Geochemie: Bleidefizit der Erde geklärt?
© JPL (Ausschnitt)
Der Erdmantel enthält deutlich weniger Blei, als man es auf Grund seiner restlichen Zusammensetzung eigentlich erwarten würde. Bislang erklärte man sich diese Differenz mit der Bildung des Erdkerns. Dabei sollen große Mengen des Schwermetalls aus dem Mantel in den metallischen Kern abgewandert sein. Chris Ballhaus von der Universität Bonn und seine Kollegen widerlegen nun diese Ansicht.
Ihre Experimente zeigen, dass nur ein kleiner Teil des fehlenden Bleis im Erdkern stecken kann. Der Rest sei möglicherweise bei der Kollision der Erde mit einem marsgroßen Himmelskörper einfach verdampft. Das Vorkommen einiger seltener Elemente im Erdmantel verrät dabei über radioaktive Zerfallsprodukte, wann der metallische Kern der Erde entstand. Da die Zerfallsprozesse von Hafnium-182 zu Wolfram-182, Uran-238 zu Blei-206 und Uran-235 zu Blei-207 unterschiedlich schnell ablaufen, kann man anhand der heutigen Isotopen-Verhältnisse von Wolfram und Blei das Alter des Erdkerns und die Dauer der Kernbildung bestimmen.
Nach den Berechnungen der Forscher ist der Erdkern demnach 4,5 Milliarden Jahre alt und dauerte bis zu 100 Millionen Jahre – in dieser Phase bestand die Oberfläche der Erde aus flüssiger Magma. Im Laufe der Zeit sanken die schweren metallischen Elemente wie Eisen und Nickel in das Zentrum der Erde und bildeten den Kern. "Wolfram und Blei gehen in Metallen etwas besser auf als ihre Mutterelemente Hafnium und Uran", erklärt Ballhaus. Daher wanderte ein Teil davon zusammen mit Eisen und Nickel zum Erdmittelpunkt.
Doch dieser Mechanismus erklärt nicht, warum Blei im Erdmantel fehlt. Die Forscher stellten daher im Labor Bedingungen nach, wie sie in der Frühphase der Erde herrschten. Demnach wäre aber im Gegensatz zu Wolfram das meiste Blei während der Kernentstehung im Erdmantel verblieben und nicht in den Kern gewandert, was wiederum den genauen Zeitpunkt seiner Entstehung in Frage stellt: Die Datierung beruht teilweise auf der Annahme, das fehlende Blei stecke im Kern.
Ungeklärt bleibt auch, wohin das fehlende Blei verschwand, denn eindeutig scheint nur, dass dieser Prozess etwa 50 bis 100 Millionen Jahre nach Entstehung des Sonnensystems passiert sein muss. Die Geologen vermuten, dass es einfach verdampft ist, als auf der Erdoberfläche noch über 2000 Grad Celsius Hitze herrschten: Bei diesen Temperaturen ist Blei sehr flüchtig.
In diesem Zeitraum entstand aber auch der Mond, als die frühen Erde mit einem marsgroßen Frühplaneten kollidierte. "Auch bei diesem Zusammenstoß kam es kurzzeitig zu extrem hohen Temperaturen, bei der ein Teil der silikatischen Erde verdampfte und den Mond bildete", erläutert Ballhaus. "Dieser Prozess könnte auch zur Verdampfung des Bleis geführt haben."
Ihre Experimente zeigen, dass nur ein kleiner Teil des fehlenden Bleis im Erdkern stecken kann. Der Rest sei möglicherweise bei der Kollision der Erde mit einem marsgroßen Himmelskörper einfach verdampft. Das Vorkommen einiger seltener Elemente im Erdmantel verrät dabei über radioaktive Zerfallsprodukte, wann der metallische Kern der Erde entstand. Da die Zerfallsprozesse von Hafnium-182 zu Wolfram-182, Uran-238 zu Blei-206 und Uran-235 zu Blei-207 unterschiedlich schnell ablaufen, kann man anhand der heutigen Isotopen-Verhältnisse von Wolfram und Blei das Alter des Erdkerns und die Dauer der Kernbildung bestimmen.
Nach den Berechnungen der Forscher ist der Erdkern demnach 4,5 Milliarden Jahre alt und dauerte bis zu 100 Millionen Jahre – in dieser Phase bestand die Oberfläche der Erde aus flüssiger Magma. Im Laufe der Zeit sanken die schweren metallischen Elemente wie Eisen und Nickel in das Zentrum der Erde und bildeten den Kern. "Wolfram und Blei gehen in Metallen etwas besser auf als ihre Mutterelemente Hafnium und Uran", erklärt Ballhaus. Daher wanderte ein Teil davon zusammen mit Eisen und Nickel zum Erdmittelpunkt.
Doch dieser Mechanismus erklärt nicht, warum Blei im Erdmantel fehlt. Die Forscher stellten daher im Labor Bedingungen nach, wie sie in der Frühphase der Erde herrschten. Demnach wäre aber im Gegensatz zu Wolfram das meiste Blei während der Kernentstehung im Erdmantel verblieben und nicht in den Kern gewandert, was wiederum den genauen Zeitpunkt seiner Entstehung in Frage stellt: Die Datierung beruht teilweise auf der Annahme, das fehlende Blei stecke im Kern.
Ungeklärt bleibt auch, wohin das fehlende Blei verschwand, denn eindeutig scheint nur, dass dieser Prozess etwa 50 bis 100 Millionen Jahre nach Entstehung des Sonnensystems passiert sein muss. Die Geologen vermuten, dass es einfach verdampft ist, als auf der Erdoberfläche noch über 2000 Grad Celsius Hitze herrschten: Bei diesen Temperaturen ist Blei sehr flüchtig.
In diesem Zeitraum entstand aber auch der Mond, als die frühen Erde mit einem marsgroßen Frühplaneten kollidierte. "Auch bei diesem Zusammenstoß kam es kurzzeitig zu extrem hohen Temperaturen, bei der ein Teil der silikatischen Erde verdampfte und den Mond bildete", erläutert Ballhaus. "Dieser Prozess könnte auch zur Verdampfung des Bleis geführt haben."
Schreiben Sie uns!
Beitrag schreiben