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Geochemie

Chemische Reaktion im Mantel erzeugt Diamanten

Lavasee
Jahr der Chemie2011
Internationales Jahr der Chemie 2011
Eine chemische Reaktion zwischen Eisen und Kohlenstoff lässt Gestein im Erdmantel schmelzen und wieder erstarren. Dabei entsteht unter anderem Diamant, fanden Schweizer Wissenschaftler in Experimenten mit Gesteinsproben heraus. Arno Rohrbach und Max Schmidt von der ETH Zürich untersuchten Mineralien des Erdmantels unter verschiedenen Drücken und Temperaturen, um die Ursache kleiner seismischer Anomalien im Erdmantel zu entschlüsseln. Obwohl der Erdmantel über geologische Zeiträume zäh fließt, besteht er weit überwiegend aus festem Gestein. Aufgeschmolzen sind nur kleine Bereiche, üblicherweise dort, wo Karbonate mit absinkendem Meeresboden ins Erdinnere getragen wurden und dort den Schmelzpunkt des Gesteins herabsetzen. Dieses Verhalten tritt unterhalb von etwa 250 Kilometer Tiefe auf und ist nach Ansicht der Wissenschaftler Ursache der lokal im Mantel vorkommenden Schmelzen.

Doch dabei bleibt es nicht, denn je tiefer die Schmelze in den Mantel gelangt, desto mehr ändert sich das chemische Milieu. Unterhalb von etwa 660 Kilometern weichen die Oxide von Eisen und Nickel einer Legierung der elementaren Metalle – die chemische Umgebung wirkt reduzierend. Und das hat Auswirkungen auf die Schmelze, denn Karbonat ist die oxidierte Form des Kohlenstoffs und unter diesen Bedingungen nicht stabil. Mit den elementaren Metallen reagiert es zu reinem Kohlenstoff – unter anderem in Form von mikrometergroßen Diamanten. Mit dem Karbonat verschwindet allerdings auch der Effekt, der die Schmelze flüssig hält: Durch diesen als Redox-Gefrieren bezeichneten Vorgang gerinnt die Flüssigkeitstasche im unteren Mantel zu einem diamanthaltigen Gestein.

Leider lässt sich dieser unterirdische Schatz nicht gewinnen, denn sobald die kohlenstoffhaltige Masse wieder in oxidierende Regionen aufsteigt, läuft der Prozess in die andere Richtung: Es entsteht wieder Karbonat, und das umliegende Mantelgestein schmilzt erneut auf. An die Erdoberfläche kommt das Material nur in Form karbonathaltiger Lava, wie sie zum Beispiel die Vulkane des Ostafrikanischen Grabenbruchs ausstoßen. (lf)
12. KW 2011

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 12. KW 2011

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