, erzeugte das französisch-deutsche Team zuerst Flüssigkeiten, die mit denen in der Erdkruste und im Erdmantel vergleichbar sind, zum Beispiel wässrige Lösungen, die elementaren Schwefel (S) und Thiosulfate (Moleküle, die das S₂O₃^2- Ion enthalten). Dann benutzten sie eine Diamantstempelzelle, um die Flüssigkeiten Druck- und Temperaturverhältnissen auszusetzen, wie sie in mehreren Kilometern Tiefe herrschen (mehrere Hundert Grad Celsius und Zehntausende Bar).

Die Wissenschaftler verwendeten eine optische Methode namens Raman Spektroskopie, um die chemischen Substanzen zu identifizieren und sie waren erstaunt, nicht nur zwei, sondern drei Schwefelformen zu entdecken, die dritte ist das Trisulfur-Ion S₃^–. Das war eine doppelte Überraschung: obwohl S₃^– Chemikern bereits bekannt war (es wird zum Beispiel in schwefelhaltigen Glassilikaten und Königsblau-Pigmenten gefunden), wurde es bisher nie in wässrigen Lösungen beobachtet.

Der Nachweis von S₃^– während der Experimente bedeutet, dass Schwefel erheblich beweglicher in den hydrothermalen Flüssigkeiten der Erdkruste sein muss als zuvor gedacht. Das liegt daran, dass S₃^– in der wässrigen Phase extrem stabil ist, im Gegensatz zu Sulfiden und Sulfaten, die sich so schnell wie möglich an Mineralien heften, sobald sie in Flüssigkeiten erscheinen. Mit anderen Worten, unter der Oberfläche müssen diese Ionen in gelöster Form über weite Strecken fließen, wobei sie die Edelmetalle, an die sie sich eventuell binden, mit sich reißen. Diese chemische Form könnte daher der Hauptmetalltransporteur in zwei der wichtigsten Typen von Gold- und Kupfervorkommen sein: die Grünsteingürtel aus dem Archaikum (zwischen vier und 2,5 Milliarden Jahre alt) und die Magmen in den Subduktionszonen.

Diese Entdeckung könnte zusätzliche Hinweise bei der Suche nach neuen Vorkommen liefern, indem sie Geologen hilft, die Transportwege zu identifizieren, entlang derer sich Metalle bewegen, um Adern zu bilden. Die Anwesenheit von S₃^– in hydrothermalen Flüssigkeiten könnte ebenfalls Schwefelisotop-Zerfallsmodelle (eine mit der C-14-Methode vergleichbare Technik) beeinflussen, welche diese Schwefelform bis dato nicht berücksichtigt hatten. Die neuen Ergebnisse könnten Wissenschaftlern auch dabei unterstützen, mehr über die geologischen Bedingungen in der Erdkruste und auf der Erdoberfläche herauszufinden, kurz nachdem das erste Leben in Erscheinung trat.

Quelle: http://www2.cnrs.fr/en/1831.htm

(THK)