Helium weist den Weg zu grossen Goldsystemen

Seit Jahrzehnten kartieren Geologinnen und Geologen Störungen, bohren auf Verdacht und verfolgen schwache geochemische Spuren – stets in der Hoffnung, dass die nächste Bohrung einen spektakulären Treffer liefert. Eine neue Studie legt nun nahe, dass dabei einer der deutlichsten Hinweise in der Erdkruste übersehen wurde: Helium, das aus den Tiefen der Erde entweicht.

Das stille Gas als Wegweiser zu mächtigen Goldsystemen

Gold lässt sich nur schwer aufspüren. Wertvolle Lagerstätten liegen häufig mehrere Kilometer tief unter der Oberfläche, verborgen hinter komplexen geologischen Strukturen und überlagert von störanfälligen geophysikalischen Daten. Unternehmen investieren weiterhin enorme Summen in Bohrziele, aus denen letztlich keine Mine entsteht. Nicht die Leistungsfähigkeit von Maschinen oder Energieversorgung ist das Problem, sondern verlässliche Orientierung.

Genau hier kommt Helium ins Spiel – allerdings nicht das Gas aus Partyballons. Ein Forschungsteam unter Leitung von Professor Fin Stuart von der University of Glasgow und dem Scottish Universities Environmental Research Centre (SUERC) hat gezeigt, dass winzige Heliumansammlungen in goldhaltigen Mineralen Hinweise darauf geben können, woher das Metall stammt und wie gross das betreffende System sein könnte.

„Heliumisotope, die in mikroskopischen Bläschen eingeschlossen sind, wirken wie ein geologischer Barcode und weisen auf tiefe, goldführende Fluidsysteme hin.“

In der Erde treten vor allem zwei Heliumvarianten auf: Helium-3 (³He), das selten ist und mit tiefen Mantelquellen in Verbindung steht, sowie Helium-4 (⁴He), das häufiger vorkommt und durch radioaktiven Zerfall in der Erdkruste entsteht. Aus dem Verhältnis beider Isotope, das in „Ra“-Einheiten angegeben wird und sich auf das atmosphärische Verhältnis bezieht, können Forschende ableiten, wie stark der Mantel eine bestimmte Region beeinflusst hat.

In goldreichen Mineralen aus Lagerstätten in Schottland und Irland fand das Team Gaseinschlüsse mit ³He/⁴He-Verhältnissen von etwa 0,09 bis 3,3 Ra. Diese Spanne weist auf eine ausgeprägte Mantelsignatur hin. Vereinfacht gesagt: Heisse Fluide, die aus grosser Tiefe unterhalb der Erdkruste aufstiegen, trugen dazu bei, das Gold zu transportieren und anzureichern.

Ein 1.800 Kilometer langer kaledonischer Goldkorridor

Die untersuchten Proben stammen aus einem Abschnitt des alten kaledonischen Orogengürtels. Dieses einst mit den Alpen vergleichbare Gebirge ist heute stark abgetragen und erstreckt sich von der Appalachenregion Nordamerikas über die schottischen Highlands bis nach Nordnorwegen. Es entstand, als die Kontinentalplatten Laurentia, Baltica und Avalonia vor rund 490 bis 390 Millionen Jahren zusammenstiessen.

Die Gipfel sind längst verschwunden, doch die tiefen Wurzeln dieses Gebirges bestehen fort – ebenso wie das darin enthaltene Gold. Bestehende und geplante Vorhaben wie die Mine Cononish in Schottland sowie Projekte wie Curraghinalt und Cavanacaw in Irland liegen innerhalb dieses Gürtels. Geologinnen und Geologen ordneten sie bislang traditionell den „orogenen“ Goldlagerstätten zu, die entstehen, wenn Gebirgsbildung Fluide durch zerbrochenes Gestein presst.

Die Heliumdaten präzisieren diese Erklärung nun. Offenbar trieb Wärme aus dem Erdmantel metallhaltige Fluide entlang von Brüchen nach oben, wo sie abkühlten und Gold in der Erdkruste ausfällten. Das Orogen lieferte die Struktur, der Mantel den Antrieb.

„Wo Helium aus dem Mantel deutlich nachweisbar ist, folgen tendenziell grössere und reichhaltigere Goldsysteme.“

Das Team erkannte dabei einen Zusammenhang: Lagerstätten mit einer stärkeren Mantel-Heliumsignatur gehen mit einer umfangreicheren Goldmineralisierung einher. Helium ist damit nicht länger bloss eine analytische Besonderheit. Es kann als Indikator für Grösse und Stärke des urzeitlichen Fluidsystems dienen, das den Erzkörper gebildet hat.

Hochpräzisionschemie im Hintergrund

Diese Informationen zu gewinnen, ist alles andere als einfach. Die Gasbläschen in Sulfidmineralen sind mikroskopisch klein, oft nur wenige Mikrometer gross, und enthalten Volumina nahe einem Nanoliter. Um Isotope in derart winzigen Proben zu messen, werden hochentwickelte Massenspektrometer benötigt, die seltene ³He-Atome vor dem Hintergrund des reichlich vorhandenen ⁴He erfassen können.

SUERC betreibt für diese Aufgabe einige der empfindlichsten Anlagen weltweit. Die Forschenden erhitzen oder zermahlen Mineralkörner in extrem sauberen Vakuumleitungen, setzen dadurch das Gas frei und trennen sowie zählen anschliessend die Isotope. Jeder Durchlauf erfordert Zeit und sorgfältigste Vorbereitung. Die Ergebnisse können jedoch Entscheidungen beeinflussen, bei denen es um Hunderte Millionen Euro geht.

Vom Forschungsansatz zum Werkzeug für die Industrie

Goldunternehmen setzen bereits ein umfangreiches Methodenarsenal ein: seismische Bildgebung, magnetische Messungen und Gravimetrie, Boden- und Gesteinsgeochemie, Strukturkartierungen sowie engmaschige Bohrprogramme. Jedes Verfahren zeigt einen Teil des Gesamtbildes, erzeugt aber weiterhin zahlreiche falsch-positive Ergebnisse – Ziele, die auf dem Papier überzeugend wirken, bei der Bohrung jedoch scheitern.

Heliumisotope liefern einen anderen Ansatz: einen direkten Marker für Fluide aus grosser Tiefe. Statt ausschliesslich zu fragen: „Gibt es hier eine geochemische Anomalie?“, können Geologinnen und Geologen künftig fragen: „Hat ein starkes, vom Mantel angetriebenes System dieses Gebiet jemals durchquert?“ Diese Frage zielt unmittelbar darauf ab, ob eine Region ein bedeutendes Goldrevier und nicht nur vereinzelte Gänge beherbergen kann.

„Wenige Milligramm Gas können heute darüber entscheiden, ob ein Budget von spekulativen Bohrungen auf fokussierte Zielgebiete mit hoher Sicherheit verlagert wird.“

Dr Calum Lyell, Feldgeologe und Erstautor der Studie, betonte die globale Reichweite der Methode. Jede Region mit orogenartigen Goldlagerstätten – von den Anden bis nach Westafrika – könnte theoretisch auf vergleichbare Heliumsignaturen untersucht werden.

Weshalb die Helium-Gold-Verbindung für Investoren wichtig ist

Bis heute hat die Menschheit ungefähr 205.000 Tonnen Gold gefördert. Die bekannten Reserven, die sich mit heutiger Technologie gewinnen lassen, liegen bei rund 54.000 Tonnen. Zusammen ergibt das etwas mehr als 250.000 Tonnen, die entweder in Tresoren und Schmuck vorhanden sind oder als technisch gewinnbar gelten.

Viele Geologinnen und Geologen gehen davon aus, dass die Erde noch deutlich mehr Gold verbirgt. Unter abgetragenen Gebirgsgürteln, unterhalb älterer Lagerstätten und entlang tiefer Störungszonen der Erdkruste dürfte Gold liegen, das sich den herkömmlichen Signalen entzieht. Schätzungen bewegen sich häufig bei zusätzlichen 15 bis 20 Prozent bislang unentdeckten Goldes, was etwa 30.000 bis 40.000 Tonnen entspricht.

Bei rund 60.000 € je Kilogramm hätte dieser unterirdische Bestand einen Metallwert zwischen 1,8 Billionen € und 2,4 Billionen €. Die Zahl ist nur eine grobe Annäherung, doch ihre Grössenordnung ist für Regierungen, grosse Bergbaukonzerne und junge Explorationsunternehmen gleichermassen schwer zu ignorieren.

• Bereits gefördertes Gold: ~205.000 Tonnen
• Offiziell ausgewiesene Reserven: ~54.000 Tonnen
• Vermutetes zusätzliches Tiefengold: 30.000–40.000 Tonnen
• Indikativer Wert des Tiefengolds: 1.800–2.400 Mrd. €

Ein theoretischer Wert wird allerdings erst real, wenn Bohrkerne ihn bestätigen. Bisher fehlte eine Methode, um aussichtsreiche Krustenblöcke vor hohen Kapitalinvestitionen von geologischem Hintergrundrauschen zu unterscheiden. Bei systematischem Einsatz könnten Heliumisotope ganze Gürtel oder Länder bewerten und Kapital gezielt in die besten Abschnitte lenken.

Wie eine Heliumuntersuchung die Goldsuche verändern könnte

Man stelle sich ein Unternehmen vor, das über Lizenzen entlang von 200 Kilometern eines Gebirgsgürtels verfügt. Üblicherweise beginnt der Prozess mit regionaler Kartierung, Geophysik, Bodenproben und einigen ersten Erkundungsbohrungen. Es vergehen Jahre, bis sich ein klares Bild ergibt, während die meisten Ziele unauffällig aus Quartalsberichten verschwinden.

Mit Helium könnte sich der Ablauf verändern:

• Geologinnen und Geologen entnehmen sorgfältig ausgewählte Proben an wichtigen Störungen, alten Bergwerken oder Aufschlüssen.
• Sie untersuchen die Gaseinschlüsse in Sulfiden auf die Verhältnisse von Helium-3 und Helium-4.
• Gebiete mit erhöhten Mantelsignaturen rücken an die Spitze der Prioritätenliste.
• Bohrbudgets konzentrieren sich auf wenige Korridore mit hohem Potenzial, anstatt auf Dutzende mittelmässige Ziele verteilt zu werden.

Ein Gürtel mit durchgehend niedrigen Mantel-Heliumwerten kann weiterhin kleine Lagerstätten enthalten, doch die Wahrscheinlichkeit eines neuen Reviers mit mehreren Millionen Unzen Gold sinkt deutlich. Dieses frühe Wissen hilft mittelgrossen Produzenten und grossen Konzernen nicht nur bei der Entscheidung, wohin sie gehen sollten, sondern ebenso dabei, welche Gebiete sie meiden sollten.

Umwelt- und Sozialaspekte eines heliumgestützten Goldbooms

Der Goldbergbau verursacht erhebliche ökologische und soziale Belastungen: Rückstandsdämme, der Einsatz von Cyanid, Wasserknappheit und Eingriffe in Gemeinschaften. Eine präzisere Zielbestimmung könnte zumindest grundsätzlich den Fussabdruck der Exploration verringern und die Störungen auf weniger, dafür produktivere Zonen konzentrieren.

Weniger Bohrkampagnen ohne klare Zielgrundlage bedeuten weniger verbrannten Dieselkraftstoff und weniger Infrastruktur in sensiblen Gebieten, die niemals zu Minen werden. Für betroffene Gemeinden könnte dies weniger temporäre Camps und eine stärkere Konzentration auf Vorhaben mit realistischer Produktionsperspektive und langfristigen Arbeitsplätzen bedeuten.

Es bestehen jedoch auch Risiken. Ein neuer technischer Vorsprung begünstigt meist Unternehmen mit grösseren Finanzmitteln und Zugang zu spezialisierten Laboren. Kleinere Unternehmen könnten Schwierigkeiten haben, wiederholte hochpräzise Analysen zu finanzieren, sofern Dienstleister ihre Kapazitäten nicht ausbauen und die Kosten senken. Auch Regulierungsbehörden müssen Schritt halten, denn heliumgestützte Bewertungen könnten einen Wettbewerb um bislang vernachlässigte Gürtel auslösen.

Ein Ansatz, der über Gold hinausgeht

Das Heliumsignal unterscheidet nicht danach, welches Metall letztlich in den Gängen abgelagert wird. Jede Lagerstättenart, die von tiefen, heissen Fluiden gespeist wird, könnte theoretisch eine vergleichbare Signatur tragen. Dazu zählen bestimmte Kupfer-, Molybdän- oder sogar kritische Mineralsysteme, die mit Mantelplumes oder tiefen Störungen verbunden sind.

Geochemikerinnen und Geochemiker nutzen Edelgase wie Helium, Neon und Argon bereits zur Untersuchung vulkanischer Systeme und von Grundwasserströmungen. Die Anwendung derselben Werkzeuge in der Rohstoffexploration schafft eine Verbindung zwischen akademischer Forschung und der kommerziellen Suche nach Rohstoffen, einschliesslich jener, die für CO₂-arme Technologien benötigt werden.

Wenn Labore ihre Empfindlichkeit weiter verbessern und Analysezeiten verkürzen, könnten Heliumuntersuchungen zu einem Standardfilter in frühen Projektphasen grosser Vorhaben werden. In zehn Jahren könnte die Frage „Was sagt das Helium?“ in Vorstandsetagen, die über das nächste mehrjährige Explorationsbudget entscheiden, zum Alltag gehören.

Die Botschaft des kaledonischen Gürtels ist derzeit eindeutig: Wo urzeitliche Mantelwärme eine Heliumspur hinterlassen hat, befinden sich häufig grosse Goldsysteme in der Nähe. Für eine Branche, die nach 30.000 bis 40.000 Tonnen noch nicht erfassten Metalls sucht, klingt dieses stille Gas zunehmend wie ein lautes Signal.