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Illustration: Schnitt durch Ermantel, -kruste, mit Sicht auf den Kern

Forscher entdecken "Ozean" im Erdinneren

Die These klingt verrückt, dennoch hielten sie nicht nur Schriftsteller für verfolgenswert: Im Inneren der Erde könnte es trotz hoher Temperatur und extremen Drucks Wasser geben. Einem Forscherteam ist nun anhand eines Diamanten mit eingeschlossenem Wasser der Beweis gelungen.

Mineralogie 13.03.2014

Die Einschätzung der Wassermenge im Erdinneren sei zwar schwierig, räumt der an der Studie beteiligte Mineraloge Lutz Nasdala von der Universität Wien ein. Aber selbst wenn nur 0,1 Prozent des Gesamtvolumens jener Zone, die zwischen Oberem und Unterem Erdmantel liegt, aus Wasser besteht, wäre das in Summe mehr Wasser als in allen Ozeanen an der Oberfläche.

Die Studie:

"Hydrous mantle transition zone indicated by
ringwoodite included within diamond" erscheint am 12. März 2014 in "Nature" (DOI:10.1038/nature13080).

Ö1 Sendungshinweis:

Über die Entdeckung berichtet auch "Wissen Aktuell" am 13. März 2014 um 13.55 Uhr.

Fiktion und - wissenschaftliche - Wahrheit

Der eigenwillige Professor Otto Lidenbrock und sein Assistent Axel befinden sich gerade am Weg ins Innere der Erde, als ihr Wasservorrat zur Neige geht und die Expedition zu Scheitern droht. Durch Zufall findet ihr Führer, der Isländer Hans, eine Wasserader hinter einer Höhlenwand. Sie können ihre Reise fortsetzen und stoßen im weiteren Verlauf sogar noch auf ein unterirdisches Meer.

So fantastisch diese Szenen aus Jule Vernes' "Reise zum Mittelpunkt der Erde" auch klingen, in der Wissenschaft galt es immer als nicht ganz ausgeschlossen, dass es im Erdinneren Wasser geben könnte. Der nun in der Studie vorgestellte Diamant ist laut Lutz Nasdala, Vorstand des Instituts für Mineralogie und Kristallographie der Universität Wien, ein "neues und sehr starkes Indiz dafür, dass es Wasser in der Übergangszone in 410 bis 660 Kilometer Tiefe gibt - im Gegensatz zum trockenen oberen und unteren Mantel".

Kimberlite als "Aufzug"

Eine schematische Darstellung des Erdinneren: Die bläulich gefärbte Zone ist laut Studie wasserhältig.

Kathy Mather

Eine schematische Darstellung des Erdinneren: Die bläulich gefärbte Zone ist laut Studie wasserhältig.

Diamanten entstehen bei großem Druck und hoher Temperatur in einer Tiefe von mindestens 140 Kilometern. Bei ihrem Wachstum können sie Verunreinigung aufnehmen und einschließen. Nur wenn sie sehr rasch aus dem Erdinneren nach oben befördert werden, bleiben sie - und damit auch alle Verunreinigungen und Einschlüsse - in dieser Form erhalten, bei einem langsamen Aufstieg werden sie in der Regel in Graphit umgewandelt.

Als "Aufzug" aus dem Erdinneren dienen den Diamanten Gesteine aus dem Erdmantel, sogenannte Kimberlite, in die sie eingebettet sind. Über tief reichende, senkrechte Schlote kann dieses Material mit hoher Geschwindigkeit sehr schnell nach oben gelangen. So kam auch der in der Nähe der brasilianischen Stadt Juina gefundene, rund fünf Millimeter große Diamant, den die Wissenschaftler nun untersucht haben, aus 520 bis 660 Kilometern Tiefe an die Erdoberfläche.

Erster Nachweis von Ringwoodit auf der Erde

Der gefundene Diamant

Richard Siemens, University of Alberta

Der gefundene Diamant

Die Forscher konzentrierten sich vor allem auf die Einschlüsse. Eine rund ein dreißigstel Millimeter große Verunreinigung in dem Diamant erwies sich bei der Untersuchung durch die Wiener Mineralogen als einzigartig: Es handelt sich um die erste bekannte terrestrische Probe des Minerals Ringwoodit, ein Magnesium-Eisen-Silikat, das sehr hohen Druck braucht, um zu entstehen.

Man wusste, dass das gesteinsbildende Mineral Olivin unter sehr hohem Druck, also etwa tief im Erdinneren, seine Kristallstruktur ändert und zu Ringwoodit wird. "Gefunden hat man das Mineral auf der Erde bisher aber nur in Meteoriten", erklärte Nasdala. Der Experte geht davon aus, dass der Ringwoodit im Juina-Diamanten bei etwa 180-210 Kilobar Druck und 1.200 bis 1.500 Grad Celsius entstanden sein könnte.

In feuchter Umgebung entstanden

Während die Wiener Mineralogen den Einschluss mit Hilfe eines Ramanspektrometers identifizierten, untersuchten anschließend Wissenschaftler vom Bayerischen Geoinstitut in Bayreuth den Diamanten mittels Infrarot-Absorption - eine zum Nachweis bestimmter Molekülgruppen wesentlich sensiblere Methode, so Nasdala. Und dabei gab es die zweite Überraschung: Im Kristallgitter des Ringwoodit ist Wasser - nicht in Form von H2O-Molekülen, sondern als OH-Gruppen - eingebaut, und zwar viel. Das deute darauf hin, dass das Mineral in einer sehr feuchten Umgebung entstanden ist.

Man dürfe sich allerdings nicht ein großes Volumen an klarem Wasser in der Übergangszone vorstellen, betonte Nasdala, "vielmehr handelt es sich um Gesteinsmaterial, das wenige Zehntelprozent einer wässrigen Phase enthält". Dennoch ist die Entdeckung für die Wissenschaft von großem Wert - allerdings wirklich nur für die Wissenschaft. Denn aufgrund der Verunreinigungen wäre der rund einen halben Zentimeter große Edelstein im Juwelenhandel nicht einmal tausend Euro wert.

science.ORF.at/APA

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