En safir från sediment i Kyll, en flod i västra Eifel. Kristallen mäter cirka 0,9 mm i diameter. Kredit: Sebastian Schmidt
Forskare vid Heidelbergs universitet undersöker hur denna distinkt blåfärgade kristall bildas i vulkaniska smältor.
Safirer, högt värderade som ädelstenar, är i huvudsak aluminiumoxid, eller korund, med kemiska föroreningar. Dessa typiskt blå kristaller finns övervägande i kiselfattiga vulkaniska bergarter över hela världen. Det är allmänt trott att safirer bildas i djupa jordskorpan och transporteras till jordens yta genom stigande magma. Geoforskare vid Heidelbergs universitet har genom geokemiska analyser visat att de millimeterstora safirkornen som upptäcktes i Eifel-regionen i Tyskland bildades i samband med vulkanisk aktivitet.
Eifel är en vulkanisk region i mitten av Europa där magma från jordens mantel har penetrerat den överliggande skorpan i nästan 700 000 år. Smältorna är fattiga på kiseldioxid men rika på natrium och kalium. Magmas liknande sammansättning över hela världen är kända för sitt överflöd av safir.
Mysteriet med Sapphire Formation
Varför denna extremt sällsynta variant av korund ofta finns i denna typ av vulkanisk fyndighet har varit ett mysterium fram till nu.
”En förklaring är att safir i jordskorpan härstammar från tidigare leriga sediment vid mycket höga temperaturer och tryck och den uppåtgående magman bildar helt enkelt hissen till ytan för kristallerna”, förklarar prof. Dr Axel Schmitt, forskare vid Curtin University i Perth (Australien) som undersöker isotopgeologi och petrologi som hedersprofessor vid Institute of Earth Sciences vid Heidelberg University – hans tidigare heminstitution.
För att testa detta antagande undersökte forskarna totalt 223 safirer från Eifel. De hittade en del av dessa millimeterstora kristaller i bergprover som samlats in från vulkaniska avlagringar i de många stenbrotten i regionen. De flesta safirerna kommer dock från flodsediment. ”Som guld är safir mycket väderbeständig jämfört med andra mineraler. Under långa tidsperioder sköljs kornen ut ur berget och avsätts i floder. På grund av sin höga densitet är de lätta att separera från lättare sedimentkomponenter med hjälp av en guldpanna”, förklarar Sebastian Schmidt, som genomförde studierna som en del av sin masterexamen vid Heidelbergs universitet.
Safirernas ålder och ursprung
Forskarna bestämde åldern på safirerna från Eifel med hjälp av uran-bly-metoden på mineralinneslutningar i safiren med hjälp av en sekundär jonmasspektrometer som också kunde identifiera sammansättningen av syreisotoper. De olika relativa förekomsterna av den lätta isotopen O-16 och den tunga isotopen O-18 ger information om kristallernas ursprung som ett fingeravtryck. Djupa jordskorpan har mer O-18 än smälter från jordens mantel.
Som åldersbestämningarna visar bildades safirerna i Eifel samtidigt med vulkanismen. Delvis ärvde de den isotopiska signaturen från mantelsmältorna, som var förorenade av uppvärmd och delvis smält jordskorpa på ett djup av cirka fem till sju kilometer. Andra safirer har sitt ursprung i kontakt med de underjordiska smältorna, varvid smältor trängde igenom den intilliggande bergarten och därmed utlöste safirbildning. ”I Eifel spelade både magmatiska och metamorfa processer, där temperaturen förändrade den ursprungliga bergarten, en roll i kristalliseringen av safir”, säger Sebastian Schmidt.
Stöd till arbetet kom från Dr. Eduard Gübelin Association for Research and Identification of Precious Stones i Schweiz samt den tyska forskningsstiftelsen.