Ca-Silikat-Einschluss in Diamant benannt nach Gerhard Brey

Einschlussführende Diamanten sind Boten aus dem Erdinneren. Obwohl wirtschaftlich weniger wertvoll, sind sie die echten Juwelen für Forscher, denn sie bergen Information aus Tiefen von mindestens 800 km, von der Lithosphäre bis in die Übergangszone und in den unteren Erdmantel. Eines der häufigsten Minerale ultratiefer Mineralassoziationen wurde nun von der Kommission der „International Mineralogical Association“ zu Ehren des Mineralogen Gerhard Brey von der Goethe-Universität Frankfurt als „Breyit“ (Ca3Si3O9) benannt.

Gerhard Brey und seine Arbeitsgruppe legten Ende der 1990er Jahre einen Schwerpunkt auf die Erforschung von Einschlüssen in Diamanten. Eingeleitet wurde er dadurch, dass sich zu dieser Zeit Thomas Stachel (jetzt Diamond Chair im kanadischen Edmonton) und Jeff Harris (Universität Glasgow, UK) seiner Gruppe in Frankfurt anschlossen. Sie brachten Diamanten mit ultratiefen Einschlüssen von einer neuen Lokalität in Afrika, Kankan in Guinea, nach Frankfurt. Zu dieser Zeit war durch geophysikalische Messungen und experimentelle Hochdruckversuche fest etabliert, dass der untere Erdmantel (in einer Tiefe von 660 - 2900 Kilometern) fast ausschließlich aus den drei Mineralen Mg-Silikat-Perowskit (jetzt Bridgmanit), Ferroperiklas und einem Ca-Silikat mit Perowskitstruktur besteht. Wenn sich Diamanten in diesen Tiefen bilden, können sie diese Minerale einschließen. Der Beweis aus der Natur fehlte jedoch, bis Ende der achtziger Jahre Ferroperiklas und Bridgmanit als Einschlüsse in Diamanten aus einigen wenigen Fundorten weltweit und besonders aus Juina (Mato Grosso) in Brasilien beschrieben wurden.

Die von der Frankfurter Gruppe Ende der 1990er Jahre untersuchten Diamanten enthielten optisch identifizierbare Einschlüsse von Ferroperiklas sowie eine Reihe von farblosen unbekannten Einschlüssen. Röntgenographische Untersuchungen (mit Werner Joswig) und mikroanalytische chemische Untersuchungen ergaben eine neue Suite von Ca-reichen Silikateinschlüssen mit CaSiO3 in Walstromit-Struktur (jetzt das neu benannte Mineral Breyit), CaSi2O5 mit Titanit-Struktur und Larnit (β-Ca2SiO4). Diese wurden als Ergebnis retrograder Phasenumwandlungen von ursprünglichem Ca-Silikat-Perowskit während des Transports zur Erdoberfläche interpretiert. Die Begründung war, dass "Breyit" gelegentlich zusammen mit Bridgmanit und Ferroperiklas in einem einzigen Diamanten gefunden wurde und daher ursprünglich in der Perowskit Struktur kristallisierte. Andere Diamanten enthalten berührende Paare von CaSi2O5 in Titanitstruktur mit Larnit als Ergebnis der Disproportionierung von Ca-Silikat-Perovskit.

Bei Juina kommen diese Ca-Phasen sowie weitere Ca-reiche Silikatphasen im Vergleich zu Ferroperiklas und Bridgmanit, den Phasen des unteren Mantels, sehr viel häufiger vor. Sogar Calcit wurde in diesen Diamanten von Frank Brenker an der Goethe-Universität in Frankfurt als Einschluss gefunden. Das bedeutet, dass neben dem peridotitischen unteren Erdmantel noch weitere geochemische Reservoire existieren müssen, aus denen diese Phasen kristallisieren. Solche Reservoire können durch Subduktionsprozesse als Mélange aus alterierten Basalten, Sedimenten und Serpentiniten entstehen. Es ist wahrscheinlich, dass Breyit in solchen Zonen bereits in Tiefen von 100 km existiert. Breyit und Diamant können sich direkt aus der Reaktion bilden

CaCO3 + SiO2 → CaSiO3 + C + O2

eine bekannte metamorphe Reaktion, gekoppelt mit einem Redox-Prozess.

„Die Benennung eines Minerals ist eine ganz besondere Auszeichnung und ehrt das Lebenswerk eines Wissenschaftlers in besonderer und nachhaltiger Weise“, erklärt Breys Kollege, der Mineraloge Frank Brenker. „Insbesondere dann, wenn es sich um ein so wichtiges Mineral der Erde handelt. Damit ist der Name von Gerhard Brey quasi für immer in Stein gemeißelt“.

Gerhard Brey, der 2014 in den Ruhestand ging, gilt als Pionier der experimentellen Petrologie unter Hochdruckbedingungen. Weltweite Anerkennung erlangte er durch die Entwicklung und Kalibrierung von Geothermobarometern für Gesteine des Erdmantels. Diese Thermobarometer sind nicht nur für die Erforschung des Erdinneren von entscheidender Bedeutung, sie sind auch sehr beliebt bei der Suche nach neuen Diamantlagerstätten. Früher mussten Tonnen von Gestein verarbeitet werden, um festzustellen, ob die betreffende Lagerstätte wirklich Diamanten enthielt. Jetzt sind nur noch wenige Mineralkörner erforderlich.

Neben thermobarometrischen Berechnungen interessiert sich Gerhard Brey für die Löslichkeit von Fluiden und Gasen in Schmelzen und deren Einfluss auf die Bildung von Magmen im Erdmantel und bei metasomatischen Prozessen. Er und seine Gruppe waren die ersten, die mit Hilfe von radiogenen Isotopensystemen absolute Alter für Metasomatose im subkratonischen Mantel bestimmten und auch dessen Abkühlgeschwindigkeit.

Brey erhielt zahlreiche Auszeichnungen, darunter die Ehrendoktorwürde der Russischen Akademie der Wissenschaften und die Abraham-Gottlob-Werner Medaille in Silber, die höchste wissenschaftliche Auszeichnung der Deutschen Mineralogischen Gesellschaft.